Основное назначение шпал и брусьев — воспринимать вертикальные боковые и продольное усилия от рельсов и передавать их на балластный слой, а также обеспечивать неизменность ширины колеи.
Шпалы бывают деревянные, железобетонные, металлические.
На сети железных дорог СССР применяют деревянные и железобетонные шпалы.
Деревянные шпалы изготовляют из сосны, ели, пихты, лиственницы, кедра, бука. В СССР преимущественное распространение получили шпалы из сосны, ели, пихты.
Деревянные шпалы — наиболее распространенный вид рельсовых опор на сети железных дорог мира. Это объясняется их положительными качествами: простотой прикрепления промежуточных скреплений, упругостью, простотой изготовления. Недостатком деревянных шпал является сравнительно небольшой срок службы. Для повышения срока службы деревянные шпалы пропитывают противогнилостными веществами — антисептиками.
По форме поперечного сечения деревянные шпалы (78—65) изготовляют двух видов (рис. 54): обрезные (А), опиленные на четыре канта, и брусковые (Б), у которых опилены только два параллельных канта, называемых верхней и нижней постелями (нижняя постель более широкая).
Длина шпалы принята 2750 мм. По заказам МПС для особо грузонапряженных участков поставляют шпалы длиной 2,8 м, а для участков, где совмещены пути с разной шириной колеи, — 3 м.
По качеству древесины (наличию и размерам сучков, червоточин, трещин) шпалы относят к первому или второму сорту.
На одном из торцов каждой шпалы отбойным клеймением или стойкой краской наносят марку (наименование предприятия- поставщика, породу древесины, тип и сорт шпалы).
Концы деревянных шпал до укладки в путь закрепляют против растрескивания установкой деревянных винтов или обрезкой полосовой сталью или проволокой. При укладке в путь на каждой шпале ставят (забивают) клеймо с указанием на нем года укладки шпалы. Эти клейма забивают на расстоянии 1 м от концов шпал, выравниваемых по шнуру.
Срок службы деревянных пропитанных масляными антисептиками шпал в настоящее время не превышает 18 лет. Большой расход древесины и поиски более длительных сроков службы шпал привели к созданию железобетонных шпал.
При достаточно упругих конструкциях промежуточных рельсовых скреплений, улучшении конструкции закладного болта и анкерной шайбы, а также совершенствовании конструкции самих железобетонных шпал срок службы их может быть доведен до 40—50 лет.
Преимуществом железобетонных шпал по сравнению с деревянными шпалами является то, что они лучше обеспечивают равноупругость рельсовых опор. Кроме того, железобетонные шпалы не подвержены гниению и имеют значительно большую прочность на смятие.
При железобетонных шпалах наблюдается большая плавность движения поездов, создаются лучшие условия для работы бесстыкового пути вследствие большой поперечной устойчивости.
Недостатком железобетонных шпал является их большая жесткость, которую приходится понижать укладкой упругих прокладок между верхней поверхностью шпалы и металлической подкладкой или рельсом. К числу других недостатков железобетонных шпал относятся повышенная! электропроводимость, слабая сопротивляемость бетона выколам и растяжению неармированных частей.
Рис. 55. Железобетонные предварительно напряженные шпалы: а — с-56-2: б — С-56-2М; в - С-56-3; г - С-56-3М
I
Рис. 56. Схема маркировки железобетонных шпал:
1 — обозначение шпал второго сорта; 2 — номер партии и клеймо ОТК; 3 — товарный знак предприятия и год изготовления; 4 — обозначение некондиционных шпал
Железобетонные шпалы укладывают в путь только при щебеночном или асбестовом балласте. Укладку железобетонных шпал на пути, подверженном деформациям, и на пучинных участках не допускают.
В соответствии с ГОСТ 10629—71 изготавливают четыре типа брусковых струнобетонных шпал (рис. 55): С-56-2, С-56-3, С-56- 2М, С-56-3М. Эти шпалы рассчитаны на применение рельсов типов Р50, Р65, Р75 с промежуточными рельсовыми скреплениями типов КБ и ЖБ на прямых и кривых участках пути.
Со шпалами С-56-2 и С-56-2М укладывают промежуточные скрепления КБ-50 и КБ-65; со шпалами типов С-56-3 и С-56-3М — скрепления типов ЖБ-50 и ЖБ-65. Шпалы, в обозначение типов которых добавлена буква М, имеют среднюю часть не с плоской нижней постелью, а клиновидной формы; такая форма уменьшает силы реакции балласта на среднюю часть шпалы.
Предварительное напряжение арматуры в железобетонной шпале позволяет последней лучше сопротивляться действию растягивающих сил.
Для закрепления головки закладного болта, прикрепляющего подкладку или пружинную клемму к шпале, в отверстии последней устанавливают закладную шайбу или устраивают гнезда для постановки пластмассовых вкладышей, служащих для закрепления головки закладных болтов.
В зависимости от качества шпалы относят к первому или второму сорту; ко второму сорту относят шпалы, имеющие несколько большие допуски по размерам, отклонения от технических требований и показателей внешнего вида (раковины, сколы, местные неровности). Шпалы второго сорта могут быть использованы только на малодеятельных, станционных и подъездных путях и на путях промышленного транспорта.
Маркировка шпал, соответствующих стандарту, показана на рис. 56. Чем выше грузонапряженность и осевые нагрузки от подвижного состава, тем большее количество шпал необходимо укладывать на 1 км пути.
Порядок расположения шпал по длине рельсового звена называют эпюрой шпал.
Основных эпюр три: 1600, 1840, 2000 шт/км, что соответствует укладке 40, 46 и 50 шпал на 25-метровом звене. В настоящее время применяют преимущественно две последние эпюры, но на малодеятельных ветвях и станционных путях местами сохранилась еще укладка 1440 шпал на 1 км, или 18 шпал на звено длиной 12,5 м.
В кривых участках пути радиусом 1200 м и менее, как правило, эпюра шпал на один разряд выше, чем на прилегающих прямых. Расстояния между осями стыковых шпал приняты: при рельсах типа Р43 и легче — 0,5 м; типа Р50 — 0,44 м и типов Р65 и Р75 — 0,42 м. Расстояние между осями всех остальных шпал на протяжении звена установлено одинаковым.
На бесстыковом пути при количестве шпал на километр, соответствующем указанным эпюрам, расстояния между осями шпал принимают одинаковыми на всем протяжении плети. Переход от пути с деревянными шпалами к пути с железобетонными шпалами устраивают не в стыке, а в средней части рельсового звена.