Величина возвышения наружного рельса в кривых представляет собой разность уровней головок наружного и внутреннего рельсов. Величина возвышения наружного рельса определяется формулой, в которую входят: ширина колеи, квадрат скорости, радиус кривой и ускорение силы тяжести. Большинство железных дорог в последние годы увеличили скорости движения поездов, при этом предварительно были обследованы все кривые на той или иной линии и установлены стандартные возвышения наружного рельса. Вследствие большого разнообразия в существующих на дороге скоростях движения поездов нецелесообразно при установлении возвышения наружного рельса в кривых учитывать нормальные скорости движения всех обращающихся на дороге поездов. Если возвышение наружного рельса установить соответственно скорости наиболее скорого поезда, то поезда, идущие с меньшей скоростью, будут с большей силой давить на внутренний рельс, увеличивая тем самым сопротивление движению и износ рельса. Наоборот, если возвышение наружного рельса установить по скорости более медленных поездов, потребуется ограничить в кривой скорость для более скорых поездов. В качестве компромиссного решения многие железные дороги допускают недостаток возвышения наружного рельса, устанавливая возвышение в 75 мм, при котором равнодействующая сила отклоняется на 152 мм от оси пути, вместо того чтобы проходить посредине между рельсами, как это соответствует возвышению при равновесной скорости. Принятое дорогами возвышение в 75 мм обеспечивает хорошее вписывание в кривую скорых поездов и вместе с тем уменьшает износ внутреннего рельса при проходе поездов с меньшей скоростью.
На основании изучения теоретических основ, определяющих величину возвышения наружного рельса, скорости движения поездов в кривых и применения вертикальных кривых при сопряжении различных элементов профиля, Комитет AREA по пути рекомендовал следующие правила определения величины возвышения наружного рельса в кривых, принятые ранее и вновь одобренные.
РЕКОМЕНДАЦИИ AREA
I. Возвышение наружного рельса в кривых
Приближенная формула:
где в—возвышение наружного рельса в футах;
G—ширина колеи в футах;
v — скорость движения в футах в секунду;
R — радиус кривой в футах, дает достаточно точное теоре тическое выражение возвышения наружного рельса в кривой.
Из приведенной формулы вытекает более простая формула
где Е — возвышение наружного рельса в дюймах;
D — кривизна кривой в градусах;
У —скорость поезда в милях в час.
Получаемая отсюда приближенная формула
позволяет определить величину возвышения наружного рельса в кривых с учетом допускаемого недостатка, при котором равнодействующая сила отклоняется на 152 мм от оси пути, при условии, что центр тяжести экипажа расположен на 2 134 мм выше головки рельса с допусками в 38 мм на горизонтальные колебания подвижного состава.
Эксплуатация пассажирских поездов со скоростями около 160 км/ч требует тщательного наблюдения за плавностью кривых, включая возвышения наружных рельсов и сопряжения между прямыми и кривыми, а также между кривыми разных радиусов.
Равновесной скоростью в кривой, при наличии возвышения наружного рельса, называется скорость, при которой равнодействующая сила проходит посредине между рельсами, а горизонтальные силы на обоих рельсах равны нулю. Если бы оказалось возможным движение всех поездов в кривой с одинаковой скоростью, путем придания наружному рельсу возвышения, соответствующего равновесной скорости, возможно было бы создание идеальных условий для спокойной езды в кривой при одновременном соблюдении условия минимального износа рельсов. Однако каждая кривая постоянно пропускает поезда, следующие с различными скоростями. Поезда, проходящие с малыми скоростями по кривым, возвышение наружного рельса которых принято из условия более высоких скоростей движения, стремятся сдвинуть путь вбок и вызывают усиленный износ внутреннего рельса.
Скорость прохода пассажирских поездов в кривых определяется безопасностью движения и комфортом пассажиров. В пределах безопасного следования можно допустить любую скорость в кривых, обеспечивающую комфортабельную езду. Опытами установлено, что обычные пассажирские пульмановские или более легкие вагоны допускают комфортабельную езду в кривых со скоростями, при которых требовалось бы возвышение наружного рельса на 75 мм больше, чем для равновесной скорости. Как только дело касается скоростного пассажирского движения, можно сказать, что скорость движения поездов в кривых определяется удобствами пассажиров и что все поезда могут следовать в этом случае по кривым со скоростями, превышающими равновесную скорость. Из этого условия вытекают преимущества для движения скоростных поездов по пути, где следуют также более тихие поезда.
Так как возвышение наружного рельса в кривых является функцией скорости движения поездов, то в первую очередь необходимо установить эту скорость.
Обычно возвышение наружного рельса в кривых, предназначенных для пропуска как скорых поездов, так и поездов, следующих с более низкими скоростями, не должно превышать 152 мм, а возвышение в кривых, предназначенных для движения какой- либо одной категории поездов, не должно превышать 178 мм.
Уровень головки внутреннего рельса обычно поддерживается на отметках профиля пути.
В табл. 1 приведены допустимые скорости движения поездов в километрах в час для возвышений, соответствующих равновесной скорости, и для возвышения в 75 мм, установленного с недостатком.
Допустимые скорости в кривых
КОНСТРУКЦИЯ И РАЗМЕРЫ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
Таблица I
Se — скорость поезда при возвышении, соответствующем равновесной скорости, в км\ч Sp — » » » » в 75 мм, установленном с недостатком, в км/ч
В приведенной выше формуле численный коэффициент установлен при угле наклона пути, определенном при исчислении ширины колеи 1 435 мм. Однако уже после 1953 г., когда указанная формула получила одобрение, AREA произвела дальнейшее изучение условий обеспечения комфорта пассажиров при следовании по кривым, из которого следует, что более точное определение величины наклона пути получится, если определять его на расстоянии между осями поверхностей катания обоих рельсов, равном I 524 мм.
При пересчете численного коэффициента в этом случае приведенная выше формула примет вид: Е =0,0007DV2—3 для возвышения наружного рельса с допустимым недостатком. Необходимость выяснения этого изменения в настоящее время обсуждается. Если оно будет принято, то вычисленные по исправленной формуле скорости движения в кривых и возвышения наружного рельса, приведенные в табл. 1, изменятся. Однако эта таблица приведена ввиду ее несомненной ценности для читателя.
РЕКОМЕНДАЦИИ AREA
Сопрягающие вертикальные кривые
Для сопряжения уклонов в вертикальной плоскости применяют вертикальные кривые.
Длина сопрягающей кривой определяется величиной сопрягаемых уклонов.
Кривизна вертикальной кривой при сопряжении двух смежных уклонов в яме должна быть в 2 раза меньше, чем при сопряжении уклонов на горбе.
Для линий с высокоскоростным движением изменение кривизны сопрягающей кривой на 30 м не должно превышать 15,2 мм в ямах и 30,4 мм на горбах.
Для прочих главных линий допускается превышение норм, установленных для скоростных линий, в 2 раза.
Для второстепенных линий изменение кривизны может быть более резким, но не должно превышать пределов, установленных практикой.
Рис. 3. Определение радиуса сопрягающей вертикальной кривой
Радиус сопрягающей вертикальной кривой можно определить следующим образом (рис. 3).
L — длина отрезка вертикальной кривой в 30 м;
Я —изменение кривизны в пределах этого отрезка:
D — алгебраическая разность смежных уклонов;
М—поправка на возвышение в вершине угла.
При сопряжении уклонов на горбе 
При сопряжении уклонов в яме
Поправка на возвышение любой точки на вертикальной кривой пропорциональна квадрату ее расстояния от точки А или С по направлению к В.
При сопряжении уклонов на горбе поправки отрицательные, при сопряжении в яме — положительные.