На прямых участках верхние грани головок обеих рельсовых нитей в каждом перпендикулярном сечении пути должны находиться в одном уровне. Однако для более спокойного движения поездов разрешается одну рельсовую нить содержать на 4 мм выше другой. В этом случае рельсовая колея испытывает меньше боковых ударов от подвижного состава.
Если на прямых участках с возвышением одной рельсовой нити над другой расположены мосты с балластным слоем, то и на мостах делается такое же возвышение одной рельсовой нити. Возвышение в 4 мм также допускается на мостах с мостовыми брусьями при езде поверху, если длина каждого из них не превышает 25 м. На всех остальных мостах, во всех тоннелях и на протяжении 25 м в каждую сторону от них, а также на стрелочных переводах устройство возвышения в 4 мм при расположении перечисленных сооружений на прямых участках не допускается.
На двухпутных участках повышать на 4 мм следует бровочную нить, т. е. ближайшую к обочине земляного полотна, а на однопутных — в зависимости от местных условий.
Например, если правая рельсовая нить периодически оседает, то ее и следует содержать на 4 мм выше другой.
Перечень прямых участков, на которых разрешается содержание одной рельсовой нити на 4 мм выше другой, утверждается начальником дороги. В этом перечне указывается, на каких километрах, каких пикетах, какая нить должна иметь возвышение. Выписки из утвержденного перечня выдаются бригадирам пути, дорожным мастерам, а также старшим дорожным мастерам механизированных участков (околотков).
На кривых участках, радиус которых не превышает 4 000 м, наружной рельсовой нити придается возвышение. Оно необходимо для предупреждения быстрого износа рельсов с наружной стороны кривой. С повышением упорной нити действие центробежной силы уменьшается и износ рельсов, лежащих на наружной и внутренней сторонах кривой, выравнивается. К этому надо добавить, что при отсутствии возвышения наружной стороны пути пассажиры, находящиеся в вагоне, испытывают неприятные ощущения.
Чтобы лучше представить загрузку внутренней и наружной рельсовых нитей на кривых участках пути проходящими поездами, рассмотрим две схемы: одну при горизонтальном положении вагона кривой, другую при наклонном его положении, когда наружный рельс (левый) имеет возвышение. Будем изображать центробежную силу и силу тяжести отрезками линий.
На схеме рис. 173, а мы видим, что равнодействующая (R —диагональ прямоугольника) двух сил — силы тяжести G и центробежной Р — направлена в сторону наружного рельса. Поэтому рельсы, лежащие с наружной стороны, при таком положении вагона будут загружены больше, чем лежащие с внутренней стороны, и, естественно, будут изнашиваться быстрее.
На рис. 173, б равнодействующая сила направлена перпендикулярно к оси колесной пары. В этом случае загрузка обеих рельсовых нитей и их износ будут одинаковыми.
Рис. 173. Действие сил тяжести и центробежной: а —при горизонтальном положении вагона; б —при наклонном
Центробежная сила тем больше, чем выше скорость движения (она пропорциональна квадрату скорости) и чем меньше радиус кривой. Поэтому и возвышение на кривой устанавливается в зависимости от ее радиуса и скорости обращающихся поездов. До последнего времени возвышение наружных рельсов на кривой определялось по формуле
(6)
где h — возвышение в мм;
Пmах — наибольшая скорость поездов в км/ч,
R — радиус кривой в м.
В настоящее время возвышение наружной рельсовой нити на кривой определяется по формуле
(7)
где h — расчетное возвышение в мм;
R — радиус кривой в м;
v ср — средневзвешенная квадратическая скорость движения поездов в км/ч, которая определяется по фактически развиваемым на данной кривой скоростям движения всех пассажирских и грузовых поездов.
Полученное по формуле (7) возвышение округляется до величины, кратной 5 мм, в ближайшую сторону.
Средневзвешенная квадратическая скорость определяется по следующей формуле:
(8)
где Q — вес поезда брутто в тыс. m;
п — количество поездов;
v — скорость поездов одинакового веса в км/ч.
Скорости пассажирских и грузовых поездов устанавливаются по показаниям скоростемеров, тяговыми расчетами или другим способом, например натурным.
Если средневзвешенная квадратическая скорость известна, то возвышение наружной рельсовой нити на кривой можно определить по табл. 29. Это возвышение для участков, где допускаются скорости движения поездов, превышающие 70 км/ч, должно проверяться по формуле
(9)
в которой vmax есть максимальная скорость, развиваемая на кривой пассажирским поездом. Если по этой формуле возвышение окажется меньшим, чем по формуле (7), то принимается возвышение, полученное по формуле (7). Если же оно окажется большим, то возвышение принимается по формуле (9). Окончательно возвышение наружных рельсовых нитей на кривых устанавливается приказом начальника дороги, которому дано право изменять возвышение, полученное по формуле (7) и приведенное в табл. 29, на 15% в сторону увеличения или уменьшения, в зависимости от характера движения поездов.
Пример. Пусть кривая имеет радиус, равный 1 000 м, и допустим, что по кривой ежегодно проходят:
10 грузовых поездов по 3 тыс. т каждый со скоростью 80 км/ч, 2 грузовых поезда по 1 тыс. т каждый со скоростью 60 км/ч, 6 пассажирских поездов по 800 т каждый со скоростью 100 км/ч, 2 пассажирских поезда по 600 т каждый со скоростью 70 км/ч. Средневзвешенная скорость этих поездов по формуле (8) равна
Определим возвышение по формуле (7)
Определим возвышение по формуле (9)
По формуле (9) возвышение оказалось меньшим. Следовательно, на кривой надо установить возвышение в 83 мм или, округленно, 85 мм.
Таблица 29
Возвышение наружного рельса в кривых в мм
На участках двухпутных и многопутных линий, расположенных на уклонах, где скорости движения поездов по разным путям различны, возвышение наружных рельсовых нитей для каждого пути устанавливается отдельно. При этом возвышение на пути, расположенном ближе к центру кривой, не должно быть меньше половины возвышения на соседнем пути, расположенном снаружи. Это требование установлено для соблюдения габарита приближения строений.
Во всех случаях возвышение одного рельса над другим на перегонах не должно быть больше 150 мм.
В пределах станций возвышение наружных рельсов на кривых делается на главных и на приемо-отправочных путях. На остальных станционных путях кривые содержатся без возвышения наружных рельсов. Возвышение можно не устраивать и на приемоотправочных путях, если скорости движения поездов по ним не превышают 25 км/ч.
Рис. 174. Отвод возвышения при наличии достаточной длины прямой вставки между кривыми одинаково и различно направленными
Величина возвышения наружных рельсов на станциях определяется так же, как и для перегонных кривых, в зависимости от скоростей движения поездов, но она не должна быть больше 75 мм. Такое же возвышение делается и на стрелочном переводе, расположенном в кривой на главном пути, если боковой путь примыкает с внутренней стороны кривой. При ответвлении пути наружу кривой возвышение у наружной рельсовой нити главного пути устраивают лишь в отдельных случаях, с разрешения начальника дороги. При этом скорость движения поездов, следующих на боковой путь, ограничивается до 15 км/ч.
Закрестовинные кривые, расположенные на путях следования пассажирских и грузовых поездов со скоростями более 25 км/ч, также должны иметь возвышение наружных рельсов.
Отклонения от установленных норм содержания пути по уровню допускаются в пределах 4 мм. При этом отводы отклонений делают плавно — не более чем по 1 мм на 1 пог. м пути. Последовательные с разными знаками отклонения одной рельсовой нити на расстоянии менее 25 м, называемые перекосом, допускаются в сумме не более 6 мм. Превышающие эту величину перекосы следует исправлять даже при плавных отводах отклонений.
Отвод возвышения наружной нити кривой делают плавно на протяжении переходной кривой. Уклон отвода зависит от длины переходной кривой. При отсутствии переходной кривой отвод делают на прямой также не круче чем по 1 мм на 1 пог. м пути, начиная от конца кривой.
Когда кривые расположены одна за другой на близком расстоянии, то прямые участки между ними могут оказаться недостаточными для отвода возвышений наружных рельсовых нитей. В таких случаях нормальные отводы в 1 мм на 1 пог. м устраивают лишь тогда, когда между концами отводов остается прямой участок без возвышения длиной не менее 25 м (рис. 174). Если такого участка не получается, то отводы возвышений делают круче, но не более чем по 3 мм на 1 пог. м пути. Если же и при таких отводах прямого участка в 25 м без возвышения не получается, то поступают в зависимости от направления кривых.
При направлении кривых в одну сторону на всем прямом участке сохраняется возвышение одной рельсовой нити над другой, причем переход от большего возвышения к меньшему осуществляют в пределах прямого участка (рис. 175). При направлении кривых в разные стороны между концами отводов оставляют прямой участок без возвышения длиной 15 м. Отвод возвышения делают в 3 мм на 1 пог. м, при этом в начале круговой кривой возвышение может быть неполное; однако во всех случаях оно не должно быть меньше половины возвышения, установленного для кривой (рис. 176). Если кривые одного направления, но разных радиусов, примыкают одна к другой, то переход от одного возвышения к другому осуществляется в пределах сопрягающей переходной кривой.
Во всех других сложных случаях вопрос об отводе возвышения решается начальником службы пути по представлению начальника дистанции.
Рассмотрим еще случай примыкания кривой к прямому участку с возвышением одной рельсовой нити над другой в 4 мм.
В этом случае надо поступить так. Если к наружной нити кривой примыкает повышенная нить прямого участка, то отвод возвышения делают с учетом имеющегося повышения на прямой; если к наружной нити кривой примыкает пониженная нить прямого участка, то между концом отвода возвышения наружной нити кривой и началом повышения рельсовой нити на прямой должен быть участок без возвышения длиной не менее 25 м.