Рельсовые пути трамваев - Шпалы и переводные брусья

Шпалы, как и другие рельсовые опоры, предназначены для распределения воспринимаемой ими нагрузки от рельсов на поверхность балластного слоя, а также для поддержания постоянства рельсовой колеи. Рельсы, соединенные со шпалами, образуют путевую решетку. Путевая решетка состоит из отдельных звеньев, длина которых соответствует стандартной длине рельса.
Наибольшее распространение получили шпалы, изготовленные из дерева, преимущественно сосны и ели. Деревянные шпалы упруги, обладают хорошими электроизолирующими свойствами, просты в изготовлении, удобны в эксплуатации. Они допускают значительные перегрузки, устойчивы к действию химически агрессивной среды. Главные их недостатки — большой расход древесины и короткий срок службы, не превышающий 15—18 лет.
Деревянные шпалы неодинаковы по их поперечному сечению, упругости и жесткости: физические и механические свойства древесины со временем заметно меняются. Вынужденно частая одиночная смена шпал вызывает неоднородность и неравноупругость рельсового основания в целом. Тем не менее, пока деревянные шпалы широко применяются как на путях трамвая, так и на внутризаводских путях.
Длина шпалы устанавливается из условий ее изгиба под действием вертикальных сил так, чтобы просадки шпалы во всех сечениях были бы одинаковы. Для деревянных шпал всех типов принята длина 2750 мм. В поперечном сечении шпалы имеют шесть типоразмеров: обрезные шпалы ΙΑ, ΙΙА, ΙΙΙΑ, необрезные — ΙБ, ΙΙБ, ΙΙΙБ (рис. 40).
Все типы деревянных шпал находят свое применение. На внутризаводских путях при грузонапряженности до 10 млн. т-км брутто/км в год применяются шпалы III типа (ΙΙΙА и ΙΙΙБ), при большей грузонапряженности — шпалы II типа, а при нагрузке от колесной пары на рельсы, превышающей 250 кН (25 тс), могут применяться шпалы I типа.
На путях пассажирского движения скоростного и обычного трамвая можно применять шпалы I и II типов, шпалы III типа следует использовать на путях грузового движения, на вспомогательных и технологических путях депо и заводов.
До укладки в путь шпалы должны быть антисептированы, причем на трамвайных путях и внутризаводских с электротягой антисептик не должен быть проводником электрического тока.
Применявшиеся в течение ряда лет, особенно на небольших предприятиях, имеющих свои подъездные пути, методы диффузионной пропитки водорастворимыми солями, механической обмазки пастами и маслянистыми антисептиками, а также пропитка выдерживанием в холодных или горячих ваннах из креозотового или антраценового масла не дают необходимого качества антисептирования. Основным способом пропитки шпал следует считать пропитку шпал под давлением в условиях шпалопропиточного завода и, лишь как исключение, в автоклавных установках малой производительности непосредственно в транспортных хозяйствах.

Рис. 40. Поперечные сечения деревянных шпал

Различают два способа пропитки шпал под давлением: полного и ограниченного поглощения. Процесс пропитки в первом случае выполняется в специальном шпалопропиточном цилиндре. Шпалы в этом цилиндре предварительно подогреваются, а затем подвергаются вакуумированию. При этом вода, воздух, древесные соки в значительной мере удаляются из шпал. Подготовленные таким образом шпалы выдерживаются в подогретом до 90°С антисептике под давлением до 0,8—1,0 МПа. При втором способе шпалы не подвергаются предварительному вакуумированию, зато после пропитки вакуумом извлекают из шпалы избыток антисептика. Принципиальная разница между способами состоит в том, что если при полном поглощении сосуды в древесине шпалы целиком заполняются антисептиком, то при ограниченном антисептик лишь обмазывает стенки наиболее крупных сосудов.
Число шпал на 1 км пути или на одно рельсовое звено, а также их раскладка по длине звена — так называемая шпальная эпюра — зависят от назначения пути, конструкции и особенностей его эксплуатации. На соединительных путях (перегонах) и главных станционных путях промышленных железных дорог в зависимости от грузонапряженности, скорости движения, нагрузки от колесной пары на рельсы укладывается 1440, 1600, 1840 шпал на 1 км прямого участка. На прочих станционных путях— 1360, 1440, 1600, а на погрузочно-выгрузочных путях— 1360 и 1440 шпал на 1 км. На кривых участках пути радиусом менее 300 м при скорости движения свыше 40 км/ч и радиусом менее 200 м при меньшей скорости движения число шпал на 1 км увеличивается с 1360 до 1440, с 1440 до 1600, с 1600 до 1840, с 1840 до 2000 шт. На путях скоростного трамвая на прямых участках и в кривых радиусом 1200 м и более укладывается 1680 шпал на 1 км и 1840 шпал при радиусе кривых менее 1200 м. На открытых путях обычного трамвая — 1520, на путях, имеющих дорожное покрытие, — 1680, на грузовых, ремонтных и других вспомогательных путях — 1440 шпал на 1 км. Легко заметить, что все перечисленные варианты количества шпал на километр делятся на 40 и 80, т. е. кратны количеству стандартных звеньев на километр. Число шпал на одно звено также характеризует шпальную эпюру. Эти данные, а также характеристики расположения шпал приведены в табл. 22. Следует иметь в виду, что в кривых расстояние между шпалами измеряется по наружному рельсу.
При определении объемов работ, связанных с устройством путевой решетки, важно знать не только количество шпал, но и их объем. Это бывает необходимо и при подсчете потребного количества балластных материалов, так как занимаемый шпалами объем должен исключаться из теоретического объема балластной призмы. Необходимые для этого подсчета данные приведены в табл. 23.

Таблица 22. Раскладка шпал по длине звена1

1 В числителе — при длине звена 2 5 м, в знаменателе — 12,5 м.

Таблица 23. Объем шпал на 1 км пути, м³

Стрелочные переводы укладываются на специальные переводные брусья (на узловых соединениях трамвайных путей допускается укладка обычных шпал). Переводные брусья изготовляются также шести типов, обозначения которых совпадают с установленными для шпал. На внутризаводских и трамвайных путях применяются брусья типов ΙΙΙА и ΙΙΙБ. Размеры их поперечного сечения: толщина—160, ширина верхней постели—175, нижней постели — 230 мм. Длина брусьев переменная — от 3 до 5,5 м (через каждые 25 см). Раскладка брусьев и шпал (расстояние между ними) определяется индивидуальными эпюрами.
Из дерева изготавливаются и некоторые другие элементы подрельсового основания: продольные деревянные лежни, брусья для шпально-брусковых и бесшпальных конструкций.
Металлические шпалы на трамвайных путях в нашей стране не применяются. Они сравнительно недолговечны из-за быстрой коррозии, сложны в эксплуатации, хорошо проводят электрический ток, являются источником повышенного шума, требуют большого расхода металла. Однако в некоторых случаях они находят достаточно широкое применение на промышленных железных дорогах. Металлические шпалы могут применяться на разгрузочных эстакадах с металлическими пролетными строениями, передвижных отвальных путях, путях перевозки горячего металла и шлака, где существует угроза возгорания. Кроме того, металлические шпалы используются для звеньев переносных узкоколеек.
Металлические шпалы изготавливают из чугуна и стали. Они обычно имеют форму перевернутого корыта с утолщенными краями. Для повышения устойчивости такая пустотелая шпала заполняется балластом.

Большое распространение получили шпалы из предварительно напряженного железобетона. Такие железобетонные шпалы наиболее долговечны, они обеспечивают повышенную устойчивость пути во всех направлениях, большую однородность и равноупругость основания, достаточно высокую трещиностойкость. Им свойственны и недостатки: значительная масса, большая жесткость, высокая электропроводимость.
На внутризаводских и внешних путях промышленных железных дорог без ограничений допускается применение железобетонных шпал с укладкой их по тем же эпюрам, что и деревянных. С железнодорожными рельсами применяются брусковые железобетонные шпалы массой 255 кг ШС-1 и ШС-2 (шпалы струнобетонные), а также их усовершенствованные модификации ШС-1у и ШС-2у. Эти же шпалы могут быть использованы и на трамвайных путях, однако только с железнодорожными рельсами на прямых и кривых участках радиусом не менее 400 м. 

Рис. 41. Железобетонные железнодорожные шпалы:
а — ШС-1; б — ШС-1у; в — поперечное сечение и армирование шпалы ШС-Г; г — поперечное сечение и армирование шпалы ШС-1у

Рис. 42. Железобетонная трамвайная шпала ЛШ-5

На более крупных кривых эти рельсы не применимы. Со шпалами ШС-1 (рис. 41) применяется раздельное скрепление КБ, со шпалами ШС-2 — нераздельное скрепление ЖБ.
Специально для трамвайных путей разработан ряд вариантов железобетонных шпал. Один из них — ЛШ-5— принят в качестве типового (рис. 42). Эта шпала массой 170 кг может быть применена на прямых и кривых участках радиусом более 400 м с любым типом нормального или желобчатого рельса. Она применима и на более крутых кривых, однако только с желобчатыми рельсами.
В трамвайных хозяйствах Украины применяются шпалы КШ-63П и КШУ-65К.
На путях специального назначения (пути слива жидких или выгрузки сыпучих грузов, ремонтные пути со смотровыми канавами), а иногда и на ходовых внутризаводских и трамвайных путях, если внутри колеи оказываются колодцы подземных коммуникаций, шпалы могут заменяться деревянными полушпалами.
Несмотря на указанные преимущества шпал, по мере роста нагрузки от колесной пары на рельсы и грузонапряженности, а на путях трамвая — интенсивности движения начинает проявляться неравноупругость подрельсового основания прежде всего из-за неодинакового уплотнения балласта под шпалами. Эта неравноупругость быстро приводит к расстройству пути в целом. Поэтому при соответствующем технико-экономическом обосновании оказывается целесообразным применение бетонных и железобетонных подрельсовых оснований.