Рельсовые стыки и стыковые скрепления
Для соединения отдельных рельсов, примыкающих друг к другу торцами, в непрерывные рельсовые нити концы их перекрывают с обеих сторон накладками и стягивают через отверстия болтами; такое соединение рельсов называется стыком.
Создаются дополнительные ударно-динамические воздействия на путь из-за большей (примерно в 2 раза) упругой просадки рельсовой нити и наличия зазоров. Стыки создают и дополнительное сопротивление движению поездов (около 10% основного сопротивления). По расположению рельсовых опор (шпал, брусьев) в стыке относительно концов рельсов различают следующие виды стыков (рис. 2.8.): на весу, когда стык расположен в пролете между шпалами и расстояние между ними достаточно для подбивки каждой из них с обеих сторон; на сдвоенных шпалах, когда обе стыковые шпалы сближены до соприкосновения и стянуты болтами.
Основное преимущество стыка на весу — его большая упругость и меньшее кантование стыковых шпал, а недостаток — более высокие напряжения в элементах стыка.
При стыке на сдвоенных шпалах работа накладок и рельсовых концов несколько облегчается по сравнению с работой их при стыке на весу, появляется трудность подбивки сдвоенных шпал стандартным стыком принят стык на весу.
Рис.2.9. Конструкция стыка: а- на весу; б- на сдвоенных шпалах.
На линиях с автоблокировкой на границах блок участков устраивают изолирующие стыки, чтобы электрический ток не мог пройти от одного из соединяемых рельсов к другому. Существует два типа изолирующих стыков: с металлическими объемлющими накладками и клееболтовые (рис. 2.10). В стыках первого типа изоляцию обеспечивают постановкой прокладок и втулок из фибры, текстолита или полиэтилена. В стыковом зазоре также ставится прокладка из текстолита или трикопа, имеющая очертания рельca. В последнее время все шире меняются клееболтовые стыки, в которых металлические стыковые накладки, изолирующие прокладки из стеклоткани и болты с изолирующими втулками склеиваются эпоксидным клеем с концами рельсов в монолитную конструкцию.
Рис. 2.10. Поперечный разрез изолирующего стыка.
Под действием сил, которые создаются при движении поездов по рельсам и в особенности при торможении на затяжных спусках, может происходить продольное перемещение рельсов по шпалам или вместе со шпалами по балласту, называемое угоном пути.
При нераздельном и смешанном скреплениях для предотвращения угона пути применяют противоугоны. Стандартные противоугоны – это пружинные (рис. 2.11. а), представляющие собой пружинную скобу, защемляющую на подошве рельса и упирающуюся в шпалу. Самозаклинивающийся противоугон (рис. 2.11. б) состоит из скобы и клина с упором, который прижимается к шпале и при перемещении рельса заклинивается все сильнее. Пружинные противоугоны легче клиновых, состоят из одной детали, хорошо работают как на однопутных, так и на двухпутных линиях, уход за ними требует меньших затрат рабочей силы. Противоугоны устанавливают от 18 до 44 пар на 25-метровом звене.
Рис.2.10. Противоугоны: а- пружинный; б- самозаклинивающийся
Звеньевой и бесстыковой пути на отечественных железных дорогах применяются две основные конструкции верхнего пути — звеньевой путь на деревянных шпалах и бесстыковой на железобетонных, хотя на путях низких классов возможно применение звеньевого пути на железобетонных шпалах.
Основным типом рельсов в обеих конструкциях, соответствующим по мощности и удовлетворяющим требованиям прочности и надежности пути, является Р65. В общем протяжении главных путей (124 тыс. км) железных дорог России в настоящее время рельсы Р65 составляют 90,7 %, остальную часть - рельсы Р75 (2,5%); Р50 (5,5%) и Р43 (2,0 %). В звеньевом пути применяются рельсы стандартной длины 25 м. Рельсы прежней стандартной длины 12,5 м используются только для укладки в уравнительных пролетах бесстыкового пути и в стрелочных переводах, а также иногда как инвентарные при сборке рельсошпальной решетки с железобетонными шпалами, с последующей заменой их в процессе ремонтов пути бесстыковыми рельсовыми плетями. Для обеспечения расположения рельсовых стыков в звеньевом пути по наугольнику (один против другого) на внутренней нити кривых укладываются рельсы стандартного укорочения длиной 24,92 и 24,84 м, а в уравнительных пролетах бесстыкового пути (при необходимости) 12,46 и 12,42-12,38 м.
Бесстыковой путь в настоящее время является наиболее прогрессивной конструкцией. Отсутствие в нем накладочных стыков при хорошо отшлифованной ровной поверхности катания и отличном содержании пути исключает повышенные динамические воздействия подвижного состава, обеспечивает высокий уровень комфортабельности движения пассажиров, за счет отсутствия стыковых соединений обеспечивает экономию металла до 4,5 т/км, снижает на 8-12% основное удельное сопротивление движению поездов (с соответствующей экономией электроэнергии и дизельного топлива), увеличивает на 20-25% срок службы бесстыкового пути по сравнению со звеньевым (с одновременным снижением затрат на его содержание), повышает надежность работы рельсовых цепей автоблокировки.
С целью реализации указанных преимуществ бесстыкового пути поставлена задача довести его протяжение в 2010 г. до 70-75% от общего протяжения главных путей железных дорог России.
Бесстыковой путь представляет собой конструкцию, в которой вместо рельсов стандартной длины используются сварные рельсовые плети непрерывной длины 800 м и более — до длины блокучастка и даже перегона.
С технической точки зрения бесстыковой путь является сложной инженерной конструкцией, обеспечение безопасной эксплуатации которой требует строгого соблюдения условий прочности и устойчивости при укладке, ремонтах и текущем содержании.
Основное отличие бесстыкового пути от звеньевого состоит в том, что в рельсовых плетях действуют значительные продольные температурные силы. При повышении температуры плетей относительно температуры закрепления в них сжимающие силы в зависимости от плана линии и климатических условий могут достигать в одной плети 600-1000 кН, а в двух плетях соответственно 1200-2000 кН. Эти силы при наличии отступлений от норм содержания бесстыкового пути (отсутствие нормального плеча балластной призмы, балласта в шпальных ящиках на протяжении более 5-6 м, углов пути в плане и др.) создают опасность выброса пути — потери его устойчивости. При понижении температуры появляются растягивающие усилия, способные достигать в одной плети 1200-1700 кН. Такие силы при слабой затяжке стыковых, клеммных или закладных болтов могут стать причиной разрыва стыка, соединяющего конец плети с уравнительным рельсом, или образования большого, опасного для прохода поезда зазора при внезапном изломе плети.