Рельсовая колея на железных дорогах
Рельсовый пусть состоит из основания - земляного полотна, балластного слоя, шпал и рельсов со скреплениями.
Земляное полотно вместе с искусственными сооружениями составляет важнейшую часть рельсовых путей и называется нижним строением пути.
Балластный слой, шпалы, рельсы и рельсовые скрепления называют верхним строением пути.
Звенья рельсов соединяются между собой и образуют «нитку» рельсового пути. Две нитки составляют рельсовую колею. Расстояние между внутренними гранями головок рельсов называют шириной рельсовой колеи.
В промышленности строительных материалов стандартной является узкая колея шириной 750 мм.
Расположение пути определяется трассой, планом и профилем. Ось пути, разбитая на местности (или нанесенная на карту), называется трассой. Проекция трассы на горизонтальную плоскость Называется планом пути. Проекция развернутой трассы на вертикальную плоскость называется профилем пути.
Трасса пути по возможности должна иметь минимум кривых, у которых радиус должен быть принят в соответствии с нормами проектирования.
Профиль пути должен быть по возможности спокойным, неровности следует «смягчать» путем подрывки и подсыпки.
Назначение щебеночного балластного слоя - равномерно распределять давление, воспринимаемое шпалами, на основание пути. Балласт делает путь более упругим, смягчает удары колес подвижного состава о рельсы, позволяет держать шпалы и рельсовые пути на одном определенном уровне. Шпалы, к которым прикрепляют рельсы, связывают обе нитки рельсового пути, обеспечивая постоянство ширины колеи, передают и распределяют давление от рельсов на балласт. Шпалы изготовляют железобетонными пли из древесины хвойных пород, для предохранения от гниения их пропитывают антисептиками. Шпалы для колеи шириной 750 мм Имеют длину 1,5 м. Расстояние между шпалами 600-800 мм (1500 шпал на 1 км пути).
Путь в плане состоит из отдельных прямых участков, соединенных между собой плавными кривыми. Профиль пути состоит из горизонтальных и наклонных участков, соединенных между собой сопрягающими дугами. Величину уклона измеряют тангенсом угла наклона I = tg р и обозначают десятичной дробью или знаком °/0[). Например, уклон в 4 тясячных обозначается I = = 0,004 или I - 4 °/00.
Продольные уклоны узкоколейных путей принимают в пределах 15-20 °/00.
На рабочих площадках, во избежание самокатного движения вагонеток, продольные уклоны принимают меньшими в зависимости от грузоподъемности подвижного состава:
Грузоподъемность вагонеток в т................................. 1,2,3,5
Уклоны путей в %о................................................... 6, 5, 4. 3
Земляное полотно для узкоколейных путей устраивается с не - заглубленным (рис. 156, а) и с заглубленным (рис. 156,6) балластным слоем.
Пути с незаг луб ленным балластным слоем целесообразно устраивать за пределами иромплощадки или на территории, удаленной От цехов, с незначительным движением безрельсового транспорта, "когда пути не связаны с отметками чистого пола в зданиях и планировочными рабочих площадок.
На п ром площадке пути обычно связаны с отметками чистого Пола зданий и прокладываются по центральной части промпло - Щадки, где они пересекают автопроезды, тротуары и рабочие площадки с твердым покрытием, вследствие чего укладку узкоколейных путей следует производить с заглубленным балластным слоем.
18 Евневич 273
Устройство путей с незаглубленным балластным слоем вызывает необходимость повышения проездов и тротуаров в местах пересечений, чем нарушаются планировка, система водоотвода и благоустройство промплощадки.
Для перевода подвижного состава пути соединяют между собой специальными устройствами, которые можно разделить и а две
Поворотная плита надета на центральную цапфу и по краям опирается на шарики, уложенные в кольцевом желобе неподвижной плиты.
В цехах заводов промышленности строительных материалов для перевода отдельных платформ или вагонеток на несколько параллельных путей широко применяют поперечные тележки, перемещаемые по поперечному рельсовому пути, обслуживающему несколько параллельных цеховых путей (рис. 158). На платформе поперечной тележки уложены короткие рельсы, иа которые вка-
Тывается вагонетка. Для того чтобы головки рельсов на тележке находились на одном уровне с головками рельсов параллельных путей, поперечный рельсовый путь должен быть заглублен.
Для соединения и разветвления путей при движении по ним как отдельных вагонеток, так и поездов, служат стрелочные переводы.
Стрелочный перевод (рис. 159) состоит из двух остряков или перьев 1 с соединяющими тягами, рамных рельсов 2, переводного механизма Зу крестовины 4, переходных рельсов 5 , контррельсов 6.
Остряки (перья) изготовляют сострагиванием иа клин отрезков обыкновенных рельсов. Передний острый конец пера иа-
Зывают острием, а противоположный - корнем. Стрелочные перья соединены между собой поперечными стяжками. Когда одно перо прижато к рамиому рельсу, второе отодвинуто иа расстояние, достаточное для прохода реборды колеса. Это расстояние называется шагом пера.
Крестовину изготовляют из стального литья или сварной. В горле крестовины нитка рельсового пути оказывается прерванной, и на этом участке колеса теряют направляющий их рабочий кант. Поэтому для направления подвижного состава против крестовины у наружных рельсов устанавливают контррельсы, которые еще до подхода вагонетки к крестовине направляют реборду колеса в нужном направлении.
Стрелочный перевод характеризуется маркой крестовины -
Двойным тангенсом половинного угла -|г между осями соединяеМых путей
Обычно применяют крестовины марок ]/5, У7 и V9. Стрелку можно переводить вручную или дистанционно при помощи моторного или электромагнитного привода.
При укладке путей, а также при проектировании всех сооружений, примыкающих к железнодорожным путям, следует учитывать установленные габариты приближения строений и габарит подвижного состава.
Габаритом приближения строений называют предельное поперечное очертание железнодорожного пути,^внутрь которого ие должны заходить никакие части"соору - жений и устройств, расположенных по обеим сторонам пути.
Габаритом подвижного состава называют предельное поперечное очертание, в котором, не выходя наружу, должен помещаться па прямом горизонтальном пути исправный и нагруженный подвижной состав со всеми выступающими частями и поездными сигналами.
Габарит приближения строений должен быть больше габарита подвижного состава, чтобы между ними оставался промежуток, соответствующий нормированным допускам.
Габариты для путей широкой колеи показаны на рис. 160, а, для узкой колеи (750 мм) - иа рис. 160, б.
Железнодорожные перевозки - один из самых лидирующих видов транспортировки пассажиров и грузов. Мало кто задумывается о ширине колеи, садясь в поезд. Ещё меньше людей знают, чем были продиктованы эти параметры. По различным причинам, колея жд пути в различных странах имеет существенные различия.
Немного истории
Писатель-фантаст из Англии Герберт Джордж Уэллс рассказывает, что размеры колеи подбирали исходя из расстояния между колесами обыкновенной конной повозки. Об этом можно прочитать в его сочинении «Предвидения».
Развитие железнодорожного транспорта приходится на середину 19 века. Тогда же компании-гиганты в этой отрасли максимально усиливают свое влияние в бизнес-кругах. Разумеется, в то же время фиксируется значительный рост промышленности.
Первые локомотивы воспринимались как альтернатива лошадиной силе. Их параметры полностью соответствовали размерам экипажей. Именно этим продиктованы габариты первого железнодорожного транспорта и ширина колеи (1435 мм).
Не все первые пути прокладывались исходя из общепринятой нормы. Так, например, ширина жд колеи на дороге из Дублина в Дрогеда (Ирландия) составляла 1600 мм.
Борьба за размер колеи
Инженер Изамбарт Брунель, живший в 1806-1859 годах, всегда высказывался за расширение колеи. В 1835 году было окончено строительство Большой Западной дороги. Расстояние между рельсами составило 2135 мм.
Разногласия по вопросу относительно того, какая же ширина жд колеи должна приниматься за стандарт, продолжались до 1845 года. За время споров были тщательно изучены эксплуатационные характеристики дорог различного типа. Для принятия единственно правильного решения в Англии создали специальную парламентскую комиссию, которая должна была установить единые размеры жд колеи. Таким образом, в 1845 году появился закон о строительстве железных дорог с колеей в 1435 мм. А существующие пути, которые не соответствовали этим данным, обязаны были реконструировать. Нарушителям грозил штраф в стерлингов за каждую милю за 1 день существования незаконной дороги.
Особые условия для Ирландии
Большая Западная дорога вынуждена была проложить ещё один, третий, рельс. Для Ирландии правительство Англии сделало исключение (ширина колеи здесь и до сих пор 1600 мм). В стране в 40-х годах 19 века благополучно сосуществовали колеи шести стандартов. Для того чтобы проблема была решена справедливо, правительство определило единый стандарт, высчитав средний результат.
Железные дороги США
В США до гражданской войны штаты стремились обособиться. Конечно, это не могло не отразиться на транспорте. Первые дороги очень различались расстоянием между рельсами. В Нью-Йорке был утвержден закон, который запрещал другим веткам соединяться с дорогами (ширина колеи у них составляла 1524 мм).
С 1865 по 1886 год происходило объединение американских магистралей. Штаты начинают находить пути взаимодействия, английский стандарт обретает все больше сторонников.
Только в феврале 1886 года приняли «Конвенцию», которая закрепила введение единой колеи в США. Магистрали продолжительностью 21000 км были перешиты всего за два дня. А подготовка заняла 79 дней. Ширина жд колеи в США была сведена к 1435 мм. Такой же размер у железнодорожных дорог Канады.
Европейские железные дороги
Английская колея (1435 мм) была распространена и на европейском континенте. Законодательно этот размер был утвержден в разных странах в разное время: в Баварии в 1836 году, в Пруссии в 1837 году, на территории всего Германского ТС - в 1850 году.
С тех пор ширина колеи принятая в Англии, взята за основу и является самой распространенной.
Однако истоки этих параметров следует искать в Древнем Риме. В те далекие времена, с целью предотвращения постоянных поломок колесниц, было принято решение создавать повозки с одинаковым расстоянием между колесами (а равнялось оно 1435 мм).
Широкая колея
Кроме Ирландии, широкая колея (1600 мм) используется также в таких странах, как Австралия (частично и с 1854 года) и Бразилия. Более широкая (1676 мм) введена была в Испании в 1848 году, в Португалии - в 1854 году, в Аргентине - в 1857-м, а еще позже - в Индии, Чили, на Цейлоне.
Во всех этих странах принятая тогда ширина колеи до сих пор так и осталась преобладающей.
А что в России
Ширина колеи жд в России была больше английской. От цифры в 1829 мм, введенной на Царскосельской дороге, страна перешла на размер в 1524 мм. Она была характерна для дороги Москва - Петербург. В дальнейшем этот параметр и стал нормой. Судя по всему, российские инженеры позаимствовали цифру у США. В то время консультанты из Америки принимали активное участие в прокладывании новых путей.
Ширина в 1524 мм была обоснована экономическими расчетами. При создании такой колеи правительство несло меньше бесполезных издержек. Возможно, это было еще и стратегическим решением. Поскольку соседние страны не смогли бы вторгнуться в страну через железнодорожные транспортные пути.
В конце 60-х годов прошлого века колею уменьшили до 1520 мм. Это было сделано для удобства расчетов. На сегодняшний день транспортные пути с колеями 1520 и 1524 мм занимают второе место в мире по длине дорог (суммарная их продолжительность).
Ширина жд колеи в России и Европе принималась за стандарт в разное время. По каким причинам регионы не пришли к общему показателю, доподлинно не известно.
Российские метрополитены
Ширина колеи жд в России во всех метрополитенах такая же, как и на большинстве железных дорог страны. Это касается также и всех стран СНГ. Трамвайные линии России имеют аналогичное расстояние между рельсами - 1520 мм. Есть несколько городов, которые в этом плане отличаются. В Ростове-на-Дону, к примеру, проложена европейская колея. Её ширина составляет 1435 мм. В некоторых российских субъектах и населенных пунктах СНГ для движения трамваев используется узкая колея шириной 1000 мм. Это такие города, как Калининград (Россия), Пятигорск (Россия), Львов (Украина), Житомир (Украина), Винница (Украина) и другие.
Страны с российской колеей
Ширина колеи с показателями 1520 и 1524 мм имеет место ещё в ряде государств. В основном это страны бывшего СССР и граничащие с ним: Финляндия, Монголия, Афганистан. Конечно, это не означает, что там не применяются другие колеи.
Есть такие варианты, когда используется несколько железнодорожных полотен, ширина которых отличается от принятого стандарта. Например, в Болгарии есть небольшой участок дороги в Варне на В Германии - в порту Засниц. Ширина колеи жд в Китае на с Россией также имеет соответствующий размер. В КНДР в 2011 году восстановили участок на пограничном переходе Хасан - Туманган. Румыния имеет линию, которая соединяет металлургический комбинат и Молдову. Также такие короткие пути имеются в Словакии, Швеции, Иране.
Несмотря на то что ширина колеи жд в Европе отличается от наших параметров, участки с российской колеей позволяют сэкономить средства при частой транспортировке грузов с заводов, комбинатов и при большом стабильном пассажиропотоке.
Применение узкой колеи
Когда только начинали прокладывать рельсы, в Англии появилась дорога с колеей в 590 мм. Потом такое железнодорожное полотно стелили во Франции, Бельгии, странах Скандинавии. В России также была введена узкоколейка (в 1871 году).
В некоторых странах такие дороги до сих пор используются. Так, например, в Капской колонии их протяженность настолько велика (112 тысяч километров), что они остались неизменными. Дорога так и называется - «Капская колея», её ширина - 1067 мм.
В странах ЮАР и центральной Африки, на Филиппинах, в Новой Зеландии, в части Японии и Австралии также есть такие узкие ж/д дороги. Ширина жд колеи на Сахалине также имела размер 1067 мм. С 2004 года ОАО «РЖД» проводит реконструкцию для повышения объемов грузопотока.
В Японии для высокоскоростных поездов строят магистрали с расстоянием между рельсами в 1435 мм.
Ширина колеи жд в России на границе с Польшей и до Калининграда такая же. Сейчас на Южном вокзале этого города обустроено несколько таких путей.
В СССР использовалась также колея шириной 750 мм. Эти пути занимали второе место по популярности и использовались до 1980 года. В настоящее время их либо перешили под общепринятый стандарт, либо просто закрыли.
В некоторых европейских странах использовали 1000-мм пути.
Недостатки узкоколеек
Узкая колея всегда выбиралась из соображений экономии. По ним могли свободно передвигаться только легкие составы. Это способствовало удешевлению сооружения ж/д-полотен. Вычисления показали, что дорога в Фестиньоге стоила бы в три раза дороже, если бы имела нормальную колею.
К сожалению, такая ширина не позволяла удовлетворять все потребности. В конце 19 века страны начали активно переходить на большие размеры.
Несмотря на уверенность сторонников узкоколейки и их желание доказать целесообразность и практичность таких полотен, эти взгляды не были приняты большинством. И 1435-миллиметровые пути распространялись с огромной скоростью на дорогах различного значения.
Сейчас узкие колеи используются для промышленных перевозок внутри крупных заводов и комбинатов, для туристических маршрутов, в шахтах, на некоторых линиях внутри страны для перевозки пассажиров.
Немного статистики и курьезы
Дороги с колеей в 1435 мм являются самыми распространенными. Их доля составляет 75 % от всех ж/д путей. Более широкие варьируются в пределах 11 %, а узкоколейки - 14 %.
Протяженность ж/д путей во всем мире - 1,2 млн км. Больше всего дорог проложено в США (почти 240 тысяч км). На втором месте Канада (90 тысяч км). Третье место принадлежит России (86 тысяч км).
Самой узкой шириной колеи (0 мм) может похвастать часть ж/д дороги в Германии, где использовалась одна рельса. Этот путь носил экспериментальный характер.
Самая широкая колея жд пути (3000 мм) предлагалась генеральным штабом Гитлера для того, чтобы вывозить из оккупированной Украины и других стран Европы сырье и материалы. Победа над фашистами сделала этот план невозможным. Трехметровая ширина жд колеи в Украине осталась только на бумаге.
Самые распространенные колеи
| Ширина колеи (мм) | Протяженность (км) | Название дороги | Страны, где используется |
| 1676 | 42300 | Индийская | Индия, Чили, Пакистан, Аргентина |
| 1668 | 14300 | Иберийская | Испания и Португалия |
| 1600 | 9800 | Ирландская | Ирландия, Бразилия и Австралия (частично) |
| 1524 | 7000 | Русская | Эстония и Финляндия |
| 1520 | 220000 | Русская | в странах СНГ, Литва, Латвия, Эстония, Монголия (частично) |
| 1435 | 720000 | Европейская | Европа, Канада, США, Китай, Австралия, Корея, Северная Африка, Ближний Восток, Куба, Панама, Мексика, Венесуэла, Перу, Уругвай |
| 1067 | 112000 | Капская | Южная Япония, Индонезия, Тайвань, Новая Зеландия, Австралия, Сахалин (Россия) |
| 1000 | 95000 | Метровая | Азия (юго-восток), Индия, Боливия, Бразилия, Уганда, Чили, Кения |
Трудности использования колеи с разной шириной
Использование полотен с различной шириной колеи в разных странах мира создает целый ряд неудобств при транспортировке грузов и перевозке пассажиров. На месте «встречи» таких путей приходится пересаживать людей (перемещать товар). Также используется технология перестановки вагонов на другие тележки.
Ширина жд колеи в России и Европе отличается на 85 мм. Поэтому все пересечения границы связаны с дополнительными трудностями. Самые используемые стандарты - это европейская и русская колеи.
Самое большое количество стыковочных пунктов (15 штук) сосредоточено на приграничных территориях с Украиной. Это узлы в Польше, Словакии, Венгрии и Румынии. Ширина колеи ЖД в России и Украине одинакова. Тем не менее, все вагоны приходится переставлять. Эта операция занимает не меньше двух часов для пассажирского транспорта. Грузовой состав может стоять неделями в очереди для совершения перестановки.
Еще в 1968 году была разработана технология автоматического изменения ширины колеи. Это происходит на небольшой скорости без участия работников железнодорожных путей.
Конечно, учитывая все эти факторы, многие предпочитают отправлять свои товары морем. полностью загружены. Представители европейских железнодорожных компаний и руководство российской железной дороги постоянно обсуждают возможность усовершенствования стыковки путей в автоматическом режиме.
Основные нормы устройства и содержания рельсовой колеи бесстыкового и звеньевого пути совпадают.
Главным требованием при проектировании и устройстве рельсовой колеи является обеспечение безопасности движения поездов с установленными скоростями при возможном минимуме сил взаимодействия колеса и рельсовой плети, снижении интенсивности накопления остаточных деформаций и расходов на техническое обслуживание и ремонт бесстыкового пути.
Путь и подвижной состав представляют собой единую механическую систему, составные части которой работают взаимосвязано и взаимозависимо.
Железнодорожные экипажи состоят из неподрессоренной и обрессоренной частей. Массу ходовых частей подвижного состава, непосредственно взаимодействующую с рельсами и отделенную от остальной массы экипажа упругими связями (например, рессорами), называют неподрессоренной массой. Остальная часть экипажа считается обрессоренной массой.
Обе эти части при движении экипажей (локомотивы, вагоны) совершают сложные колебания как относительно пути, так и друг друга. Колебания возникают в основном из:за неровности пути и неровности на колесах, а также зависят от режима тяги, сопротивления движению колес и ряда других причин.
Вертикальные силы воздействия на рельсовые плети колес движущегося по пути локомотива или вагона складываются из собственного веса подвижного состава, приходящегося на одно колесо (статическая нагрузка), и дополнительных вертикальных сил, возникающих при колебаниях надрессорного строения и неподрессоренных масс, вызванных в том числе неровностями пути и колес.
Все перечисленные вертикальные силы имеют различную природу и свои особенности. Постоянна во времени только статическая нагрузка, а все остальные силы имеют вероятностную природу.
Помимо вертикальных сил подвижной состав передает на путь также горизонтальные поперечные и продольные силы.
При движении экипажей в прямых участках пути возникают боковые силы , связанные с вилянием подвижного состава. Силы, действующие на кузов и передающиеся через раму экипажа на колесные пары, называются рамными . Боковое воздействие колеса на рельсовую плеть состоит из силы нажатия гребня на головку рельса и сил трения, возникающих при поперечном скольжении колеса по рельсу.
Таким образом, боковое воздействие колеса на рельс в прямых участках пути может быть найдено как алгебраическая сумма всех этих сил.
При движении экипажа в кривой возникают дополнительные горизонтальные силы - центробежная сила и направляющее усилие.
Центробежная сила
J = Q/gV 2 /3,6 2 R
где Q - вес экипажа, Н;
g - ускорение свободного падения, 9,81 м/ с 2 ;
V - скорость движения, км/ч;
R - радиус кривой, м;
3,6 - коэффициент перехода между скоростью в км/ч и в м/с.
Центробежная сила J должна компенсироваться силой Т, возникающей из:за устройства возвышения наружного рельса в кривой
T = h/SQ
где h - возвышение наружного рельса, мм;
S - расстояние между кругами катания колес, мм.
В связи с действием сил Т, J и сил трения скольжения колес по рельсам (рис. 2.17) возникают направляющие силы Y 1 , Y 2 , которые поворачивают тележки.
Совместное действие этих сил может быть заменено их алгебраической суммой F нп = J + T. Если центробежная сила J полностью компенсируется силой Т, то F нп = J + T = 0.
Если F нп? 0, то возникают дополнительные поперечные силы U поп, пропорциональные величинам непогашенного поперечного ускорения
Y доп = ba нп
где b - коэффициент, учитывающий установку тележки в рельсовой колее;
анп - непогашенное поперечное ускорение в м/с 2 , имеет вид:
а нп = V 2 /3,6 2 R – gh/S
В зависимости от знака непогашенного поперечного ускорения может возникнуть перегрузка наружной или внутренней рельсовой плети.
Таким образом, в кривом участке пути направляющее усилие, боковое и рамное воздействия зависят от центробежной силы, которая, в свою очередь, пропорциональна величине непогашенных горизонтальных ускорений.
При прохождении по пути подвижного состава возникают и силы, действующие вдоль пути. Вызываемое ими продольное перемещение рельсов относительно шпал или всей путевой решетки в балласте называется угоном пути.
Среди многих факторов, приводящих к угону пути, наиболее значимыми являются сопротивление движению поезда, перемещение рельсов относительно опор вследствие изгиба рельсов под движущейся нагрузкой, торможение подвижного состава и ряд других.
Ранее были рассмотрены вопросы распределения продольных температурных напряжений по длине рельсовой плети (см. рис. 1.1). Если на длине плети имеются участки с плохо закрепленными промежуточными скреплениями (незакрепленными или слабо закрепленными клеммами), то при проходе поезда на этих участках происходят местные подвижки плетей, приводящие к образованию на их концах значительных дополнительных сжимающих или растягивающих плеть сил угона. Складываясь с продольными температурными силами, силы угона могут вызвать потерю устойчивости бесстыкового пути.
Кратко рассмотрев действующие на бесстыковой путь при проходе по нему подвижного состава вертикальные и продольные силы, перейдем к вопросам устройства рельсовой колеи бесстыкового пути.
Очертания рельсовых нитей в прямых участках пути определяются основными нормативами, касающимися устройства и содержания рельсовой колеи относительно направления в плане, ее ширины, положения рельсовых нитей по уровню, подуклонки рельсов.
Путь в плане должен соответствовать проектному положению. Положение рельсовых плетей в плане нормируется и оценивается в зависимости от установленных на участке скоростей движения поездов по разности смежных стрел изгиба рельсовых плетей, измеряемых от середины хорды длиной 20 м.
Разность смежных стрел в этом случае не должна превышать:
- при скоростях 81-140/71-90 км/ч - 10 мм;
- при скоростях 61-80/61-70 км/ч - 15 мм;
- при скоростях 41-60 км/ч - 20 мм;
- при скоростях 16-40 км/ч - 25 мм;
- при скоростях 15 км/ч - 30 мм.
Разность смежных стрел изгиба может проверяться также от середины хорды длиной 4, 10, 15, 25 и 30 м.
При направленной внутрь колеи короткой неровности в плане в прямых участках пути по любой, а в кривых участках пути - по наружной рельсовой нити разность смежных стрел изгиба, измеряемых от середины хорды длиной 4 м, не должна превышать:
- 8 мм при скоростях до 140 км/ч;
- 9 мм при скоростях до 120 км/ч; 14 мм при скоростях до 60 км/ч;
- 15 мм при скоростях до 40 км/ч; 18 мм при скоростях до 15 км/ч.
- При разности стрел более 18 мм движение поездов закрывается.
Расстояние между внутренними рабочими гранями головок рельсов, измеренное на уровне 13 мм ниже поверхности катания, называется шириной рельсовой колеи .
По направлению выравнивают одну рельсовую нить (рихтовочную), а другую - устанавливают по шаблону в пределах допусков по ширине колеи.
Если на прямом участке пути поставить колесную пару так, чтобы гребень одного колеса был прижат к рельсу, то между гребнем второго колеса и рабочей гранью головки второго рельса будет зазор? (рис. 2.18). При большом зазоре? колеса опираются на рельсы узкой полоской, что может вызвать проваливание колес внутрь колеи. Если зазора не будет вообще, может возникнуть заклинивание колесной пары в рельсовой колее.
Пример 2.1. Определим ширину рельсовой колеи, при которой возможен провал колес внутрь колеи. Из рис. 2.18 видно, что
S – (T + 2q + 2?)
где S - ширина рельсовой колеи в прямом участке пути, мм;
T - насадка колес, мм;
q - толщина гребня, мм;
? - утолщение гребня выше расчетной плоскости, равное для вагонных колес 1 мм, для локомотивных колес - 0 мм.
На рис. 2.19 показана колесная пара в момент, когда шестимиллиметровая фаска на колесе совпадает с началом закругления головки рельса. Можно считать, что такое положение колеса является началом его проваливания в рельсовой колее.
Для вагонной колесной пары проваливание может произойти при ширине колеи
S = 25 + 1 + 1437 + 130 – 6 = 1574 мм
где 25 - минимально допустимая толщина изношенного гребня, мм;
1 - расстояние от нерабочей грани гребня на расчетном уровне до вертикали, от которой отсчитывается насадка колесной пары, мм;
1437 - минимальная величина насадки колесной пары, мм;
130 - полная ширина вагонного колеса, мм;
6 - ширина фаски на наружной грани колеса, мм;
13 - горизонтальное расстояние от начала закругления головки рельса до ее рабочей грани, мм.
Недопустимой считают такую ширину колеи, при которой точка перехода коничности поверхности катания колеса 1/20 в 1/7 совпадает с началом закругления головки рельса, поскольку в этом случае возможно распирание рельсовой колеи. Это может произойти при ширине колеи 1574 – 24 = 1550 мм (см. рис. 2.19).
Если учесть изгиб вагонной оси и упругое уширение колеи под поездной нагрузкой, то становится очевидной обоснованность существующего запрета на ширину колеи более 1548 мм.
Пример 2.2. Определим ширину рельсовой колеи, при которой возможно заклинивание колесной пары в колее.
Опасный предел ширины колеи по ее сужению определяется тем, что при наибольшем расстоянии между рабочими гранями гребней вагонных колес 1443+2?33+2?1=1511 мм при ширине колеи 1511 мм возможно
заклинивание колесной пары. Поэтому ширина рельсовой колеи в прямых менее 1512 мм не допускается.
Ранее указывалось, что процесс виляния колес подвижного состава сопровождается возникновением сил трения скольжения и сил воздействия гребней колес на рельсы при набегании. Первые относительно невелики, однако вторые могут достигать величин 30-40 кН. Эти силы зависят от скорости набегания колес на рельсы при вилянии, которая будет тем выше, чем больше зазор в рельсовой колее? (см. рис. 2.18).
Номинальная ширина рельсовой колеи в прямых и кривых участках бесстыкового пути радиусом 350 м и более составляет 1520 мм; в кривых участках пути радиусом менее 350 м до 300 м включительно - 1530 мм.
Для ширины колеи 1520 мм предусматриваются два вида допусков по ширине колеи в зависимости от скоростей движения поездов: +8, –4 мм - при скоростях движения более 50 км/ч и +10, –4 мм - при скоростях движения 50 км/ч и менее.
Верх головок обеих рельсовых нитей на прямых участках должен быть на одном уровне. Разрешается содержать путь с возвышением по уровню одной рельсовой нити над другой 6 мм. Длина такого прямого участка должна быть не менее 200 м, за исключением участков, расположенных между смежными кривыми одного направления.
При возвышении одной рельсовой нити на 6 мм экипаж немного наклонится, что приведет к возникновению боковой силы, которая слегка прижмет колеса к пониженной рельсовой нити и затруднит их виляние. Поскольку эта рельсовая нить является рихтовочной, то прижимающееся к ней колесо будет двигаться более плавно.
На двухпутных линиях выше ставят бровочную рельсовую нить, чтобы рихтовочной стала более устойчивая междупутная рельсовая нить.
На однопутных линиях при проведении очередного среднего ремонта, как правило, меняют рихтовочную нить.
Возвышение одной рельсовой нити над другой на прямом участке должно заканчиваться не ближе 25 м от начала возвышения в кривой, если повышенная нить на прямой совпадает по уровню с пониженной нитью в кривой.
Если на прямых участках пути с возвышением одной рельсовой нити над другой расположено мостовое полотно с ездой на балласте, то на нем также должно быть сохранено это возвышение. На мостах с ездой поверху и мостовыми брусьями возвышение допускается при длине моста не более 25 м. На мостах большей длины с мостовыми брусьями, в тоннелях и на подходах к ним протяженностью 25 м, а также на стрелочных переводах в прямых участках пути допускать повышение од: ной рельсовой нити над другой на 6 мм запрещается.
Номинальный уклон отвода по уровню от нормы 6 мм к нулевому положению не должен превышать 1.
Допустимые отклонения от норм расположения рельсовых плетей по уровню составляют ±6 мм. Если, например, сначала левая рельсовая плеть выше правой на 6 мм, а затем наоборот, то минимальное расстояние между такими превышениями должно быть не менее 20 м, так как при меньшем расстоянии образуется перекос пути. К перекосам пути относятся резкие изменения положения рельсовых плетей по уровню в разные стороны при расстоянии между вершинами пик 20 м и менее.
При таком перекосе возможно обезгруживание одного из колес вагона, что в сочетании с большими боковыми силами может привести к сходу подвижного состава.
На рис. 2.20 показано положение тележки при проходе через перекос, измеряемый на базе тележки, когда центры обоих колес задней и левого колеса передней колесной пары находятся в одной горизонтальной плоскости, а правое колесо передней колесной пары опустилось.
В этом случае нагрузка на него от рессоры несколько уменьшается, т.е. происходит его частичная разгрузка. Если такая разгрузка совпадает с сильным боковым прижатием гребня колеса к головке рельса, то оно, вращаясь, может подняться на головку рельса, а затем и сойти с нее.
В соответствии с ПТЭ верх головок рельсов обеих нитей пути на прямых участках должен быть в одном уровне Разрешается на прямых участках пути на всей протяженности каждого из них содержать одну рельсовую нить на 6 мм выше другой.
При сооружении пути стыки на обеих рельсовых нитях располагают точно один против другого по па-угольнику, что по сравнению с расположением стыков вразбежку уменьшает число ударов колесных пар о рельсы, а также позволяет заготавливать и менять рельсошпальную решетку целыми звеньями с помощью путеукладчиков.
Для того чтобы каждая колесная пара не могла поворачиваться вокруг вертикальной оси, колесные пары вагона или локомотива соединяют по две и более жесткой рамой. Расстояние между крайними осями, соединенными рамой, называется жесткой базой, а между крайними осями вагона или локомотива - полной колесной базой. Жесткое соединение колесных пар обеспечивает устойчивое положение их на рельсах, но в то же время затрудняет прохождение в кривых малого радиуса, где возможно их заклинивание. Для облегчения вписывания в кривые современный подвижной состав выпускают на отдельных тележках с небольшими жесткими базами.
:
а
- электровоза ВЛ8, б
- одной секции тепловоза ТЭЗ, в
- паровоза серии ФД,
г
- четырехосного полувагона
Особенности устройства пути в кривых
В кривых участках устройство пути имеет ряд особенностей, основными из которых являются: возвышение наружного рельса над внутренним, наличие переходных кривых, уширение колеи при малых радиусах, укладка укороченных рельсов на внутренней рельсовой нити, усиление пути, увеличение расстояния между осями путей на двух- и многопутных линиях.Возвышение наружного рельса предусматривается при радиусе кривой 4000 м и менее для того, чтобы нагрузка на каждую рельсовую нить была примерно одинаковой с учетом действия центробежной силы, для равномерного износа наружного и внутреннего рельсов, а также погашения центробежного ускорения, отрицательно влияющего на комфортность езды пассажиров. Размер возвышения зависит от скорости движения поездов и радиуса кривой и обычно не превышает 180 мм (в России - 150 мм).
Известно, что при следовании подвижного состава по кривой радиусом R возникает центробежная сила
где m - масса единицы подвижного состава;
G- вес единицы подвижного состава;
g - ускорение силы тяжести
При возвышении наружного рельса на величину h появляется составляющая сила веса Н, направленная внутрь кривой.
Схема сил, действующих на подвижной состав в кривой при возвышении наружного рельса
Из рисунка понятно, что отношение H/G равно отношению h/s 1. Следовательно
Н = Gh/s 1 .
Для одинакового давления на рельсовые нити необходимо, чтобы Н
уравновешивала
I, тогда равнодействующая N
будет перпендикулярна наклонной плоскости пути.
Учитывая, что угол α
мал и при максимальном допускаемом
возвышении наружного рельса 150 мм cos α
= 0,996, можно
принять, что Н=I
.
Тогда
Откуда
Подставляя s 1 =1,6м, g=9,81 м/с 2 и выражая
скорость v в км/ч, а радиус R в метрах, получим возвышение в мм
Поскольку в реальных условиях по кривым проходят поезда разной массы Q i ,
и с различными скоростями V i
, то для равномерного износа рельсов
в приведенную формулу подставляют среднюю квадратическую скорость
При h=2,5v ср 2 /R
в поездах, следующих со скоростями
выше v ср, на пассажиров и грузы будет действовать непогашенное ускорение,
равное разнице между центробежным ускорением v 2 /R
и направленным
к центру кривой ускорением gh/s 1
На дорогах бывшего СССР допускаемое непогашенное ускорение составляет 0,7 м/с 2
и лишь в исключительных случаях 0,9 м/с 2 . При движении поездов со скоростью
менее v ср
нагрузка на внутренний рельс будет больше, чем на наружный.
Для обеспечения плавного вписывания подвижного состава круговые кривые сопрягаются
с прямыми участками с помощью переходных кривых. Между смежными кривыми на железной
дороге предусматриваются прямые вставки минимальной величиной от 30 до 150 м в зависимости
от категории линии и направления кривых (в одну или в разные стороны).
Устройства переходных кривых
связано с необходимостью плавного сопряжения
кривой с примыкающей прямой как в плане, так и в профиле. Переходная кривая в плане
представляет собой кривую переменного радиуса, уменьшающегося от ∞ (бесконечно
большого) до R
- радиуса круговой кривой с уменьшением кривизны пропорционально
изменению длины. Кривая, обладающая таким свойством, представляет собой радиоидальную
спираль, уравнение которой выражается в виде ряда
где С - параметр переходной кривой (С=lR)
В связи с тем что длина переходной кривой l мала по сравнению, с С , практически достаточно ограничиться двумя первыми членами ряда приведенной формулы. В профиле переходная кривая в обычных условиях представляет собой наклонную линию с однообразным уклоном i = h/l.
. НПК - начало переходной кривой. КПК - конец переходной кривой
Уширение колеи производится для обеспечения вписывания подвижного состава в кривые. Поскольку колесные пары закреплены в раме тележки таким образом, что в пределах жесткой базы они всегда параллельны между собой, в кривой только одна колесная пара может расположиться по радиусу, а остальные будут находиться под углом Это вызывает необходимость увеличения зазора между гребнями колес и рельсами во избежание заклинивания колесных пар. Для свободного вписывания двухосной тележки в кривую необходимая ширина колеи:S c =q max +f н +4
где f н - стрела изгиба кривой по наружной нити при хорде 2λ ;
q max - максимальное расстояние между наружными гранями гребней колес;
4 - допуск по сужению колеи, мм.
Установлены следующие нормы ширины колеи в кривых:
при R≥ 350 м - 1520 мм;
при R = 349-300 м- 1530 мм,
при R≤ 299 м -1535 мм.
Укладка укороченных рельсов во внутреннюю нить необходима для исключения разбежки стыков. Поскольку внутренняя рельсовая нить в кривой короче наружной, то укладка, в нее рельсов той же длины, что и в наружную, вызовет забегание стыков вперед на внутренней нити. Для устранения разбежки стыков при каждом радиусе кривой необходимо иметь свою величину укорочения рельса. В целях унификации применяют стандартные укорочения рельсовых звеньев длиной 25 м на 80 и 160 мм. Общее число укороченных рельсов n , требующихся для укладки в кривой,
n = e/k,
Где e
- общее укорочение,
k
- стандартное укорочение одного рельса
Укладку укороченных рельсов во внутренней нити чередуют с укладкой рельсов нормальной
длины так, чтобы забег стыков не превышал половины укорочения, т. е. 40; 80 мм.
Усиление
пути в кривых производится при R<1200 м для обеспечения необходимой
равнопрочности с примыкающими прямыми. Для этого увеличивают число шпал на километр,
уширяют балластную призму с наружной стороны кривой, ставят несимметричные подкладки
с большим плечом в наружную сторону, отбирают наиболее твердые рельсы. В круговых
кривых на двух- и многопутных линиях увеличивается расстояние между осями путей
в соответствии с требованиями габарита, что достигается в пределах переходной кривой
внутреннего пути за счет изменения ее параметра С.
Выписка из Правил технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации
Глава III. Сооружения и устройства путевого хозяйства. План и профиль пути3.4. Железнодорожный путь в отношении радиусов кривых, сопряжения прямых и кривых, крутизны уклонов должен соответствовать утвержденному плану и профилю линии.
3.5. Станции, разъезды и обгонные пункты, как правило, должны располагаться на горизонтальной площадке; в отдельных случаях допускается расположение их на уклонах, не превышающих 0,0015; в трудных условиях допускается увеличение уклонов, но, как правило, не более чем до 0,0025.
В особо трудных условиях на разъездах и обгонных пунктах продольного или полупродольного типа, а с разрешения МПС и на промежуточных станциях, на которых не предусматривается маневров и отцепки локомотива или вагонов от состава, допускаются уклоны более 0,0025 в пределах станционной площадки. Допускаются также в особо трудных условиях с разрешения МПС уклоны более 0,0025 при удлинении приемо-отправочных путей на существующих станциях, при условии принятия мер против самопроизвольного ухода вагонов или составов (без локомотивов).
Для предотвращения самопроизвольного ухода вагонов или составов (без локомотива) на станциях, разъездах и обгонных пунктах вновь построенные и реконструированные приемо-отправочные пути, на которых предусматривается отцепка локомотивов от вагонов и производство маневровых операций, должны иметь, как правило, продольный профиль с противоуклонами в сторону ограничивающих стрелок и соответствовать нормативам на его проектирование.
В необходимых случаях для предупреждения самопроизвольного выхода вагонов на другие пути должно предусматриваться устройство предохранительных тупиков, охранных стрелок, сбрасывающих башмаков или стрелок.
Во всех случаях расположения станций, разъездов и обгонных пунктов на уклонах должны быть обеспечены условия трогания с места поездов установленной весовой нормы.
3.6. Станции, разъезды и обгонные пункты, а также отдельные парки и вытяжные пути должны располагаться на прямых участках. В трудных условиях допускается размещение их на кривых радиусом не менее 1500 м.
В особо трудных условиях допускается уменьшение радиуса кривой до 600 м, а в горных условиях - до 500 м.
3.7. План и профиль главных и станционных путей, а также подъездных путей, принадлежащих железной дороге, должны подвергаться периодической инструментальной проверке.
Организация работ по инструментальной проверке плана и профиля путей, изготовлению соответствующей технической документации, а также составлению масштабных и схематических планов станций возлагается на службы пути железных дорог с привлечением для выполнения этих работ проектных институтов, проектно-изыскательских и проектно-сметных групп.
Дистанции пути должны иметь:
- чертежи и описания всех имеющихся на дистанции сооружений и устройств путевого хозяйства, а также соответствующие стандарты и нормы;
- масштабные и схематические планы станций, продольные профили всех главных и станционных путей, сортировочных горок, а также подъездных путей, где обращаются локомотивы дороги.
При возведении на территории станции новых объектов, расширении или переносе существующих любая организация, выполняющая такие работы, должна незамедлительно передавать начальнику дистанции пути и начальнику станции исполнительную документацию, определяющую привязку объекта к существующему развитию станции.
(или другое основание) рельсовые нити, по которым катятся колёса подвижного состава. Каждая рельсовая нить состоит из отдельных рельсов. Стыки между ними фиксируются специальными скреплениями либо сваркой. Ширина рельсовой колеи соответствует расстоянию между колёсами локомотивов и вагонов . Выбор этой ширины для железных дорог имеет свою историю. Расстояние между рельсами первых английских железных дорог соответствовало размерам карет, которые на первых порах служили вагонами. В Англии ширина колеи для карет, согласно закону, не должна была превышать 4 футов 6 дюймов, поэтому и ширина рельсовой колеи первой железной дороги была 1435 мм – всего на 2.5 дюйма шире колеи карет. Такой же размер был принят и во многих странах Европы, закупавших паровозы в Ньюкасле, на заводе Стефенсона. Эту колею, которую часто называют «нормальной», имеют примерно 75 % всех железных дорог в мире. На остальных дорогах ширина колеи различна, напр. в Ирландии – 1600 мм, в Испании – 1676 мм, в Африке, Японии и Австралии – 1076 мм и т. д. Существуют также узкоколейные дороги – 1000.914.891.762.750 и даже 600 мм, которые обычно соединяют основные магистрали с промышленными предприятиями, рудниками, шахтами и имеют свой специальный подвижной состав. В России первая между Царским Селом и Санкт-Петербургом имела ширину колеи 6 футов – 1829 мм. Дорога между Санкт-Петербургом и Москвой была построена с другой колеёй, известной во всём мире как русская, – 5 футов, или 1524 мм. Эта колея просуществовала более 100 , только в 1970 г. размер её был округлён до 1520 мм – в частности, для удобства расчётов.
Энциклопедия «Техника». - М.: Росмэн . 2006 .
Смотреть что такое "рельсовая колея" в других словарях:
Две рельсовые нитки, пришитые к шпалам костылями или шурупами на точно установленном расстоянии одна от другой. Ширина жел. дор. Р. к., или расстояние между внутренними гранями головок рельсов, в большинстве европейских стран составляет 1435 мм.… … Технический железнодорожный словарь
Измерение ширины колеи Смена тележек на ст. Гродеково (116 км от Уссурийска Ширина колеи расстояние между внутренними гранями головок рельсов, на арго железнодорожников «шаблон». В настоящее время самая распространённая ширина колеи в мире… … Википедия
Два рельса (рельсовые нити), расположенные на определённом расстоянии один от другого, прикрепленные к опорам (шпалам) железнодорожного пути (См. Железнодорожный путь) рельсовыми скреплениями. Для большинства железных дорог мира… …
Автомобиля, расстояние между продольными осями отпечатков (на поверхности дороги) правого и левого колёс одной оси автомобиля; при сдвоенных задних колёсах грузовых автомобилей и автобусов расстояние между серединами отпечатков правого и… … Большая советская энциклопедия
И; ж. 1. Канавка, углубление от колёс на дороге. В глубоких колеях стоит вода. * И вязнут спицы расписные В расхлябанные колеи (Блок). 2. Железнодорожный путь, образуемый двумя параллельно лежащими рельсами. Широкая, узкая к. железной дороги.… … Энциклопедический словарь
колея рельсовая - Две параллельные рельсовые нити, установленные на определённом расстоянии одна от другой, скреплённые со шпалами, брусьями или плитами [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] EN railway tracktrack gauge DE … Справочник технического переводчика
Безрельсового сухопутного транспортного средства расстояние между колесами каждой оси или между центральными линиями гусениц транспортного средства. Колея рельсовая две рельсовые нити, уложенные на определенном растоянии одна от другой и… … Большой Энциклопедический словарь
КОЛЕЯ - (1) безрельсового сухопутного транспорта расстояние между центрами площадей контактов (см.) с землёй, характеризующее устойчивость транспортного средства при определённой высоте его центра тяжести. Если транспортное средство имеет гусеничный ход … Большая политехническая энциклопедия
1) расстояние между колёсами каждой оси или между центральными линиями гусениц трансп. средства. 2) Следы, образов. в мягком грунте или снегу при движении трансп. средств. 3) К. рельсовая см. Железнодорожная колея … Большой энциклопедический политехнический словарь
Две параллельные рельсовые нити, установленные на определённом расстоянии одна от другой, скреплённые со шпалами, брусьями или плитами (Болгарский язык; Български) релсов коловоз (Чешский язык; Čeština) kolej (Немецкий язык; Deutsch) Gleis… … Строительный словарь