Учебник монтера пути - Верхнее строение пути

Глава 3
ВЕРХНЕЕ СТРОЕНИЕ ПУТИ

§ 14. Верхнее строение пути как единая конструкция

В целом элементы верхнего строения пути образуют единую конструкцию, непосредственно воспринимающую воздействие колес подвижного состава и передающую это воздействие на земляное полотно, а также являющуюся направителем движения подвижного состава. Все элементы этой конструкции взаимосвязаны. Работу верхнего строения пути как единой конструкции могут характеризовать, например, происходящие в ней распределения вертикальных нагрузок от колес подвижного состава, которые определяют по величине напряжений, возникающих в конструктивном элементе под подвижным составом.
Так, в месте контакта колеса с рельсом напряжение в рельсе при современных нагрузках достигает 9000 кгс/см² и более. Под нагрузкой колеса рельс изгибается, испытывая напряжение изгиба до 1800—2400 кгс/см², и распределяет давление от колеса на несколько опор, как правило, через подкладки. При этом давление рельса на подкладку составляет в среднем 35—40 кгс/см².
Подкладка шире подошвы рельса, поэтому передаваемое ею среднее давление на шпалу снижается примерно до 20 кгс/см². Давление шпалы на балласт составляет в среднем 1,5—3 кгс/см².
Давление от шпал в балласте распространяется по мере углубления на все большую площадь и на земляное полотно передается почти равномерное давление, равное примерно 0,8 кгс/см².
Для того чтобы каждый элемент в конструкции верхнего строения пути мог выполнять предусмотренную для него работу и обеспечивать работу других элементов, необходимо, чтобы верхнее строение пути соответствовало действующим на него нагрузкам. Такое соответствие устанавливается в типах верхнего строения пути, утвержденных для применения на сети железных дорог Союза ССР.
В соответствии с размерами грузонапряженности применяют: особо тяжелый тип — для участков с грузонапряженностью более 50 млн. ткм/км брутто в год на один путь в год;
тяжелый тип — для участков с грузонапряженностью от 25 до 50 млн. ткм/км брутто в год, а также для участков со скоростью движения поездов 140 км/ч и более, участков с интенсивным пассажирским движением (100 поездов и более в сутки на один путь);
легкий тип — для участков с грузонапряженностью менее 25 млн.ткм/км брутто в год.
При особо тяжелом типе верхнего строения пути укладывают рельсы типа Р75 на деревянных пропитанных или железобетонных шпалах в количестве 1840 шт/км на прямых участках и 2000 шт/км в кривых радиусом 1200 м и менее при скоростях до 120 км/ч и радиусом меньше 2000 м при скоростях свыше 120 км/ч; балласт — щебеночный на песчаной подушке или асбестовый, при этом толщина песчаной подушки 20 см, щебеночного слоя 35 см при деревянных и 40 см при железобетонных шпалах; ширина плеча балластной призмы 45 см.
При тяжелом типе верхнего строения пути укладывают рельсы типа Р65 на деревянных пропитанных или железобетонных шпалах в таком же количестве, как при особо тяжелом типе; балласт — щебеночный или асбестовый с песчаной подушкой, таких же размеров, как и при особо тяжелом типе; толщина щебеночного слоя под шпалой: 30 см — при деревянных и 35 см — при железобетонных шпалах; толщина слоя асбестового балласта 50 см; ширина плеча балластной призмы 35 см.
При легком типе верхнего строения укладывают рельсы типа Р50, железобетонные или деревянные пропитанные шпалы в тех же количествах, как и при предыдущих двух типах; балласт —  щебеночный на песчаной подушке, асбестовый, карьерный гравий, ракушка; при этом песчаная подушка имеет толщину 20 см, щебеночный слой 25 см — при деревянных и 30 см — при железобетонных шпалах; толщина слоя асбестового, ракушечного балласта или балласта из карьерного гравия 45 см; ширина плеча балластной призмы 25 см.

§ 15. Рельсы

Рельсы воспринимают давление от колес подвижного состава, передают его на шпалы, а также направляют колеса при движении. На участках с автоблокировкой рельсовые нити, кроме того, служат проводниками сигнального тока, а на участках с электрической тягой — проводниками обратного тягового тока.
Рельсы должны быть прочными, износоустойчивыми, твердыми и в то же время достаточно вязкими (нехрупкими), так как они воспринимают ударно-динамическую нагрузку и работают в условиях сезонных колебаний температур; поверхности головок рельсов должны быть гладкими, чтобы колеса по ним двигались с наименьшим сопротивлением.
Для изготовления рельсов применяют мартеновскую и бессемеровскую сталь. Исходным материалом для выплавки являются чугун и стальной лом — при мартеновском процессе и чугун —  при бессемеровском.

Рис. 43. Поперечное сечение рельса: Н — высота; а — ширина головки; В — ширина подошвы; δ — толщина шейки по оси болтовых отверстий

Мартеновскую сталь варят в больших печах емкостью до 500 т. Плавка ведется в течение нескольких часов; в результате регулирования хода плавки по лабораторным анализам, введения
необходимых добавок получают рельсовую сталь требуемого химического состава.
Бессемеровскую сталь получают в результате продувки расплавленного чугуна кислородом в поворачивающихся печах (конверторах); процесс малоуправляемый, так как плавка продолжается всего 15—18 мин
Готовую сталь разливают в формы (изложницы), в которых она застывает в виде слитков. Слитки перед прокатом подогревают в специальных нагревательных колодцах, затем слиток пропускается через прокатный стан, принимая постепенно форму рельса. Прокатанную рельсовую полосу разрезают на куски по длине стандартных рельсов; в шейках рельсов делают отверстия для стыковых болтов. Затем рельсы подвергаются термической обработке для придания им необходимых прочностных качеств (закалка рельсовых концов, закалка головки рельса по всей длине и др.).
Рельсы различают по типам. Тип рельса определяется размерами по профилю поперечного очертания и массой металла, заключенного в 1 пог. м рельса (рис. 43, табл. 4).
В настоящее время стандартными являются рельсы типов Р75, Р65, Р50 и Р43 (цифры указывают примерную массу 1 пог. м в кг).
Рельсы по длине делятся на нормальные длиной 25 м и укороченные длиной 24,84 и 24,92 м. Укороченные рельсы укладывают в кривых участках пути на внутренней нити. Рельсы прежней стандартной длины 12,5 м выпускают в ограниченном количестве и используют как уравнительные на бесстыковом пути, при укладке стрелочных переводов и как инвентарные при сборке путевой решетки с железобетонными шпалами на производственных базах. К рельсам нормальной длины 12,5 м выпускают также укороченные рельсы длиной 12,42 и 12,46 м.
Болтовые отверстия в рельсах раньше делали круглой и овальной форм; в настоящее время — только круглой формы. В каждом конце рельсов Р43, Р50 имеется три болтовых отверстия, у рельсов Р65, Р75 — два.
Заводы выпускают закаленные (термообработанные) по всей длине рельсы и без закалки.

  Размеры и характеристики рельсов
Таблица 4

Применяются три вида закалки рельсов:
объемная закалка по всей длине и периметру рельса в масле;
поверхностная закалка головки водовоздушной смесью после нагрева головки токами высокой частоты; поверхностная закалка головки рельса водой после печного нагрева.
Объемная закалка больше, чем другие виды закалки, повышает износостойкость рельсов.
В процессе закалки не всегда обеспечиваются все необходимые свойства рельсов. В связи с этим закаленные рельсы, полностью соответствующие требованиям технических условий, относятся к первому сорту первой категории, а закаленные рельсы с несколько пониженными свойствами — к первому сорту второй категории.
Незакаленные рельсы могут быть первого или второго сорта.
На главных путях дорог МПС рельсы типа Р50 применяются только первого сорта, а типов Р65 и Р75 — как первого, так и второго сортов, при этом участки укладки рельсов второго сорта устанавливает МПС.
Основные сведения о рельсах обозначают специальной маркировкой (рис. 44), создаваемой как в процессе изготовления рельсов, так и после разрезки прокатанной полосы на рельсы.

Рис. 44. Маркировка рельсов:
а — рельсы первого сорта; б — рельсы второго сорта; в — промышленный брак; 1 — инспекторские клейма; 2 — клеймо ОТК завода; 3 — керн; 4 — место нанесения номера рельса (1 и 2 — головные, X — донные); 5 — маркировка на шейке рельса выпуклыми буквами и цифрами, обозначающая: завод-изготовитель, месяц и год проката, тип рельса; 6 — место нанесения номера плавки стали; 7 — белая окантовка (рельс первого сорта); 8 красная краска (рельс второго сорта); 9 — синяя краска (рельс забракован)