Железнодорожный путь, как элемент, взаимодействующий с подвижным составом, можно характеризовать значениями его механических и геометрических параметров.
К механическим параметрам пути относятся: величины пространственной жесткости, распределенных и сосредоточенных масс, участвующих в колебаниях, а также параметры, определяющие рассеяние энергии в пути в ходе этих колебании. К геометрическим характеристикам относятся номинальные конструктивные размеры и фактические отступления от них в ходе эксплуатации.
Почти все из указанных параметров весьма переменчивы в пространстве и во времени и вследствие этого целесообразно представлять их в большинстве случаев в виде вероятностных функций.
Для удобства анализа динамических процессов, а также математических решений задач взаимодействия пути и подвижного
состава принято механические параметры пути относить к той или иной координате перемещений, скоростей или ускорений элементов пути (вертикальные, перпендикулярные плоскости пути, горизонтальные поперечные или горизонтальные продольные по отношению к оси пути, угловые повороты рельсов, шпал и т. п.).
Железнодорожный путь принято представлять в виде двух основных частей: верхнего и нижнего строения. К верхнему строению относят рельсы, скрепления (стыковые и промежуточные), рельсовые опоры (шпалы, брусья, рамы, плиты), балластный слой и дополнительные элементы (противоугоны, контррельсы, поперечные стяжки и др.) и стрелочные переводы. К нижнему строению относят основание верхнего строения пути, т. е. земляное полотно и искусственные сооружения.
2.2.1. Верхнее строение пути
Общий вид поперечного сечения типовой конструкции верхнего строения пути показан на рис. 23. В мировой практике известно большое количество конструкций и типов верхнего строения пути, различающихся наборами элементов, типовых для той или иной железной дороги. Как правило, выбор той или иной конструкции или типа верхнего строения пути для заданных эксплуатационных условий определяется грузонапряженностью линии, т. е. массой грузов и подвижного состава, пропускаемых по одному пути в год, наибольшими допускаемыми и фактическими средними нагрузками от колес подвижного состава на рельсы, наибольшими допускаемыми и средними реализуемыми скоростями движения поездов и в ряде случаев специфическими условиями эксплуатации (путь на мостах и в тоннелях, в неблагоприятных климатических и геологических условиях и т. п.).
На железных дорогах СССР приняты следующие типы верхнего строения: первый тип — с термически упрочненными рельсами массой около 75 кг/м (тип Р75) длиной 25 м с деревянными пропитанными шпалами первого типа 1840—2000 шт. на 1 км, уложенными на щебеночный или асбестовый балластный слой.
Рис. 23. Поперечный профиль верхнего строения пути:
1 — рельсы; 2 — промежуточные рельсовые скрепления; 3 — шпалы; 4 — щебеночная балластная призма; 5 — песчаная подушка; 6 — основная площадка земляного полотна
Второй тип — с термически упрочненными рельсами массой 65 кг/м (тип Р65), железобетонными шпалами на бесстыковом или деревянными шпалами первого типа на звеньевом пути, на щебеночном или асбестовом балластном слое. Третий тип — с рельсами массой около 51 кг/м (тип Р50) или комплексно отремонтированные рельсы типов Р75 или Р65 (бесстыковой или звеньевой) с железобетонными или деревянными шпалами с эпюрой 1840 шпал на 1 км на щебеночном или гравийном балласте. Кроме того, на второстепенных, слабо загруженных линиях пока еще сохранились устаревшие легкие и особо легкие типы верхнего строения пути с рельсами типов Р43, Р38, III-а, IV-a (с массой соответственно 43, 38, 33 и 30 кг/м) длиной 12,5 м и короче, уложенными на деревянных шпалах всех типов на щебеночном, гравийном и песчаном балластах. Первый тип рекомендуется применять при грузонапряженности свыше 80 млн. т-км/км брутто одного пути в год, второй тип — при грузонапряженности от 15 млн. до 80 млн. т-км/км брутто одного пути и на участках с грузонапряженностью менее 25 млн. т-км/км брутто в год при скоростном движении пассажирских поездов (более 120 км/ч) и особой интенсивностью движения пассажирских и пригородных поездов (100 и более поездов в сутки на один путь). Третий тип применяется при грузонапряженности до 15 млн. т-км/км брутто по одному пути в год. При грузонапряженности до 10 млн. т-км/км: брутто укладывают старогодные рельсы типа Р50.
Существуют различия в конструкциях верхнего строения, определяемые кривизной пути в плане и длиной рельсов (бесстыковой путь с длинными сварными рельсовыми плетями пли звеньевой путь с рельсами длиной, не превышающей 25—30 м).
Ниже приведены сведения об элементах верхнего строения пути, геометрических особенностях устройства и нормах содержания, а также механических параметрах пути, необходимые для построения расчетных схем и моделей при теоретических исследованиях взаимодействия пути и подвижного состава.