Устройство верхнего строения железнодорожного пути

• Балластный слой
• Рельсы
• Рельсовые скрепления
• Шпалы
• Противоугоны
• Стрелочные переводы
• Бесстыковой путь

Верхнее строение железнодорожного пути (ВСП) – это комплексная конструкция, которая состоит из балластного слоя, рельс, рельсового крепежа, шпал, противоугонов, стрелочных переводов.

Рельсы, соединяясь со шпалами, создают рельсошпальную решетку для безопасного движения подвижного состава. Балластный слой и его толщина рассчитывается так, чтобы давление на полотно не было выше величины, которая обеспечивает упругую осадку.

Сегодня в России есть три типа ВСП:

1. Тяжелый – используются самые тяжелые и термические закаленные рельсы типа Р75 с балластным слоем из асбестовых отходов или щебня. Предельная грузоподъемность не менее 80 млн. ткм/км в год.
2. Средний – здесь укладывают упрочненные термические рельсы типа З65. ВСП тут используются для перевозки грузов с напряженностью 25-80 млн. ткм/год, а также обеспечения высокоскоростного движения поездов пассажирского значения.
3. Легкий – используются отремонтированные старогодные рельсы типов Р75 и Р65. Грузонапряженность таких путей от 5 до 25 млн. ткм/км.

ВСП должно быть долговечным, прочным и устойчивым, так как находится под постоянным влиянием неблагоприятных факторов (атмосферные осадки, температурные перепады, ветер, колебания почвы).

Однако и закаленный металл со временем приходит в негодность, поэтому пути нуждаются в техническом обслуживании, периодических ремонтных работах.

Различают следующие типы ремонта верхнего строения путей:

1. Усиленный капитальный ремонт – это полная замена решетки из новых материалов. Старый балласт утилизируется и засыпается новый на глубину не менее 40 см.
2. Капитальный ремонт пути – это замена ВСП на более мощные или менее использованные материалы, сочетание старогодных и новых путей. Процесс сопровождается заменой щебеночного балласта на глубине 25-40 см.
3. Усиленный средний ремонт пути – используется, когда нужна очистка или замена балласта, обочина земляного полотна перестала соответствовать стандартам, либо балластная призма достигла максимальных размеров.
4. Средний ремонт пути – проводится оздоровление балластной призмы за щечной сплошной очистки щебня на глубине до 40 см., конкретная глубина зависит от класса пути и вида балласта.
5. Подъемочный ремонт пути – мероприятия нужны для периодического восстановления равной прочности и упругости шпал с подбивкой, улучшения дренирующих свойств балласта.
6. Сплошная замена рельсов и металлических частей стрелочных переводов – это промежуточный этап между усиленным капитальным, средним и/или подъемочным ремонтами.
7. Планово-предупредительная выправка пути – это сплошная выправка пути с использованием специальных машин. Задача состоит в приведении подшпального основания к равноупругости на всей протяженности ВСП.
8. Шлифовка рельсов – это профилактика волнообразного износа рельс, а также других неровностей, снижения негативного влияния подвижного состава на структуру рельс.
9. Капитальный ремонт переездов – процесс входит в комплексное обслуживание ВСП. Полностью меняется настил, конструкция и особенности которого регламентированы Инструкцией по устройству и обслуживанию переездов.
10. Ремонт земляного полотна – земляное полотно и его сооружение восстанавливают для обеспечения прочности, стабильности и нормальной работоспособности, улучшения работы водоотводных и укрепительных сооружений.

Вот такие типы ремонтов верхнего строения пути предусмотрены в инструкциях и регламентах работы ЖД-сообщения на территории России. Поговорим подробнее об элементах ВСП.

Балластный слой

Главная задача балластного слоя – это компенсация давления на шпалы во время прохождения подвижного состава, и равномерное распределение нагрузки по всей поверхности земляного полотна. Чтобы слой выполнял поставленные задачи, в нем не должна задерживаться вода. Поэтому балласт дополнительно оборудуют водоотводящими сооружениями.

Материал для балласта должен быть прочным, легким, устойчивым к механическим нагрузкам, он не должен дробиться при уплотнении. В современных ЖД-путях используют щебень из естественного камня, гравий, песок, ракушечник.

Балластный слой укладывают в виде призмы с ярко выраженными откосами крутизны, соответствующие установленным техническим требованиям.

Рельсы

Рельсы используются для направления колес подвижного состава, передачи напряжения на шпалы. Для надежной работы в ВСП, рельсы должны быть прочными, долговечными, чтобы выдерживать ударно-динамические нагрузки. Поэтому они создаются из высокопрочных типов углеродистой стали.

Масса и поперечный профиль рельс непосредственно влияет на ее тип. В России используется Р50, Р 65 и Р75. Буква «Р» говорит о том, что перед нами рельс, а цифра обозначает массу в килограммах на один погонный метр.

Двутавровая форма рельсы выбрана специально, так как материал испытывает огромную вертикальную нагрузку. Такая форма экономит сталь при создании и, одновременно, повышает устойчивость изделия к давлению подвижного состава.

Выбор конкретного типа рельсы для укладки зависит от грузонапряженности линии, а также скорости подвижного состава и нагрузок. Срок службы напрямую связан с числом тонн брутто грузов, которые прошли через выбранный участок пути.

Для Р65 – это около 500 млн. т, для Р50 – 350 млн. т. Самые прочные рельсы Р75 на 30% долговечнее, чем Р65.

Рельсовые скрепления

Рельсовый путь – это две непрерывные нити, расположенные параллельно на определенном расстоянии. Рельсы крепятся к шпалам промежуточным скреплением, которое обеспечивает упругость их связи, а также неизменность ширины между рельсами.

В России используются три типа промежуточных скреплений:

1. Нераздельные – рельсы и прокладки тут крепятся к шпалам одними шурупами.
2. Смешанные – используется костыльное скрепление под уклоном 1:20. Этот тип крепления распространен в России благодаря легкости монтажа, простоте зашивки, перешивки и разборки. Однако смешанное скрепление не обеспечивает постоянство ширины колеи, и способствует более быстрому износу из-за постоянного механического воздействия.
3. Раздельные – здесь рельсы скрепляют с подкладками жесткими клеммами и клеммными болтами, а саму подкладку фиксируют к шпалам болтами или шурупами. Хоть конструкция креплений несколько сложнее аналогов, она обеспечивает стабильную ширину рельс.

На территории России распространено раздельное скрепление КБ-65. Однако уже выявлены недостатки: высокая масса, повышенная жесткость и большое количество деталей. Поэтому постепенно монтируются более современные типы креплений ЖБР-3-65 и АРС-4.

Шпалы

На территории России активно используются деревянные шпалы, однако распространены и железобетонные виды с предварительно напряженной арматурой. Главное их достоинство – это длительный срок эксплуатации (порядка 50 лет).

Высокая устойчивость пути и плавность хода подвижного состава обеспечивается за счет идентичного размерного ряда и равной упругостью шпал.

Недостатки железобетонных шпал:

• сложность в монтаже к ним рельс;
• электропроводимость;
• повышенная жесткость.
• большая масса.

Чтобы повысить упругость путей, используются амортизирующие прокладки. Для нивелирования утечек электричества используются изоляционные материалы.

Железобетонные шпалы создают из тяжелого бетона, который армирован холоднокатаными прутьями с периодическим профилем 3 мм.

В России используют три вида эпюр (порядка расположения шпал по длине) – 1600, 1840 и 2000 шпал на 1 км. пути.

Противоугоны

Для ВСП одна из самых серьезных проблем – это продольное перемещение рельсов под колесами подвижного состава. Это происходит из-за косых ударов, температурной деформации или негативного влияния динамических сил. Это снижает надежность работы путей и срок их эксплуатации, а также повышает бюджет на их содержание. Для нивелирования перемещения рельс продольного типа используют противоугоны.

Сегодня используются пружинные противоугоны для звеньевых рельсовых путей и раздельные КБ/ЖБР для бесстыковых ВСП.

У детали бывает разное поперечное сечение:

• трапециевидное;
• прямоугольное;
• квадратное;
• П- и Т-образное.

Стрелочные переводы

Стрелочные переводы – это устройства, которые используются для следующих целей:

1. Объединения двух или трех колей, которые проложены рядом друг с другом.
2. Разветвления одной линии на несколько идущих параллельно.
3. Стыковки пересекающихся или параллельно расположенных ВСП.

Стрелочные переводы улучшают логистику грузо- и пассажироперевозок, минимизируют расходы на прокладки новых веток ЖД-путей, сокращают их общую протяженность.

Сегодня на рынке есть следующие типы механизмов:

1. Одиночные – это разветвление колеи с 1 на 2. Оба направления могут быть симметричными (идентичные углы и радиус кривизны) или несимметричными.
2. Двойные – две стрелки находятся в непосредственной близости, а путь разветвлен на 3.
3. Перекрестные – устройства монтируются в точках пересечения нескольких колей под определенным углом. Они бывают одиночными и двойными.

Стрелочные переводы состоят из следующих компонентов:

• стрелка – это пара наружных и внутренних элементов, скрепленных друг с другом. Используется для непосредственного перехода подвижного состава с прямого пути на ответвление и наоборот;
• крестовина – состоит из двух усовиков, сердечника и контррельса. Эта деталь обеспечивает надежный переезд состава с одной колеи на другую.

Бесстыковой путь

Бесстыковой путь сегодня считается самым современным. Устранение отдельных стыков путем сваривания, а также уменьшение их количества привело к следующим последствиям:

1. Ослабление динамической нагрузки на ВМП.
2. Замедление износа колес подвижного состава.
3. Снижение сопротивления движению поездов. Это приводит к экономии твердого топлива и/или электроэнергии.
4. Экономия до 1.8 тонны стали на километр пути.
5. Снижение расходов на содержание и ремонт ВСП.
6. Срок службы пути бесстыкового пути вырос на 20%, балласта на 25%.

Для бесстыкового пути используются рельсовые плети, прошедшие термическую закалку. Между собой рельсы сваривают на стационарных или передвижных сварочных машинах электроконтактным способом.