Соединение отдельных рельсов между собой в непрерывную рельсовую нить производится с помощью стыковых скреплений. К стыковым скреплениям относятся накладки и болты с пружинными шайбами.
Концы рельсов в пазухе их между головкой и подошвой с обеих сторон соединяются накладками, которые через имеющиеся в них и в шейках рельсов отверстия стягиваются болтами. Под гайки болтов ставятся пружинные шайбы.
Место соединения концов рельсов между собой называется стыком. Прочность двух накладок, скрепленных болтами, должна быть близка прочности поперечного сечения рельса, иначе в стыке будут возникать большие прогибы и удары в торец рельса. Но даже при самых мощных накладках стык, где целость рельсовой нити нарушена, является наиболее напряженным местом пути. В стыках больше всего сказывается динамическое воздействие подвижного состава, поэтому желательно уменьшить по возможности их количество. Для этого начали выпускать рельсы длиной 25 м, укладывать бесстыковый путь, т. е. такой путь, где рельсы сварены между собой в плети длиной около 1 км и больше.
Рис. 63. Стык внахлестку
Рис. 64. Стык в замок
Изменение температуры сказывается на длине рельса. Чем выше становится температура, тем длиннее делается рельс. Поэтому торцы рельсов в стыках соединяют неплотно, между ними оставляют некоторое расстояние, называемое рельсовым зазором. Наибольшее значение зазора ограничивают величиной, не превышающей 20—22 мм. Возможность перемещения рельсов в накладках при температурных изменениях длины осуществляется за счет сжатия пружинной шайбы и устройства болтовых отверстий (круглых или овальных) несколько больших размеров, чем диаметр болта.
Если зазор допустить значительно больший 22 мм, то при проходе колес подвижного состава по таким зазорам возникнут сильные удары; если зазоров совсем не будет, могут возникнуть напряжения, превосходящие известные пределы, и рельсы изогнутся в сторону или вверх, произойдет так называемый выброс пути, что представляет собой большую опасность для движения поездов.
Прежде чем ученые и конструкторы остановились на стыке с перпендикулярно срезанными торцами рельсов, было испытано много всевозможных конструкций. К ним относятся: косой стык (рис. 62), стык внахлестку (рис. 63) и стык в замок (рис. 64). Испытаниями их преследовали цель добиться наиболее плавного перехода колес с одного рельса на другой, но оказалось, что эти конструкции работали неудовлетворительно (имело место усиленное выкрашивание металла, выпучивание в сторону шейки рельса и т. д.), а производство рельсов значительно усложнялось.
По расположению стыков относительно шпал различают следующие виды их: стыки на весу, стыки на шпале, стыки на сдвоенных шпалах.
Рис. 65. Стандартный стык на весу рельсов типа Р65:
а — общий вид; б — поперечный разрез; 1 — накладка двухголовая; 2 — болт; 3 — шайба пружинная; 4 — гайка
Стандартным стыком на железных дорогах СССР является стык на весу. При таком стыке торцы рельсов соединяются между собой посредине расстояния, образованного двумя стыковыми шпалами (рис. 65). Расстояние между стыковыми шпалами делают меньше, чем между промежуточными, для усиления стыка.
Стык на весу упруг, кантования шпал не происходит, но работа накладок и рельсовых концов на изгиб усиливается. Стык на шпале или на сдвоенных шпалах, наоборот, является жестким, происходит кантование шпал, так как он неустойчив в балласте. Из-за жестких ударов концы рельсов сбиваются и стык быстро расстраивается.
Стык левого рельса должен располагаться точно против стыка на правом рельсе, или, как принято говорить, должен быть расположен по наугольнику.
Наугольник —это деревянный треугольник, который имеет один прямой угол и два произвольных угла. Угольник укладывают одним катетом на рельс прямым углом к стыку, другой катет показывает место расположения стыка на другой нити.
Одно время считалось, что лучше располагать стыки в шахматном порядке (т. е. стык левого рельса располагать против середины звена правого рельса), но при этом способе наблюдается боковая качка подвижного состава, большее количество ударов, и сейчас от такого расположения стыков отказались. На заграничных железных дорогах Европы преимущественное распространение имеют стыки по наугольнику; в СССР стыки ставят исключительно по наугольнику. Такое расположение стыков создает условия для смены рельсо-шпальной решетки путеукладчиком целыми готовыми звеньями. В США имеют распространение так называемые блуждающие стыки, т. е. стык на одной рельсовой нити может занять любое место по отношению к стыкам другой нити. Такое расположение стыков не требует укладки укороченных рельсов по внутренней нити.
Рис. 66. Изолирующий стык на сдвоенных шпалах рельсов типа Р65 с металлическими двухголовыми накладками:
1 — накладка; 2 — прокладка боковая; 3 — планки под болты; 4 — планка стопорная; 5 — шайба пружинная; 6 —прокладка стыковая; 7 — втулка; 8 — болт; 9 — костыль; 10 — болт стяжной; 11 — шайба плоская; 12 — подкладка
На электрифицированных участках железных дорог и участках, оборудованных автоматической блокировкой или диспетчерской централизацией, рельсовые нити используют как токопроводящие цепи для обратного тягового и сигнального тока. Для изоляции одного рельса от другого на границах рельсовых цепей устраивают изолирующие рельсовые стыки. Изолирующие стыки у нас делают как на весу, так и на сдвоенных шпалах (рис. 66).
Рис. 67. Штепсельный соединитель с клипсами
Накладки в изолированном стыке употребляются металлические двухголовые и объемлющего типа, а изоляция достигается постановкой фибры. Ввиду недостатка фибры в изолированных стыках все еще используют лигнофолевые* накладки. Стыки с лигнофолевыми накладками устраивают на сдвоенных шпалах.
* Лигнофоль — это прессованная древесина, пропитанная специальными смолами.
К недостаткам стыка на сдвоенных шпалах следует отнести неудобство подбивки и сильное кантование шпал, жесткость ударов колес о рельсы.
Важнейшим элементом автоблокировки является электрическая изолированная рельсовая цепь, т. е. участок пути, изолированный в электрическом отношении от соседних участков.
Рис. 68. Положение штепсельного соединителя при двухголовых накладках
Рис. 69. Приварные стыковые соединители:
а— приваренный термитным способом; б — электродуговым способом
Переход электрического тока из одного рельса в другой затруднен. Если между накладками и рельсами имеется незначительный слой ржавчины, окалины, пыли, электрический ток может совсем не пройти из-за большого сопротивления. Вот почему на участках, оборудованных автоблокировкой, устраивают токопроводящие стыки путем постановки в них специальных стыковых рельсовых соединителей.
На участках с автоблокировкой применяют штепсельные рельсовые соединители, изготовляемые из стальной проволоки диаметром 5 мм. Такие соединители на концах имеют штепсели, которые вставляются в отверстия в шейке рельса. Спиральные изгибы на концах позволяют соединителю удлиняться. Для предупреждения повреждений соединитель при фартучных накладках подводят под головку рельса с наружной стороны колеи и он удерживается в таком положении клипсами. Клипса одним концом держит соединитель, а другой ее конец надет на болт и зажат между накладкой и гайкой стыкового болта (рис. 67). При двухголовых накладках соединитель заводят под накладку (рис. 68).
На участках электрифицированных применяются приварные соединители, изготовляемые из медного троса сечением 70 мм2 (рис. 69). На концах таких соединителей имеются манжеты, плотно обжимающие трос. Медные соединители приваривают к головке рельса с наружной стороны колеи.