|
Верхня будова колії - рейки, скріплення, що з'єднують рейки між собою і з основою, шпали, баластний шар - являє собою інженерна споруда, всі елементи якого взаємопов'язані. Зміна в умовах роботи одного з них відразу ж відбивається на всіх інших елементах. Найбільш відповідальним елементом верхньої будови колії є рейок, який першим приймає динамічні навантаження від коліс рухомого складу.
Як зазначалося, залізницям передували колійний дороги, по рейках яких котилися вагонетки (таке рішення застосовувалося в основному на вугільно-рудних підприємствах). Однак рейок в нашому сьогоднішньому розумінні - двутавровая балка, верхня полиця якої пристосована длявзаімодействія з колесами рухомого складу, - на дорогах тих років був відсутній. Колеса котилися або по дерев'яних напрямних, покритим металевими смугами, або по напрямних (і одночасно несучим) металевим куточках, прикріпленим, як правило, до дерев'яним лежня або поперечок. Таке рішення не могло влаштовувати навіть парові залізниці, так як з появою паровозів різко підвищилися навантаження від коліс, а швидкості (вже у перших локомотивів) досягали 50 км / год і більше.
З огляду на високі динамічні навантаження від коліс рухомого складу і необхідність роботи на вигин, всі варіанти рейок в тій чи іншій мірі за профілем наближалися до форми двотаврової балки. Як відомо, таке обрис профілю рейки дозволяє мати найбільший момент інерції, а звідси найменші кромочні напруги. Поширення отримали дві конструкції рейок - двоголовий і шірокоподошвенний. При створенні двоголового рейки його автори вважали, що після зносу однієї головки рейок можна буде перевернути і використовувати іншу його сторону. Однак ця ідея не виправдалася, оскільки знос верхньої головки від впливу коліс рухомого складу супроводжувався зносом його нижній частині.
Російські інженери вже в перші роки розвитку залізниць вибрали шірокоподошвенний рейок. На лінії С.-Петербург - Москва були укладені такі рейки, виготовлені на Людиновском заводі. Згодом цей профіль рейки поширився по всіх залізницях світу.
Перші рейки виготовлялися в основному з чавуну. Однак було встановлено, що сталеві рейки зношуються менше і рівномірніше, ніж чавунні. Останні дуже скоро перестали використовувати на залізницях. В даний час у всіх країнах застосовують тільки сталеві рейки, метал яких (крім вуглецю) містить кремній, марганець і інші добавки, що підвищують його якість. Широке поширення отримали термічно зміцнені рейки, твердість матеріалу яких підвищена з 290-300 до 360-380 одиниць по Брінеллю, що в 2 - 3 рази підвищує їх зносостійкість.
Профіль рейки за останні 140 років змінився мало, зате його маса збільшилася з 20 -24 до 75 - 77 кг / м. Для доріг широкої колії найбільш часто застосовують рейки масою: 54 - 60 кг / м в Західній Європі, 65 - 75 кг / м в СНД, 66 - 70 кг / м в США, Канаді, Австралії. На швидкісних лініях повсюдно використовують рейки не легше 60 кг / м. Однак в країнах Європи і США, а також в інших країнах на малодіяльних і станційних коліях ще є легкі рейки масою 33 - 44 кг / м. Такі рейки широко застосовують на вузькоколійних дорогах.
На дорогах більшості технічно розвинених країн рекомендується укладати рейки різних типів в залежності від грузонапряженности лінії і швидкостей руху. У СНД при грузонапряженности більше 80 млн. Т. Брутто на 1 км на рік - Р75; 15 - 80 - Р65; при меншій, ніж 15, - Р75 і Р65 старопридатних відремонтовані, зняті з головних шляхів, а також Р50. Технічна політика в області довжин рейкових батогів передбачає укладання безстикової колії від світлофора до світлофора з з'єднанням рейок на кордонах блок-ділянок клееболтовимі ізолюючими стиками, здатними сприймати поздовжні зусилля до 1800 - 2000 кН. На швидкісних лініях знаходить застосування таке технічне рішення, коли на межах блок-ділянок не потрібно переривати рейкові нитки (через встановлення ізолюючих стиків). Рейки з'єднуються зі шпалами проміжними скріпленнями. У СНД, США, Канаді, Мексиці та інших країнах це, як правило, Костильна з'єднання. У Західній Європі шурупні прикріплення рейки до шпал (дерев'яної або залізобетонної) є типовим рішенням.
Різні варіанти з'єднання рейок зі шпалами за допомогою милиць або шурупів існували з моменту спорудження перших залізниць. Новим за останні 50 - 60 років є перехід до проміжних скріплення пружинного типу, що забезпечує пружне з'єднання підошви рейки з основою.
В СНД, Японії, країнах Західної Європи проміжні скріплення з пружинними елементами є обов'язковими при влаштуванні безстикової колії. У цьому випадку немає необхідності встановлювати додаткові протиугінні пристосування, що є обов'язковим при Костильна скріпленні.
Дерев'яні шпали мало змінили свою форму за останні 140 років. Однак на більшості перших залізниць укладали непросочені шпали, деревина яких виходила з ладу через 8 - 12 років. Слід зазначити, що вже при будівництві дороги С.-Петербург - Москва шпали просочували під тиском. В даний час на всіх дорогах світу в дорогу укладаються дерев'яні шпали, просочені антисептиком, що підвищує термін їх служби не менше ніж в 2 рази.
Залізобетонні шпали отримали широке застосування в Європі і Азії в основному після 1950 р США, Канаді та ряді країн Африки залізобетонні шпали застосовують обмежено, оскільки там є можливість виготовляти шпали з дерев твердих порід. Термін служби залізобетонних шпал досягає 50 - 60 років. У країнах СНД безстикової шлях укладають тільки на залізобетонних шпалах з використанням пружних гумових майданчиків-амортизаторів в під рейкових перетинах.
Для посилення підрейкові підстави все ширше проводяться експерименти із застосуванням рамних, блокових, а також монолітних залізобетонних конструкцій. Однією з типових конструкцій на мостах, естакадах і тунелях є плитне підрейковий підставу.
Пісок, гравій, щебінь, як і 140 років тому, є типовими складовими баластної призми. Слід зазначити, що ще на дорозі С.-Петербург - Москва влаштовували двошарову призму: піщану, основну частину призми покривали шаром щебеню товщиною до 18 см. Якісно новим рішенням, яке ще перебуває на стадії експлуатаційних випробувань, є монолітне скріплення баластної призми латексу та іншими в'яжучими складами, що в 2 - 4 рази може підвищити несучу здатність підрейкові підстави.
|