Расстояние между внутренними головками рельсов называется. Железные дороги США. Трудности использования колеи с разной шириной

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. УСТРОЙСТВО Рельсовой Колеи. Устройство рельсовой колеи тес­но связано с конструкцией и разме­рами колесных пар подвижного сос­тава. Колесная пара состоит из стальной оси, на которую наглухо насажены колеса, имеющие для предотвращения схода с рельсов направляющие гребни. Поверхность катания колес подвиж­ного состава в средней, части имеет коничность 1/20, которая обеспечи­вает более равномерный износ, большее сопротивление горизонталь­ным силам, направленным поперек пути, меньшую чувствительность к неисправностям его и препятст­вует появлению желоба на поверх­ности катания, затрудняющего про­хождение колесных пар по стрелоч­ным переводам. В соответствии с этим и рельсы устанавливаются также с подуклонкой 1/20, что, при деревянных шпалах достигает­ся за счет клинчатых подкладок, а при железобетонных - соответст­вующим наклоном поверхности шпал в зоне опирания рельсов. Расстояние между внутренними гранями головок- рельсов называет­ся шириной колеи . Эта ширина складывается из расстояния между колесами (1440±3 мм), двух тол­щин гребней (от 25 до 33 мм) и зазоров между колесами и рель­сами, необходимых для свободного прохождения колесных пар. Шири­на нормальной (широкой) колеи в прямых и кривых участках пути с радиусом более 349 м принята в СССР 1520 мм с допусками в сторо­ну уширения 6 мм и в сторону сужения 4 мм. 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 на­угольнику, что по сравнению с рас­положением стыков в разбежку уменьшает число ударов колесных пар о рельсы, а также позволяет заготавливать и менять рёльсошпальную 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. Жёсткое 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.

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.Устройство 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 - радиус круговой кривой с уменьше­нием кривизны пропорционально изменению длины.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.

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. Укладку укороченных рельсов во внутренней нити чередуют с укладкой рельсов нормальной длины так, что бы забег стыков, не превышал половины укорочения, т.е. 40; 80 мм.Усиление пути в кривых произ­водится при R ≤ 1200 м для обеспечения необходимой равнопрочное я 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.

УСТРОЙСТВО ПУТИ НА МОСТАХ И В ТОННЕЛЯХ. Конструкция пути на мостах и в тоннелях имеет, ряд особенностей. На металлических мостах рельсовый путь обычно делают без балласта; на деревянных брусьях, уложенных на расстоянии 10-15 см друг от друга. Брусья крепят болтами к продольным балкам. Для удержания; подвижного состава в случае схода его с рельсов на существующих мостах снаружи колеи имеются деревянные охранные брусья, а внутри - контррельсы. На строя­щихся мостах для этой цели используют металлические охранные уголки специального профиля. На мостах с большими металличес­кими пролетными строениями укла­дывают путь на металлических попе­речинах. На ряде металлических мостов и, в частности, на мосту через р. Амур на БАМе применена конструкция пути на сплошных желе­зобетонных плитах, дающая сокращение затрат на содер­жание мостового полотна.На каменных, бетонных и желе­зобетонных мостах, а также на путе­проводах, расположенных в пределах станции, путь устраивают на щебе­ночном балласте и обычных шпа­лах, для чего на мосту устраи­вают корыто шириной поверху на однопутных линиях не менее 3,6 м, а на двухпутных - не менее 7,7 м. Толщину щебе­ночного балласта на мостах и путе­проводах принимают, как правило, не менее 25 см.На подходах к мостам независи­мо от рода балласта, принятогона данной линии, путь с обеих сторон укладывают на щебеночном балласте, что повышает устойчивость пути и уменьшает засорение пылью конструкций моста при движении поездов. На подходах к безбал­ластным мостам путь полностью за­креплен от угона; на самих мостах противоугоны ставят как исключе­ние. На больших металлических мо­стах во избежание разрыва стыков при температурных изменениях дли­ны пролетных строений устанавлива­ют специальные приборы, обеспечи­вающие взаимное смещение остряка и рамного рельса. Путь в тоннелях рекомендуется делать на железобетонных шпалах с эпюрой на одну ступень выше, чем на подходах. На протяжен­ности 200 м с каждой стороны перед тоннелем и в самом тоннеле путь должен быть, на щебеночном балласте толщиной не менее 25 см. Путь в тоннеле может быть и на жестком бетонном основании со скреплениями раздельного типа с прокладками-амортизаторами. На мостах и тоннелях не допускается применение разных типов рельсов, переходных стыков и рельсовых рубок.

Рельсовая колея - это две рельсовые нити, установленные на определенном расстоянии одна от другой и прикрепленные к шпалам, брусьям или плитам. Устройство и содержание рельсовой колеи зависят от особенностей конструкции ходовых частей подвижного состава.

К ним относятся наличие у колес реборд (гребней), которые удерживают колеса на рельсах и направляют движение локомотивов и вагонов. Колеса наглухо запрессовываются на оси и образуют вместе с ней колесную пару. Оси колесных пар, объединенные общей жесткой рамой, всегда остаются взаимно параллельными.

Поверхность катания колес имеет не цилиндрическую, а коническую форму с уклоном в средней ее части в 1:20.

Расстояние между внутренними гранями колес называется насадкой T = 1440 мм с предельными допусками ± 3 мм.

Расстояние между крайними осями, закрепленными в раме одной тележки, называется жесткой базой.

Расстояние между крайними осями вагона или локомотива называется полной колесной базой данной единицы.

Так, полная колесная база электровоза ВЛ-8 составляет 24,2 м, жесткая база - 3,2 м.

Расстояние между рабочими гранями гребней колес называется шириной колесной пары.

Толщина гребней колесных пар должна быть не более 33 мм и не менее 25 мм. Чтобы колесная пара с самой широкой насадкой и неизношенными гребнями колес могла поместиться внутри колеи, ширина ее должна быть 1440 + 3 + 2×33 = 1509 мм, но при этом колесная пара будет зажата (заклинена) между рельсами.

Ширина колеи - это расстояние между внутренними гранями головок рельсов, измеряемое на уровне 13 мм ниже от поверхности катания. Ширина колеи на прямых участках пути и в кривых радиусом 350 м и более должна быть 1520 мм. На существующих линиях вплоть до их перевода на колею 1520 мм на прямых участках и в кривых радиусом более 650 м допускается ширина колеи 1524 мм. В кривых меньшего радиуса ширина колеи увеличивается согласно Правилам технической эксплуатации (ПТЭ).

Допуски по ширине колеи установлены по уширению плюс 8 мм, по сужению колеи минус 4мм, а на участках, где установлены скорости 50 км/ч и менее разрешены допуски +10 по уширению, -4 по сужению (ПТЭ ЦРБ-756.2000 г.). В пределах допусков ширина колеи должна изменяться плавно.

Подуклонка рельсов. В прямых участках пути рельсы устанавливают не вертикально, а с наклоном внутрь колеи, т. е. с подуклонкой для передачи давления от конических колес по оси рельса. Коничность колес обусловлена тем, что подвижной состав с такими колесными парами оказывает гораздо большее сопротивление горизонтальным силам, направленным поперек пути, чем цилиндрические колеса, уменьшается «виляние» подвижного состава и чувствительность к неисправностям пути.

Переменная коничность поверхности катания колес от 1:20 к 1:7 (рис.4.35) придается во избежание появления желобчатого износа колес и для плавного перехода с одного пути на другой через стрелочный перевод. Рельсовые нити должны находиться в одном уровне. Допускаемые отклонения от нормы зависят от скорости движения поездов.

Ðèñ. 4.35. Òèïîâîé ïîïåðå÷íûé ïðîôèëü áàëëàñòíîé ïðèçìû íà ëèíèè Ñàíêò-Ïåòåðáóðã - Ìîñêâà: 1 - î÷èùåííûé ùåáåíü; 2 - ñëîé, ýêñòðóäèðîâàííûé

ïåíîïîëèñòèðîëîì òîëùèíîé 40 ìì

На длинных прямых разрешается содержать одну рельсовую нить постоянно на 6 мм выше другой. При таком положении рельсовых нитей колеса будут слегка прижаты к пониженной рихтовочной нити и двигаться более плавно. На двухпутных участках рихтовочной является междупутная нить, а на однопутных участках, как правило - правая по ходу километров.

Работа пути в кривых участках сложнее, чем в прямых , т.к. при движении подвижного состава по кривым появляются дополнительные боковые силы, например, центробежная сила. К особенностям устройства колеи в кривых относятся: увеличение ширины колеи в кривых малых радиусов, возвышение наружной рельсовой нити над внутренней, соединение прямых участков с круговыми кривыми посредством переходных кривых, укладка укороченных рельсов на внутренней нити кривой. На двухпутных линиях в кривых увеличивается расстояние между осями путей. Уширение колеи на кривых участках наших дорог делается при радиусах менее 350 м.

Необходимость уширения вызывается тем, что включенные в общую жесткую раму колесные пары, сохраняя параллельность своих осей, затрудняют прохождение тележек подвижного состава по кривым. При отсутствии уширения исчезает необходимый зазор между гребнями колес и рельсом и наступает недопустимое заклиненное прохождение подвижного состава. При этом возникает большое сопротивление движению поезда, а также дополнительный износ рельсов и колес, не обеспечивается безопасность движения.

Чем меньше радиус кривой и чем больше жесткая база, тем шире должна быть колея.

Возвышение наружного рельса. При движении экипажа по кривой возникает центробежная сила, направленная наружу кривой. Эта сила создает дополнительное воздействие колеса на наружную рельсовую нить, сильно изнашивая рельсы этой нити. Если в кривой установить обе рельсовые нити на одном уровне, то равнодействующая центробежной силы и силы веса будет отклоняться к наружному рельсу, перегружая его и соответственно разгружая внутренний рельс. Для того чтобы снизить боковое давление на рельсы наружной нити, уменьшить их перегрузку, добиться равномерности износа рельсов обеих нитей и избавить пассажиров от неприятных ощущений, устраивают возвышение наружного рельса h (рис. 4.36).

Ðèñ. 4.36. Ñõåìà äåéñòâóþùèõ ñèë ïðè óñòðîéñòâå âîçâûøåíèÿ íàðóæíîãî ðåëüñà â êðèâûõ

В этом случае экипаж наклоняется к центру кривой, часть силы веса H будет направлена внутрь кривой, т.е. в сторону, противоположную действию центробежной силы. Следовательно, наклон экипажа за счет устройства возвышения наружного рельса уравновешивает центробежную силу. Это выравнивает воздействие на оба рельса.

При радиусах кривых 4000 м и менее делают возвышение наружной рельсовой нити, которое может быть от 10 до 150 мм. Это возвышение зависит от скоростей движения поездов, массы их брутто и суточного количества поездов на рассматриваемой кривой и радиуса кривой. Отвод возвышения наружного рельса, т.е. постепенное снижение повышенной наружной нити до нуля, делается плавно. Отклонение расчетного возвышения по уровню допускается в зависимости от скорости движения поездов.

Переходные кривые . Для плавного вписывания подвижного состава в кривые между прямым участком и круговой кривой устраивается переходная кривая, радиус которой постепенно уменьшается от бесконечно большой величины в месте примыкания ее к прямому участку до радиуса R в точке, где начинается круговая кривая. Необходимость вставки переходных кривых вызвана следующим. Если поезд с прямого участка пути войдет в круговую кривую, где сразу изменится радиус кривизны с ¥ до R, то на него мгновенно действует центробежная сила. При большой скорости подвижной состав и путь будут испытывать сильное боковое давление и быстро изнашиваться. При устройстве переходных кривых радиус медленно уменьшается, соответственно медленно нарастает и центробежная сила - резкого бокового давления на поезд и путь не произойдет. На железных дорогах РФ переходные кривые строят по радиоидальной спирали, т.е. применяют кривую с переменным радиусом кривизны. Их принимают стандартной длины от 20 до 200 м.

В пределах переходных кривых плавно отводят возвышение наружного рельса и уширение колеи, устраиваемые в круговых кривых, а также делают уширение междупутья.

Для разбивки переходных и следующих за ним круговых кривых, то есть для разметки их положения на местности, имеются специальные таблицы.

Укладка укороченных рельсов в кривых. Внутренняя рельсовая нить в кривой короче наружной. Если по внутренней нити кривой укладывать все рельсы такой же длины, как и по наружной, то стыки по внутренней нити станут забегать вперед относительно стыков на наружной нити и не получится расположения их по наугольнику, как это принято на нашей сети. Для устранения большого забега стыков в кривой по внутренней нити укладывают рельсы укороченной длины. Применяют три типа укорочения рельсов: на 40, 80 и 120 мм для рельсов 12,5 м и на 80 и 160 мм для рельсов 25 м. Большие укорочения применяются на крутых кривых. Укладку укороченных рельсов чередуют с рельсами нормальной длины так, чтобы забег или недобег стыков не превышал половины стандартного укорочения, т.е. соответственно 20; 40; 60 и 80 мм. При эксплуатации пути забег или недобег стыков допускается в кривых – 8см плюс половина стандартного укорочения рельса в данной кривой.

Рельсовая колея - это расстояние между внутренними боковыми гранями головок рельсов, измеряемое на уровне 13 мм ниже поверхности катания, в нашей стране еще в начале строительства железных дорог была принята равной 5 футам, то есть 1524 мм. В большинстве других стран нормальная ширина колеи 1435 мм. В Индии, Пакистане, Цейлоне, Испании, Португалии, Аргентине и Чили принята ширина колеи 1676 мм, в Бразилии, Северной Ирландии - 1600 мм, в Японии и ряде африканских стран - 1067 мм.

Во многих странах имеются узкоколейные дороги с шириной колеи 750, 600, 500 мм и других размеров.

Для улучшения взаимодействия пути с подвижным составом Правилами технической эксплуатации железных дорог, утвержденными МПС в 1970 г., ширина колеи уменьшена с 1524 до 1520 мм.

Нормальная ширина колеи относится к прямым участкам и к кривым радиусом 350 м и более. Для кривых радиусом от 349 до 300 м она равна 1530 мм, а при радиусах кривых менее 300 м - 1535 мм. Уширение колеи в кривых малых радиусов устраивают для облегчения прохождения по ним подвижного состава. В кривых радиусом от 650 до 300 м ширина колеи может иметь дополнительное уширение на величину фактического бокового износа головки рельсов, но не более чем до 1530 мм в кривых радиусом 650-450 м, 1535 мм - в кривых радиусом 449-350 м и 1540 мм - в кривых радиусом 349 м и менее.

Из-за невозможности обеспечить абсолютно точную величину ширины колеи при сборке рельсошпальной решетки и неизменяемость ее в эксплуатации установлены допуски в содержании колеи, равные +8 и -4 мм. Это значит, что при норме 1520 мм ширина колеи может колебаться в пределах от 1528 до 1516 мм. Для кривых участков применяют те же допуски, но с одним ограничением - ширина колеи более 1548 мм ни в каких случаях не допускается, так как такое увеличение создает опасность возможного распора ее частью колеса с увеличенной коничностью поверхности.

Если на участке установлены допускаемые скорости движения поездов 50 км/ч и менее, допускается уширение колеи до 10 мм, а сужение 4 мм.

На существующих линиях впредь до их перевода на колею 1520 мм допускается ширина колеи: на прямых участках и в кривых радиусом 350 м и более - 1524 мм; в кривых радиусом от 349 до 300 м - 1530 мм, а радиусом 299 м и менее - 1540 мм.

Имеются отдельные участки с колеей 1524 мм, где сохранились еще кривые со следующими величинами ширины колеи: при радиусах от 650 до 450 м - 1530 мм; при радиусах 449 до 350 м - 1535 мм; при радиусах 349 м и менее - 1540 мм.

До перехода на колею 1520 мм разрешено содержать путь по этим нормам.

В тяжелых условиях (горные линии, внутризаводские пути и т. д.), когда применяют очень крутые кривые и ширина колеи 1548 мм оказывается недостаточна, может быть допущено дополнительное уширение, но при условии укладки контррельсов и других устройств, исключающих возможность провала колес внутрь колеи.

Наиболее благоприятным является свободное вписывание в кривую жесткой базы локомотива или вагона (рис. 1), когда передняя ось прижата гребнем одного колеса к наружной рельсовой нити, а задняя касается гребнем внутренней рельсовой нити; при этом задняя ось оказывается расположенной по направлению радиуса кривой. В этом случае жесткая база единицы подвижного состава устанавливается внутри колеи совершенно свободно.

Самым неблагоприятным видом вписывания является заклиненное вписывание (рис. 2), при котором оба крайних колеса в жесткой базе оказываются прижатыми гребнями к рельсу. Такое вписывание вызывает очень большое сопротивление движению поезда и небезопасное давление колес на рельсы. Вписывание, по своему характеру занимающее промежуточное положение между свободным и заклиненным, называют принудительным .

На наших железных дорогах в настоящее время почти всюду находятся в обращении тележечные локомотивы (электровозы и тепловозы) и тележечные грузовые и пассажирские вагоны, имеющие жесткую базу от 1,8 м у четырехосного полувагона до 4,4 м у электровоза.

Переход на короткобазный подвижной состав позволил унифицировать ширину, колеи на прямых и кривых участках (радиусом 350 м и более), за исключением относительно небольшого протяжения путей в горных районах, подъездных, соединительных, внутризаводских и станционных, имеющих радиусы кривых менее 350 м.

При прохождении поездов по кривым участкам путь испытывает значительные дополнительные воздействия от колес подвижного состава. Чтобы избежать резких ударов гребней колес о рельсы при входе поезда в кривые, значительных перегрузок наружных рельсовых нитей из-за появления центробежных сил, облегчить вписывание подвижного состава в кривые и прохождение по ним:

• увеличивают ширину колеи;
• предотвращают искажения проектной кривизны пути;
• наружные рельсовые нити располагают выше внутренних;
• в местах сопряжений прямых участков пути с кривыми устраивают переходные кривые;
• уменьшают расстояния между шпалами;
• смазывают боковые поверхности соприкосновения гребней колес с рельсами.

Большое значение для взаимодействия подвижного состава и пути в кривых имеет размер жесткой базы локомотивов и вагонов. На дорогах РФ находятся в обращении в основном тележечные локомотивы (электровозы и тепловозы) и грузовые и пассажирские вагоны с жесткой базой от 1,8 м у четырехосного полувагона до 4,4 м у электровоза. У короткобазного подвижного состава значительно лучше условия прохождения по кривым, и это позволило унифицировать ширину колеи на прямых и кривых участках (радиусом 350 м и более). Только на относительно небольшом протяжении путей в горных районах, на подъездных, соединительных, внутризаводских и станционных путях, где радиусы кривых остались менее 350 м, производится уширение колеи.

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.

Устройство рельсовой колеи характеризуется: шириной колеи, подуклонкой рельсов, взаимным расположением рельсов по уровню на прямых и кривых участках, кривизной в плане и профиле.

Шириной рельсовой колеи называется расстояние между внутренними гранями головок рельса, измеренное перпендикулярно к оси пути.

На открытых горных разработках применялись четыре типа колеи: 1520, 1000, 900, 750 мм. Стандартными являются нормальная широкая колея 1520 мм и узкая колея 750 мм. В большинстве зарубежных стран нормальной является колея 1435 мм.

При выборе ширины колеи для рельсового транспорта учитывают грузооборот, расстояние транспортирования, размеры карьера и характеристику применяемого оборудования. Узкая колея применяется в карьерах небольшой мощности, в большинстве случаев при грузообороте не более 2-3 млн. т в год.

На прямых участках пути допускаются отклонения от нормальной ширины для колеи 1520 мм в сторону уширения на 6 мм и в сторону сужения на 2 мм, для колеи 750 мм - соответственно на 4 и 2 мм. На путях с перемещаемой рельсошпальной решеткой на прямых и кривых участках разрешается содержать колею одинаковой ширины 1535 мм с отклонениями по уширению 10 мм и по сужению 4 мм.

При прохождении кривых малого радиуса колесные пары подвижного состава усиленно нажимают на наружный рельс, изнашивая его и расстраивая колею. Этого удается избежать, укладывая у внутренней рельсовой нити контррельсы, которые принимают на себя боковое давление и отжимают колесную пару от наружного рельса. Однако следует иметь в виду, что при установке контррельсов существенно увеличивается сопротивление движению поездов в кривых.

На кривых участках выполняется возвышение наружного рельса над внутренним для компенсации возникающей центробежной силы. Допускаемое возвышение: для широкой колеи - 150 мм, для узкой колеи - 40 мм.

Осуществляется возвышение рельса поднятием на балласт наружных концов шпал, или при большем возвышении, основную площадку земляного полотна устраивают с уклоном. Возвышение наружного рельса производится постепенно.

Для соединения нескольких путей служат стрелочные переводы.

Стрелочным переводом называется устройство, служащее для перевода подвижного состава с одного пути на другой.

Стрелочный перевод состоит из стрелки, крестовины с контррельсами, соединительной части и комплекса переводных брусьев. Стрелочный перевод состоит из остряков (перьев), рамных рельсов, переводной кривой, контррельсов, необходимых для удержания ребер колес при прохождении мертвого пространства, крестовины с сердечником. За крестовиной располагается предельный столбик, указывающий место остановки локомотива при ожидании встречного поезда. Положение предельных столбиков определяет полезную длину пути на станциях и разъездах. Все эти элементы стрелочного перевода можно объединить в три узла: стрелка, крестовинная часть и соединительные пути.

Рамные рельсы, к которым прилегают остряки, являются продолжением путевых рельсов. Они укладываются на специальные подкладки или на сплошные металлические листы. Остряки (рельсы, заостренные с одной стороны), служат для направления поезда на тот или иной путь. При любом положении стрелки один из остряков прижимается к рамному рельсу, а другой отодвигается, образуя зазор для прохода колес подвижного состава. Переводной механизм служит для перевода стрелки из одного положения в другое. Находят применение ручные и электрические приводы переводов, управляемые дистанционно или автоматически. Стрелочные переводы укладываются на переводных брусьях (длиной 2750ч5500 мм), поперечное сечение которых то же, что и шпал. Стрелочный перевод называют правым (левым), если ответвленный путь, считая от стрелки к крестовине отклоняется вправо (влево). Стрелочные переводы бывают симметричными и несимметричными.

Основной точкой, определяющей положение стрелочного перевода является центр перевода - точка пересечения осей соединяемых путей. Основными для стрелочного перевода являются расстояния:

от стыков рамных рельсов до начала остряков - m

от начала остряков до центра стрелочного перевода - a

от центра стрелочного перевода до математического центра крестовины - д

от математического центра крестовины до хвостового стыка крестовины - p

от центра стрелочного перевода до хвостового стыка крестовины - b

Расстояние = a + д называют теоретической длиной стрелочного перевода, а = m + a + д + p - полной практической длиной стрелочного перевода. Длину стрелочного перевода определяет главный параметр стрелочного перевода - угол, под которым пересекаются грани сердечника крестовины (угол пересечения осей пересекающихся путей) - угол б. Он определяет марку крестовины М, которая представляет собой отношение основания сердечника крестовины к его высоте.

M = 2 tg ? tg б

На карьерном транспорте широкой колеи применяют крестовины марок 1: 9 (? 28 м) и 1: 11 (? 32 м), узкой - 1: 7 (длина? 12) и 1: 9 (длина? 13 м).

При переходе с меньшей марки (например с 1: 11) на большую (1: 9) уменьшается длина стрелочного перевода, но и снижается безопасность движения. Поэтому скорость движения на ответвляющийся путь по стрелочным переводам с крестовиной марки 1: 11, должна быть не более 40 км/ч (для рельсов типа Р75, Р65 - 50 км/ч), а по стрелочным переводам с крестовиной марки 1: 9 - 25 км/ч.