Краткие теоретические сведения
Верхнее строение пути является единой комплексной конструкцией, состоящей из рельсов, скреплений с противоугонами, рельсовых опор (чаще всего в виде шпал), балласта, мостового полотна, стрелочных переводов и ряда специальных устройств. Верхнее строение пути воспринимает и упруго передает на основную площадку земляного полотна динамические воздействия колес подвижного состава, а также направляет колеса движущегося по пути подвижного состава.
Рельсы, соединенные между собой стыковыми скреплениями, а со шпалами — промежуточными скреплениями, образуют вместе путевую (рельсо- шпальную) решетку; шпалы (или брусья) заглублены в балластный слой, который опирается на основную площадку земляного полотна. На мостах при устройстве проезжей части без балласта рельсы опираются на деревянные мостовые брусья или железобетонные плиты.
В местах разветвления и соединения путей укладывают стрелочные переводы, опорами для металлических частей которых служат переводные брусья; в опытном порядке уложены железобетонные брусья и плиты. Рельсы, шпалы и другие элементы верхнего строения пути типизированы; для каждого типа установлены стандарты, определяющие их конструкцию, размеры, качество материала. Конструкция верхнего строения пути должна быть прочной, устойчивой, стабильной, износостойкой, экономичной, в любых эксплуатационных условиях обеспечивать безопасное и плавное движение поездов с максимальными скоростями.
Рельсы
Стандартными и общепринятыми рельсами на всех дорогах мира являются рельсы широкоподошвенные.
Широкоподошвенный рельс состоит из трёх основных частей: головки, подошвы и шейки, соединяющей головку с подошвой.
Рельсы являются главнейшим элементом верхнего строения пути. Они предназначены:
1) непосредственно воспринимать давление от колёс подвижного состава и передавать эти давления нижележащим элементам ВСП;
2) направлять колеса подвижного состава при их движении;
3) на участках с автоблокировкой служить проводником сигнального тока, а при электротяге – обратного силового тока.
В настоящем стандарте применяют следующий термин с соответствующим определением:
Рельсы промышленные — рельсы, имеющие потребительские качества, удовлетворяющие условиям эксплуатации на железнодорожных технологических путях предприятий и организаций различных отраслей народного хозяйства.
Форма и основные (контролируемые) размеры поперечного сечения рельсов должны соответствовать приведенным на рисунке 1 и в таблице 1.
Рельсы подразделяют:
по типам: Р50, Р65, Р65К (для наружных нитей кривых участков пути), Р75;
по категориям качества:
В — рельсы термоупрочненные высшего качества,
Т1, Т2 — рельсы термоупрочненные,
Н — рельсы нетермоупрочненные;
по наличию болтовых отверстий:
с отверстиями на обоих концах,
без отверстий;
по способу выплавки стали:
М — из мартеновской стали,
К — из конвертерной стали,
Э — из электростали;
по виду исходных заготовок:
из слитков,
из непрерывно-литых заготовок (НЛЗ);
по способу противофлокенной обработки:
из вакуумированной стали, прошедшие контролируемое охлаждение,
прошедшие изотермическую выдержку.
Таблица 1 – основные размеры поперечного сечения рельса
| Наименование размера поперечного сечения | Значение размера для типа рельса | |||
| Р50 | Р65 | Р65К | Р75 | |
| Высота рельса H | ||||
| Высота шейки h | ||||
| Ширина головки b | ||||
| Ширина подошвы B | ||||
| Толщина шейки e | ||||
| Высота пера m | 10,5 | 11,2 | 11,2 | 13,5 |
Расположение, количество и диаметр болтовых отверстий в шейке на концах рельсов должны соответствовать приведенным на рисунке 2 и в таблице 2.
По согласованию сторон рельсы могут быть изготовлены с другим расположением, количеством и диаметром болтовых отверстий.
Рисунок 1 – основные размеры поперечного сечения рельса
| 
Рисунок 2 – расположение болтовых отверстий
|
Таблица 2 – Параметры расположения болтовых отвестий
| Тип рельса | Значение размера | Допускаемое отклонение для рельса категории | |||||
| d | t | l1 | L2 | L3 | B | Т1,Т2, Н | |
| Р50 | 68.5 | +0.8 - | +1.0 - | ||||
| Р65, Р65К | 78.5 | ||||||
| Р75 | 80.4 |
Примечание — размер t приведен для настройки сверлильных агрегатов; на готовых рельсах его не контролируют
Основные сведения о стандартных рельсах приведены в таблице 1, длина рельсов по действующему стандарту равна 25 м. На сети дорог завершен переход к рельсам длиной 25 м не только прокатом новых на заводе, но и сваркой старогодных рельсов по длине 25 м. Рельсы прежней стандартной длины 12,5 м используют только как уравнительные на бесстыковом пути, при укладке стрелочных переводов и как инвентарные при сборке путевой решётки с железобетонными шпалами с последующей заменой их бесстыковыми рельсовыми плетями. Для укладки на внутренней нити кривых изготовляют укороченные рельсы длиной 24,84 и 24,92 м при 25-метровых рельсах и 12,42 и 12,46
12,5-метровых, а для бесстыкового пути — еще и 12,38 м.
Примеры условного обозначения рельсов:
типа Р65, категории Т1 из стали марки М76Т, длиной 25 м с тремя болтовыми отверстиями на обоих концах рельса:
Рельс Р65-Т1-М76Т-25-3/2 ГОСТ Р 51685-2000
типа Р75, категории Т2, из стали марки Э76Ф, длиной 25 м с двумя болтовыми отверстиями на одном конце рельса:
Рельс Р75-Т2-Э76Ф-25-2/1 ГОСТ Р 51685-2000
типа Р65, категории Н, из стали марки М76, длиной 12,5 м, без болтовых отверстий:
Рельс Р65-Н-М76-12,5-0 ГОСТ Р 51685-2000
типа Р65, категории В, из стали марки К78ХСФ длиной 25 м, с тремя болтовыми отверстиями на одном конце рельса:
Рельс Р65-В-К78ХСФ-25-3/1 ГОСТ Р 51685-2000
Шпалы
Шпалы — (от голл. spalk — подпорка), опоры для рельсов в виде брусьев, укладываемых на балластный слой верхнего строения пути. Шпалы обеспечивают неизменность взаимного расположения рельсовых нитей, воспринимают давление от рельсов и передают его на балластный слой.
Наиболее распространенным видом рельсовых опор на железных дорогах мира являются деревянные шпалы. Их изготавливают из сосны, ели, пихты, лиственницы, кедра и березы. Деревянные шпалы должны соответствовать ГОСТ 78-89 «Шпалы деревянные для железных дорог колеи 1520 мм». В зависимости от назначения деревянные шпалы изготавливаются трех типов:
I-для главных путей 1-го и 2-го классов, а также для путей 3-го класса при грузонапряженности более 50 т км брутто/км в год или скоростях движения поездов более 100 км/ч
II-для главных путей 3-го и 4-го классов, подъездных путей с интенсивной работой, приемоотправочных и сортировочных путей на станциях
III-для путей 5-го класса (для малодеятельных подъездных путей промышленных предприятий). По форме поперечного сечения деревянные шпалы подразделяются на три вида (рисунок 3): обрезные (а), полуобрезные (б), необрезные (в)
Рисунок 3 – Формы поперечного сечения шпал
Таблица 3 – Габаритные размеры деревянных шпал
| Тип шпалы | Толщина h | Высота пропиленных боковых сторон h1 | Ширина | Длина | ||
| верхней пласти | нижней пласти b1 | |||||
| b | b ' | |||||
| не менее | ||||||
| I | 180+5 | 250±5 | 2750+20 | |||
| II | 160+5 | 230±5 | ||||
| III | 150±5 | 230±5 |
Режимы и качество пропитки шпал должны соответствовать требованиям к пропитке глубоконаколотых шпал на шпалопропиточных заводах и ГОСТ 20022.5.
Размеры шпал установлены для древесины с влажностью не более 22%. При большей влажности шпалы должны иметь по толщине и ширине припуски на усушку древесины для хвойных пород по ГОСТ 6782.1, а для лиственных пород -по ГОСТ 6782.2.
Длина шпалы должна измеряться по наименьшему расстоянию между ее торцами, толщина -в любом месте, но не ближе 380 мм от торцов, ширина верхней и нижней пластей — в самом узком месте на участках длиной 400 мм, отстоящих на расстоянии 380 мм от торцов шпалы.
Помимо деревянных шпал на железнодорожном транспорте используют также и железобетонные, согласно ГОСТ 10629-88 «Шпалы железобетонные предварительно напряженные для железных дорог колеи 1520 мм. Технические условия». Данный стандарт распространяется на железобетонные, предварительно напряженные шпалы для железнодорожных путей с рельсовой колеей шириной 1520 мм и рельсами типов Р75, Р65 и Р50, по которым обращается типовой подвижной состав общей сети железных дорог.
Таблица 4 – Параметры железобетонных шпал
Основные параметры и размеры:
Шпалы в зависимости от типа рельсового скрепления подразделяют на:
Ш1 — для раздельного клеммно-болтового рельсового скрепления (типа КБ) с болтовым креплением подкладки к шпале;
Ш2 — для нераздельного клеммно-болтового рельсового скрепления (типа БПУ) с болтовым прикреплением подкладки или рельса к шпале.
Шпалы изготовляются из тяжелого бетона. Фактическая прочность бетона (в проектном возрасте, передаточная и отпускная) должна соответствовать требованиям ГОСТ 13015.0.
Рисунок 4 – Габаритные размеры железобетонных шпал
Нормируемую передаточную прочность бетона следует принимать равной 32 МПа (326 кгс/см) .
Отпускную прочность бетона принимают равной передаточной прочности бетона.
Марка бетона по морозостойкости должна быть не ниже F200.
Для бетона шпал применяется щебень из природного камня или щебень из гравия фракции 5-20 мм.
В качестве арматуры шпал используют стальную проволоку периодического профиля класса Вр диаметром 3 мм.