- •4 Конструкция железнодорожного пути
- •4.1 Составные части пути
- •4.2 Назначение и классификация рельсов
- •4.3 Дефекты рельсов
- •4.4 Рельсовые скрепления
- •4.4.1 Промежуточные скрепления для деревянных шпал
- •4.4.2. Промежуточные скрепления для железобетонных шпал
- •4.5 Подрельсовые опоры: шпалы и брусья
- •4.6 Порядок выполнения задания
- •4.7 Контрольные вопросы
4.5 Подрельсовые опоры: шпалы и брусья
Назначение подрельсовых опор:
воспринимать давление от рельсов и передавать его на балластную призму;
упруго перерабатывать динамическое воздействие на путь;
сохранять неизменность ширины колеи;
совместно с балластом обеспечивать стабильность пути в горизонтальной и вертикальной плоскостях;
обеспечить электрическую изоляцию рельсовых нитей друг от друга.
Подрельсовые опоры должны обладать:
прочностью, устойчивостью и долговечностью;
надежной сопротивляемостью продольным и поперечным перемещениям в балласте;
упругостью и диэлектрическими свойствами;
дешевизной, недефицитностью и технологичностью.
Деревянные шпалы и брусья
Основными достоинствами деревянных шпал и брусьев являются:
хорошая упругость;
простота формы, изготовления и эксплуатации (транспортировка, смена, прикрепление рельсов, изменение ширины колеи и т.п.);
хорошее сцепление со щебнем;
сравнительно небольшая масса (около 70 кг);
большое электрическое сопротивление.
Недостатки деревянных шпал и брусьев:
малый срок службы из-за гниения, механического износа и растрескивания (около 15 лет);
большой расход дефецитной древесины (на 1 км пути около 2 га леса с деревьями диаметром 26-28 см возраста 80-100 лет);
неоднородность упругости пути по длине из-за разных размеров шпал.
Основными породами для шпал и брусьев могут быть сосна, ель, пихта, лиственница, кедр и береза. Н отечественных дорогах шпалы изготавливаются в основном из хвойных пород.
По форме поперечного сечения шпалы подразделяются на 3 группы (рис. 4.5а):
обрезные – пропилены четыре стороны;
полуобрезные – пропилены три стороны;
необрезные – пропилены две противоположные стороны (пласти шпалы).
Переводные брусья изготавливаются двух видов (рис. 4.5б):
обрезные – пропилены четыре стороны (на мостах используются только обрезные брусья);
необрезные – пропилены две противоположные стороны.
а) |
|
б) |
Рис. 4.5. Поперечное сечение деревянных шпал (а) и переводных брусьев (б):
шпалы: 1 – обрезные; 2 – полуобрезные; 3 – необрезные;
брусья: 4 – обрезные; 5 – необрезные
h – толщина; b, b' – ширина верхней пласти; b1, b2 – ширина нижней пласти
Длина деревянных шпал 275 см. По индивидуальному заказу для линий с высокой грузонапряженнностью поставляются шпалы длиной 280 см, а на участках совмещенного движения с разной шириной колеи (1520 мм и 1435 мм вблизи границ государств Западной Европы) укладывают шпалы длиной 300 см.
Количество шпал на 1 км пути называется эпюрой шпал. Обычно эпюра составляет 1840 шпал/км. Усиленная эпюра – 2000 шпал/км; присутствует в кривых участках, на мостах, в тоннелях, при использовании бесстыкового пути.
Длина стрелочных брусьев изменяется от 3 до 5,5 м (удвоенная длина шпалы) с шагом 0,25 м. Длина мостовых брусьев обычного сечения – 3,25 м. Чем больше расстояние между осями продольных балок или ферм моста, тем больше должно быть поперечное сечение мостовых брусьев и их длина.
Области применения деревянных шпал:
звеньевой путь, особенно в кривых малых радиусов (менее 300 м), где необходимо уширение колеи до 1530 и 1535 мм;
новостройки с нестабилизированным земляным полотном, особенно на вечномерзлых и болотистых основаниях;
участки с пучинообразованием;
засоряемые участки, где периодичность ремонтов пути, связанных с очисткой щебеночного балласта, всего 2-3 года;
высокогрузонапряженные участки (более 80-100 млн. ткм брутто/км в год), где применение бесстыкового пути с железобетонными шпалами малоэффективно.
Железобетонные шпалы и брусья
Железобетонные шпалы являются цельнобрусковыми, изготавливаются из тяжелого бетона и армируются предварительно напряженной стальной проволочной или стержневой арматурой периодического профиля диаметром 3 мм. В отличие от деревянной шпалы, форма которой была предопределена природой, при проектировании железобетонной шпалы ей придали более целесообразную форму, улучшающую рабочие параметры.
В связи с тем, что наибольшие прогибы и давление на балласт возникают у торцов шпалы, ширина ее подошвы уменьшена в средней части до 250 мм и увеличена у торцов до 300 мм. Толщина шпалы переменна по длине – больше в подрельсовом сечении (место, где возникает наибольшее давление); в этом же месте сделано углубление для установки рельса.
К достоинствам железобетонных шпал относится:
увеличение межремонтного периода благодаря долговечности шпал (до 30-50 лет);
повышение устойчивости бесстыкового пути против выброса (на 15-20% по сравнению с деревянными шпалами);
повышение стабильности ширины рельсовой колеи, а также улучшение однородности упругих свойств по длине пути и плавности движения поездов (особенно важно на скоростных линиях).
Недостатки железобетонных шпал:
повышенная (в 2-3 раза) продольная и поперечныя жесткость пути, которую приходится снижать при помощи резиновых прокладок-амортизаторов;
хрупкость и чувствительность к ударным воздействиям;
повышенное давление на балласт;
недостаточная работоспособность под рельсовыми стыками (отказы в 2 раза чаще, чем под средней частью рельса);
необходимость укладки электроизолирующих элементов (имеют малый срок службы);
большая масса шпалы (около 265 кг) затрудняет одиночную смену дефектных шпал без мощных кранов.
Области применения железобетонных шпал:
в сочетании с бесстыковым путем (звеньевой путь с железобетонными шпалами – конструкция, не оправданная технически и экономически);
на линиях со скоростями движения пассажирских поездов более 140 км/ч благодаря высокой стабильности и равноупругости такого пути.