РАЗДЕЛ 17.
Остряки, крестовины и контррельсы.
Остряки, крестовины и контррельсы входят в число главных элементов стрелочного перевода, поэтому привлекают большое внимание разработчиков и изготовителей. Эти специальные элементы выполнены из рельсовой стали, изготовленной мартеновским или основным кислородным методом, или в электропечах, прокатанной в соответствии с действующими нормативами и стандартами. Кроме того, в число этих главных элементов входят отливки различной конструкции из марганцовистой стали, вкладыши, подкладки, накладки и т. п. из мягкой (томасовской) стали, болты из высокоуглеродистой легированной термически обработанной стали.
Рельсы, предназначенные для укладки на особо грузонапряженных участках, подвергают специальной термической обработке для повышения их трещиностойкости, прочности и вязкости, а также динамической ударопрочности. Термическая обработка может быть поверхностной или на всю глубину. Сборные конструкции подвергают термической обработке до или после монтажа.
Разработанная в 1893 г. и почти сразу получившая распространение в Англии высокомарганцовистая сталь с минимальным содержанием марганца (10%) стала незаменимой в конструкциях пути, особенно в современных условиях, при высоких скоростях и больших осевых нагрузках грузовых поездов. Литая марганцовистая сталь очень хрупкая, но после термической обработки становится вязкой и ковкой, приобретает высокую износостойкость, выдерживает большие ударные нагрузки и напряжения. Обычные марганцовистые отливки довольно мягкие (твердость менее 200 ед. по Бринеллю), но металл обладает сложной структурой: при динамических воздействиях возникает явление текучести и металл упрочняется примерно до 400— 450 ед. по Бринеллю. Это происходит в обычных условиях работы крестовин или остряков при из носе 3/16—1/14 дюйма.
Изношенные элементы экономически эффективно восстанавливать наплавкой, которую делают часто неоднократно в течение срока службы элементов пути.
Обыкновенная отжимная стрелка длиной 16 футов 6 дюймов с подушками переменной высоты:
а — план левосторонней стрелки; б — продольный профиль остряка; 1 — острие остряка; 2 — стандартные подкладки; 3, 4 -левый и правый остряки; 5, 6 —стрелочные тяги № 2 длиной 4 фута и № 1 длиной 6 футов 9 дюймов при управлении вручную и 6 футов при централизации; 7 — подошва рамного рельса
Стрелка.
Стрелка состоит из следующих элементов: двух стрелочных остряков — правых или левых, в зависимости от сторонности стрелочного перевода; одной или более тяг для регулирования взаимного положения стрелочных остряков и предупреждения их поднятия; подкладок под стрелочные остряки (при помощи подкладок головки стрелочных остряков устанавливают на одном уровне с головками рамных рельсов; используя подкладки и плоские или регулируемые рельсовые полосы, правильно располагают рамные рельсы); вкладышей, при помощи которых создается жесткий стык в корне остряка; клещевых или переходных клемм и предохранителей для защиты ног персонала.
Стрелочные остряки.
Стрелочные остряки длиной 11 футов, 13 футов, 16 футов 6 дюймов, 19 футов 6 дюймов, 22 фута, 26 футов, 30 футов и 39 футов изготовлены из стандартных рельсов, укладываемых в путь.
Обыкновенная отжимная стрелка длиной 22 фута с одинаковыми по высоте подушками:
а — план левосторонней стрелки; б — продольный профиль остряка; 1 — острие остряка; 2 — стандартная подкладка; 3 — упор; 4, 5 — левый и правый остряки; 6, 7,8—стрелочные тяги № 3 длиной 5 футов 8 дюймов, № 2—4 фута, № 1 —6 футов; 9 — отвод возвышения на примыкающих рельсах; 10 — подошва рамного рельса
Стрелка с криволинейными остряками длиной 39 футов с подушками переменной высоты;
а — план левосторонней стрелки; б — продольный профиль остряка; 1 — левый криволинейный рамный рельс длиной 60 футов типа L; 2 — стык «х»; 3 —стандартные подкладки; 4 — стык «у»; 5 — зазор в корне 6,25 дюйма; 6 — упор; 7— прямолинейный (подстроганный) рамный рельс длиной 60 футов типа L; 8, 11, 12, 13, 14 — стрелочные тяги № 5 длиной 6 футов, № 4—5 футов 8 дюймов, №
3—5 футов 8 дюймов, № 2—4 фута, № 1—6 футов; 9, 10 — правый и левый криволинейные остряки; 15 — подошва рамного рельса
Примечание. Остряк переводится у тяги № 5 с помощью устройства, которое состоит из коленчатых рычагов и переводных тяг, связанных с тягой № 1
Эпюры стрелочных переводов AREA для каждой из этих длин остряков разработаны для плоских и ступенчатых подкладок. В эпюре для плоских подкладок высота остряка изменяется до конца корневого стыка, где она плавно переходит на стрелочный рельс. При ступенчатых подкладках остряк изгибается в вертикальной плоскости, а высота его переходит через корневой скос до корневых стыков.
По данным AREA для стрелочных переводов и глухих пересечений предпочтительны такие сочетания прямых сборных отжимных остряков и крестовин: остряк длиной 11 футов и крестовины марок 1/5 и 1/6; остряк длиной 16 футов 6 дюймов и крестовины марок 1/7, 1/8, 1/9 или 1/10; остряк длиной 22 фута и крестовины марок 1/11, 1/12 или 1/14; остряк длиной 30 футов и крестовины марок 1/15, 1/16, 1/18 или 1/20. Для криволинейных стрелочных переводов предпочтительны: остряк длиной 13 футов при крестовинах марок 1/5, 1/6, 1/7 или 1/8; остряк длиной 19 футов 6 дюймов при крестовинах марок 1/9, 1/10, 1/11 или 1/12; остряк длиной 26 футов при крестовинах марок 1/14, 1/15 или 1/16; остряк длиной 39 футов при крестовинах марок 1/18 или 1/20.
Остряки обычно изготавливают из углеродистой стали, с легированными вставками или без них. Часто бывает эффективно остряки подвергать дополнительной термической обработке.
Остряк имеет полный профиль в корне и плавно уменьшается по ширине подошвы почти на всей своей длине, а со стороны рамного рельса примерно на 1 /2 длины остряка уменьшается его головка. Одновременно примерно на 2/5 длины остряка, ближайшей к его острию, плавно уменьшается высота остряка (от 1 /4 дюйма выше до 5/8 дюйма ниже головки рамного рельса). Ширина конца острия остряка равна 1 /8 дюйма; это достигается острожкой с одной или обеих сторон. На некоторых железных дорогах острожку выполняют до 1 /4 дюйма и затем, отступая 2 фута, снимают фаску, доведя ширину до 1 /8 дюйма, а на некоторых — до 1/8 дюйма без фаски. Конец острия стачивают по кривой радиуса 11/2 дюйма, создавая кромку с достаточной защитой против воздействия колес с плоским вертикальным подрезом гребня, что позволяет увеличить на 1 дюйм допускаемую глубину ниже обода колеса. Получается практическое острие остряка. Теоретическое острие, где пересеклись бы линии рабочих граней рамного рельса и остряка, называется вершиной. Она определяет положение точки изгиба рамного рельса, необходимого для обеспечения плотного контакта рамного рельса с остряком на всем протяжении скошенного участка
Остряки типа «Самсон».
Модификация обычного остряка — остряк типа «Самсон» который может быть тоньше в острие так как частично закрыт рамным рельсом. Такой остряк особенно целесообразен на интенсивно за груженных участках и в кривых. Головку рамного рельса подрезают под углом примерно 18°, чтобы под нее могло примкнуть острие опрокинутой V-об разной формы.
Иногда остряки защищают еще больше: на боковой поверхности головки рамного рельса фрезерованием создают для него углубление. В этом случае остряки не подвергают строжке, чтобы не ослаблять их поперечное сечение. Чтобы предохранить остряк от возможных изломов (особенно длинный и на магистральных железных дорогах), вдоль внутренней грани его шейки, а часто и вдоль на ружной укрепляют армирующие пластины толщиной 3/8 или 1 /2 дюйма. Многие железные дорог» укрепляют на внутренней стороне остряка армирующие пластины длиной 30 футов и более и толщиной 11/4 дюйма. На гибких остряках такие плас тины укрепляют на всей длине.
Стрелочный перевод с остряками типа «Самсон» и вставками в них из марганцовистой стали, вертикальными стрелочными тягами MI и соединительными полосками
Корень остряка.
Неподвижный конец остряка иногда прикрепляют к рельсу соединительной кривой обыкновенным» накладками, которые обычно видоизменяют так чтобы не допустить соприкосновения их с основным рельсом или со стыком этого рельса. Раньше серьги закреплялись болтами (чтобы обеспечить свободное шарнирное вращение остряка), нс позже их заменили изогнутой соединительной на кладкой и вкладышем. Накладку размещают с од ной стороны корня остряка, а вкладыш — с другой. Прикрепляют их болтами с заплечиками, до пускающими свободное перемещение остряка в установленных пределах при ограниченном продольном смещении.
В промежутках между корнем остряка и клиновидным участком для удержания остряков в нужном положении при проходе колес на боковой путь нужно устанавливать упоры. При помощи V-образных плоских выступов упоры прикрепляются к остряку заклепками или болтами на расстоянии не менее 17/8 дюйма ниже поверхности основного рельса. Ширина выступов зависит от их продольного положения. На некоторых железных дорогах применяют пластины 3/8Х2 дюйма, изогнутые так, чтобы образовать ряд упоров; они также выполняют роль предохранителя ног на уровне подошвы упоров около корня остряка.
Остряки на роликах.
Иногда трудно управлять механизмом стрелочного перевода, перемещая удлиненные остряки, поэтому для уменьшения сопротивления трению устанавливают остряки на ролики. Одно из таких устройств состоит из ролика, смонтированного в U-образной опоре с швеллером, соединяющим два остряка приблизительно по середине и жестко удерживающим их в определенном положении. В верхней части U-образной опоры сделаны горизонтальные полки для прикрепления к шпалам глухарями. Опора и ролик подвешиваются между переводными брусьями около оси пути, поддерживая швеллер. При переводе остряка швеллер перемещается по ролику, положение которого по высоте можно регулировать для удержания швеллера с остряками в одном уровне со стрелочными подушками. В процессе прохода колеса по остряку нагружаемый остряк несколько опускается, ложась на подушки в нормальном положении.
В другом типе остряка на роликах под каждым остряком расположен один ролик. Жестко прикрепленный болтами к рамному рельсу, ролик поддерживает многослойную консольную пружину, которая заходит под рамный рельс и остряк. Прикрепленный жестко к остряку при помощи кронштейна на болтах ролик опирается на эту пружину, отрегулированную так, что при переводе остряка 80% веса остряка передается на ролики. Под действием нагрузки от колеса на остряк и пружину остряк опускается на стрелочные подушки.
Наконечники для остряков из марганцовистой стали.
Часто из-за чрезмерно большого износа наконечники остряков изготавливают из марганцовистой стали. Такие наконечники укрепляют на одном или обоих остряках в зависимости от характера движения. Для обычных стрелочных переводов с прямыми остряками из марганцовистой стали нормами AREA предусмотрено, помимо обычного удлинения на 10 дюймов, дополнительное удлинение остряка: на 1 фут 10 дюймов при длине остряка 11 футов, на 2 фута 8 дюймов при длине остряка 16 футов и 22 фута, на 3 фута 6 дюймов при 30 футах. Длины криволинейных остряков из марганцовистой стали примерно на 10 дюймов больше, ширина их изменяется от 9/10 дюйма в острие до 1 дюйма в корне, а форма приспособлена для прилегания к пазухе обычного остряка со стороны рамного рельса. Верхнюю часть остроганного профиля остряков срезают таким образом, чтобы осталось место для замены изношенных мест вставками из марганцовистой стали. Их прикрепляют к
125 остряку болтами, что позволяет не только увеличить срок службы остряка благодаря повышению его износостойкости, но и создать большую жесткость.
Остряки с поверхностной закалкой.
Другое средство повышения прочности остряков — поверхностная термическая закалка остряка до расчетной твердости и глубины. При этом остальная часть головки, шейка и подошва рельса не подвергаются обработке. После термической обработки создается поверхность, способная противостоять динамическим воздействиям и истиранию подвижным составом. Процесс термической обработки тщательно контролируют.
Отжимные остряки.
Конструкция остряков для стрелок с отжимным механизмом значительно усовершенствована. Остряки усилены с двух сторон полосами толщиной: со стороны рабочей грани — 1,25 дюйма, а со стороны рамного рельса — l,5 дюйма. Полосы прикреплены болтами (вместо заклепок). У остряка установлены 2—4 дополнительных пластины. Конструкция большинства стрелочных подушек изменена таким образом, что позволяет точно устанавливать ширину колеи. При отжимных остряках используются стрелочные тяги толщиной 1,25 дюйма с мощными боковыми клещевидными или передвижными серьгами толщиной не менее 1 дюйма: часто предусмотрены также стрелочные тяги с вертикальным креплением. Во избежание угона пути близ всех отжимных остряков должно быть установлено достаточно большое число противоугонов.
Отжимные остряки предотвращают повреждение станины, остряка и других элементов при противошерстном движении, оборудованы устройством, которое замедляет и возвращает остряки на место после прохода поезда. Устройство состоит из тяжелого чугунного цилиндра, внутри которого в масле находятся мощная пружина и два поршня в гильзе. Это устройство заставляет колеса с усилием переводить стрелки и замедляет их возвращение в нормальное положение в течение короткого времени после прохода последних колес во избежание ударов и повышенного износа. Устройство присоединено к стрелочной тяге № 1 и к станине, как и сама эта тяга, и работает в таком состоянии при переводе стрелки вручную.
Стрелочные тяги.
Ширина колеи между остряками у первой стрелочной тяги меньше, чем в нормальных условиях, на величину хода стрелки, который обычно не менее 31/2 дюйма и не более 51/4 дюйма. По нормам AREA ход стрелки равен 43/4 дюйма. Зазор между ходовым рельсом и отведенным остряком предусмотрен такой, что исключаются удары колеса об остряк при движении вдоль прижатого остряка. Правильное взаимное положение остряков, необходимое для нормального функционирования остряка как элемента верхнего строения пути, обеспечивается стрелочными тягами, которые присоединены к острякам при помощи серег. При клещевидных серьгах у стрелочных тяг обычно прямоугольное сечение 21/2Х1 дюйм, 21/2χ11/4 дюйма или они состоят из двух коротких частей, приклепанных для зацепления с клещами при помощи передвижных регулируемых серег.
Головная передняя тяга — тяга № 1 имеет достаточную длину и проходит под обоими рамными рельсами, что дает возможность прикрепить к клещевидной серьге соединительную тягу с обеих сторон. По нормам AREA длина головной тяги 6 футов 9 дюймов, но по другим нормативам она может быть 6 футов. Длина тяг, следующих за передней головной (№ 2, 3, 4 или 5 называются задними), 5 футов 8 дюймов, если они служат для скрепления, или 4 фута в других случаях. Тяга № 1 обычно располагается на расстоянии 12 дюймов от острия остряка, но может быть отодвинута еще на 5 или 6 дюймов для создания увеличенного зазора, нужного для передней тяги, если стрелка оборудована электрической централизацией.
Передняя головная тяга прикреплена к концу остряка специальными уголками, к которым прикрепляется механизм стрелочного перевода. Стрелочный механизм снабжен штоком, при помощи которого остряк можно закрепить в любом положении. Таким образом, передняя и задняя тяги обеспечивают работу остряков и подвижного сердечника крестовины.
На участках, оборудованных автоматической блокировкой, стрелочные переводы должны быть изолированы во избежание замыкания электрических цепей. Поэтому стрелочные полосы и тяги состоят из двух частей, разделенных изолятором, обычно из фибры. Части этих полос стыкуют впритык и соединяют болтами, а стрелочных тяг — стыком внахлест. Обе конструкции имеют изолирующие прокладки; в болтовых соединениях предусмотрены фибровые вкладыши и шайбы. Чтобы предотвратить повреждение изоляции от проникновения воды, нужно счищать снег и лед. Соль, применяемая для ускорения таяния льда на стрелочных переводах, оказывает неблагоприятное влияние, попадая на изоляционные материалы. Если переводная тяга соединена с серединой изолированного остряка, тягу тоже изолируют. Через тягу и обе щеки серьги проходит вертикальный нарезной болт, скрепляя их при помощи верхней гайки и шплинта. У некоторых клещевидных серег в щеках сделан ряд отверстий, расположенных не строго под прямым углом к оси стрелочной тяги. Это позволяет регулировать зацепление тяги через соответствующую пару отверстий.
У передвижного типа серег основание плоское с болтовыми отверстиями, расположенными не строго под прямым углом к оси стрелочной тяги при размещении серьги на своем месте на тяге, где она удерживается вертикальным болтом с верхним шплинтом. В регулируемых клещевидных и в передвижных серьгах отверстия, расположенные на различном расстоянии от оси тяги, дают возможность регулировать длину от 1 /8 до 1 /2 дюйма, переставляя болт из одних отверстий в другие.
Эксцентриковая серьга отличается от передвижной в основном тем, что вместо регулирующего устройства между основанием серьги и верхним шплинтом поставлена эксцентриковая шайба. Ее можно повернуть для небольшого смещения серьги относительно центра тяги.
Одна из конструкций вертикальных передних головных и задних тяг включает в себя шарнирные соединения тяг с серьгами. Это позволяет легко переводить стрелки без напряжений в соединениях, в то время как остряки жестко удерживаются в правильном положении относительно рамных рельсов. Регулировочные прокладки расположены между крышками и остряками так, что затягивание болтов серьги не влияет на работу шарнирных соединений.
Упорки.
Жестким упоркам в настоящее время предпочитают регулируемые, позволяющие лучше учесть дефекты проката рамного рельса. У порки — важный элемент в конструкции стрелки; другой единственный ограничитель внутренней грани рамного рельса на всей длине остряка — подушка высотой 1 /4 дюйма. Поэтому такое большое значение имеет плотная пригонка упорки, которая зажимает и держит рамный рельс с наружной стороны. Регулируемые упорки в большинстве централизованных систем стрелочного перевода предназначены для удержания рамного рельса на установленном месте, обеспечивая проектное положение остряка и правильное показание сигнализации при запертом остряке.
Стрелочные серьги.
Тяга должна быть прикреплена к стрелочному остряку. Это выполняют обычно при помощи серьги, которую закрепляют на шейке остряка, пропуская болт через стрелочную тягу.
Стрелочные подкладки.
Стрелочные подкладки, называемые еще подкладками скольжения, обеспечивают правильное положение остряка по высоте и создают гладкую поверхность, по которой он может перемещаться в обе стороны. Они бывают двух типов: плоские и ступенчатые. Ступенчатые подкладки бывают с выпрессовкой или со сплошным основанием. В последнем варианте остряк и рамный рельс опираются на канавки в подкладке глубиной 1 /4 дюйма. Ширина подкладки на 1/16 дюйма больше подошвы рельса, если не нужно регулировать взаимное положение обоих рельсов по высоте. Ступеньки в обоих типах подкладок создают площадку, что предотвращает поперечное смещение путевого рельса внутрь, а смещение рельса наружу ограничено костылями, забитыми в брус, и упорками, установленными на каждом брусе и скрепленными с подкладками как одно целое.
По нормам AREA ширина связных полос для установки на брусе у острия остряка 7 или 8 дюймов, высота 3/4 дюйма. По нормам некоторых железных дорог связные полосы должны быть установлены перед острием остряка и на одном или более брусьях за ним. Полосы изготавливают достаточно длинными: они проходят под рамными рельсами и упорками, которые прикрепляются к отогнутым под прямым углом концам полос или к закрепленным буртикам. Главное назначение полос не только предотвратить сдвиг костылей и повреждение шпал, но и удержать рамные рельсы в правильном взаимном положении при помощи регулируемых упорок. Для полос, устанавливаемых под остряками, нужны стрелочные подушки; полосы в этом случае слегка изгибают посредине, чтобы получить сопряжение с углом отклонения остряка от рамного рельса. Перед острием остряка укладывают прямую полосу без подушек. Правильную ширину колеи обеспечивают только крючки. В полосе предусмотрены 1—2 запасных отверстия на случай зашивки остряка костылями.
За корнем остряка укладывают специальные подкладки, называемые стрелочными подкладками (шириной 7 или 8 дюймов). Эти подкладки имеют буртики, перпендикулярные к подкладке прямого пути и развернутые под некоторым углом к рельсам бокового пути.
За корнями остряков на ступенчатых подушках в местах, где нужны специальные подкладки и где стандартные подкладки нельзя применять не обрезая, укладывают парные подкладки с крючками. Размеры парных подкладок: площадь поперечного сечения 3/4χ4 дюйма, длина от 23 до 35 дюймов. Это достаточная длина для установки под двумя расходящимися рельсами. Возможны варианты расположения крюка по длине подкладки: на некоторых подкладках крюк отстоит на 4 дюйма от края, на других — на 10 дюймов. На одном конце таких подкладок сделаны костыльные отверстия для прочного прикрепления их к брусу, а на другом — прорези для зашивки подошвы рельса костылем со стороны, противоположной крюку.
Предохранение остряков.
Существует несколько удачных способов защиты остряков на станционных путях с невысокими скоростями движения поездов от чрезмерного износа. В некоторых конструкциях к рамному рельсу непосредственно перед защищаемым остряком прикреплена болтами полоса из марганцовистой стали. Один конец такой полосы примыкает к рабочей грани рельса и выступает наружу, отклоняя колесо от остряка. Оба конца полосы оформлены одинаково, что позволяет перекладывать ее другим концом и таким образом увеличивать срок службы полосы в 2 раза. Другой вариант защиты остряка: к брусу снаружи напротив прямого рамного рельса пришито костылями устройство с отклоняющим поднятым открылком. Открылок зацепляет наружную поверхность реборды колеса и отводит ее от остряка. Некоторые железные дороги наплавляют металл на рабочую грань прямого рамного рельса как раз напротив острия. Иногда для защиты остряка фрезерованием боковой грани головки рамного рельса создают нишу для него.
Если стрелочный перевод уложен на путях с высокой интенсивностью движения, а меры защиты не приняты, острия остряков и рамные рельсы сильно изнашиваются, что требует частой их замены.
Стрелочные контррельсы при проходе колеса через стрелочный перевод подвергаются большим динамическим воздействиям и давлению, что может вызвать уширение колеи. Для предотвращения этого устанавливают связные полосы на брусе перед флюгарочным брусом. Но любые способы защиты острия остряка не могут служить оправданием для недостаточно тщательного осмотра или текущего содержания стрелочного перевода, особенно на интенсивно загруженных участках — недостаточная регулировка или изношенные элементы могут служить причиной схода подвижного состава с рельсов.
Защита ног персонала.
Для защиты ног персонала от попадания в корень остряка можно установить: предохранительную полосу или брусок (изогнутые таким образом, чтобы частично заполнить пространство между остряком и рамным рельсом), суженные корневые блоки или специальные устройства для закрытия выступов (закрепляются на месте болтами корневого стыка). Это последнее устройство защищает также открытые пространства в корне и острие крестовин.