Рельсовая колея на прямых и кривых участках пути. Железнодорожная колея в РФ и в Европе

Железнодорожная колея – один из главных элементов железной дороги. Рельсовая колея представляет собой две параллельные рельсовые нити, которые располагаются друг от друга на определённом расстоянии. Это расстояние называется ширина колеи.

Ширина колеи является главным параметром рельсовой колеи и непосредственно связана с размерами колёсных пар. Измеряется между внутренними рабочими гранями головок рельсов. Железнодорожная колея в России и Европе разная. Это объясняется различными причинами – историческими и стратегическими.

Самая популярная колея во всём мире считается так называемая стефенсоновская колея. Её ширина составляет 1435 мм. Своё название она получила по имени английского изобретателя железных дорог Джорджа Стефенсона (изобрёл первую пассажирскую жд линию направления Ливерпуль - Манчестер).

Европейская колея используется на железных дорогах Северной Америки, Китая и большинства стран Европы. Это примерно 75 % железных дорог на земном шаре.

Железнодорожная колея в РФ отличается от европейской. Её ширина составляет 1520 мм (принята с 70-х годов 20 в.). Используется на всех железных дорогах, метрополитенах и трамвайных линиях РФ и большинства стран СНГ, Финляндии, Монголии. Это примерно 11% железных дорог. Согласно исследованиям, данная величина ширины колеи оказалась наиболее оптимальной: позволяет увеличить стабильность путей при эксплуатации грузовых локомотивов, поездов, уменьшается износ рельсов и колёсных пар (до 94 %), повышается скорость движения, при этом не требуется модернизация подвижного состава.

Изначально ширина Российской колеи составляла 1524 мм и впервые использовалась при постройке Николаевской железной дороги (сер. 19 века). Бытует множество мнений, почему была принята именно такая величина:

переняли американский опыт в ходе сотрудничества с консультантами из США (в то время такая ширина колеи была популярна в южных штатах);

предложение русских инженеров, которые посетили Америку перед началом строительства Николаевской жд.

военный аспект: другая ширина колеи затруднила бы транспортировку военного обеспечения войскам противника из Европы в Россию.

Разная ширина колеи не препятствует пассажирским и грузовым перевозкам. При пересечении границы поезда переставляют на новые колёсные пары, которые соответствуют установленной ширине колеи (1435 мм или 1520 мм).

Остальные материалы:

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 (рис. 2.12). 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 1520 мм с допусками в сторону уширения 8 мм и в сторону сужения 4 мм. До 1972 г. нормальной на наших дорогах считалась ширина колеи 1524 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 5 мм выше другой.

При сооружении пути стыки на обеих рельсовых нитях располагают точно один против другого по наугольнику, 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.

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.

Максимальное допускаемое возвышение наружного рельса 150 мм.

Установлены следующие нормы ширины колеи в кривых.

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 – две параллельные рельсовые нити, уложенные на основании (шпалы, брусья, блоки) и закрепленные на определенном расстоянии друг от друга. Назначение рельсовой колеи (РК) – направление колес подвижного состава при движении на прямых и криволинейных участках. К основным параметрам РК относятся: ширина колеи, положение рельсовых нитей по уровню и подуклонка рельсов. Важнейшим параметром является ширина колеи- расстояние между рабочими гранями головок рельсов, измеренное в расчетной плоскости наиболее вероятных контактов головок рельсов с рабочими гранями гребней колес (ок. 13 мм ниже поверхности катания головок рельсов). В период подготовки к строительству Петербург-Московской железной дороги принято решение об установлении единой ширины колеи на рос. ж. д., равной 5 футам, что соответствует 1524 мм; хотя на первой в России Царскосельской дороге ширина колеи была 6 футов или 1829 мм, а на Сахалине – 1067 мм.
На большинстве ж. д. стран Европы ширина колеи равна 1435 мм, в Центральной и Южной Америке от 1676 до 1435 мм, в Китае в основном 1435 мм, в Индии 1676-1667 мм, Японии 1435-1067 мм, Африке 1676 мм, Австралии 1600-1087 мм. Приведенные размеры РК обычно называют широкой колеей. Узкая колея по европейским стандартам имеет ширину 600, 750, 1000 мм, хотя на практике на узкоколейных ж. д. ширина колеи составляет от 420 до 1000 мм. В целом на земном шаре 62% длины ж.-д. сети имеют колею 1435 (1430) мм, 10% – 1524 (1520) мм, 6% – 1675 мм, 8% -1067 мм, 9% – 1000 мм, 5% – менее 1000 мм.
Параметры РК непосредственно связаны с размерами колесных пар, важнейшими из которых являются: ширина колесной пары (расстояние между рабочими гранями гребней колес в расчетной плоскости) q, величина насадки колес (расстояние между внутренними гранями колес) Т, толщина гребней колес в расчетной плоскости h, ширина колеса а (рис. 3.76). Ширина колесной пары равна: q = Т + h\ + Л2 + 2ц + е; здесь е учитывает изменение ширины колесной пары при упругом ее изгибе под нагрузкой (у загруженных вагонов сужение составляет 2-4 мм, у локомотивов уширение – 1 мм). Ширина колесной пары меньше ширины колеи. На прямой между рельсовыми нитями и гребнями колес образуются зазоры, обеспечивающие возможность «виляющего» движения колесной пары. С уменьшением зазора до оптимального значения уменьшается поперечное воздействие подвижного состава на путь. При очень малых зазорах увеличивается сопротивление движению поезда. Допускается минимальный зазор 7 мм для локомотивов и 5 мм для грузовых вагонов, оптимальный размер составляет соответственно 14 и 12 мм, а максимальный -31 и 29 мм. Виляющему движению колесной пары способствует коничность поверхности катания колес. Рельсы также ставят не вертикально, а с наклоном V20 внутрь колеи.

На основе научных исследований, а также учета зарубежного опыта в 1970 г. в России было принято решение перейти на уменьшенную ширину колеи 1520 мм. Исследования показали, что при ширине колен 1520 мм с уменьшением зазора до оптимального значения 14 мм для локомотивов и 12 мм для вагонов поперечные силовые воздействия колес подвижного состава на путь уменьшаются до 94%. Наименьшее сопротивление движению также оказалось при ширине колеи 1520 мм. Допускаемые отклонения ширины колеи от нормы приняты не более +8 (по уширению) и – 4 мм (по сужению), а на участках, где установлены скорости движения 50 км/ч и менее, – не более +10 и -4 мм. В соответствии с приказом МПС № 6 Ц ширина колеи менее 1512 мм и более 1548 мм не допускается. При ширине колеи менее 1512 мм возможно заклинивание колесной пары с максимальными ее размерами в расчетной плоскости. При ширине колеи более 1548 мм возникает опасность провала колес внутрь колеи, когда колесо покатится по головке рельса той частью бандажа, которая имеет коничность 1/7 (а не 1/20-го) – при этом возникнет дополнительное распирание колеи и при плохом состоянии пути рельс может быть отжат наружу.
Положение рельсовых нитей по верху головок рельсов на прямых участках должно быть в одном уровне; разрешаются отклонения ± 6 мм. Допускается на всем протяжении прямых участков содержать одну рельсовую нить на 6 мм выше другой. На двухпутных линиях выше ставят наружную (бровочную) нить, так как она менее устойчива, чем междупутная; на однопутных – через каждые 4-5 лет меняют нить, расположенную выше другой (для меньшего ослабления концов шпал из-за перешивок). Отклонения от нормативного положения рельсовых нитей как по ширине колеи, так и по уровню не должны превышать 1 мм; на 1 м длины пути при скоростях движения до 140 км/ч и 1 мм на 1,5 м при скоростях более 140 км/ч.
Подуклонкой рельсов называют их наклон внутрь колеи по отношению к верхней плоскости (постели) шпал. Подуклонка 1:20 соответствует коничности основной поверхности катания колес. Подуклонка обоих рельсов в прямых, а наружных рельсов в кривых участках должна быть не менее 1:60 и не более 1:12, а внутренней нити в кривых при возвышении наружного рельса св. 85 мм -не менее 1:30 и не более 1:12. На деревянных шпалах подуклонка рельсов обеспечивается, как правило, укладкой клинчатых подкладок, а на железобетонных основаниях – наклоном опорной подрельсовой площадки шпал или блока.
При движении подвижного состава в кривых появляются дополнительные поперечные силы – центробежные, направляющие, боковые, рамные. Поэтому РК в кривых пути имеет следующие особенности: уширение колеи при радиусе кривой менее 350 м и укладка контррельсов в необходимых случаях, возвышение наружного рельса, устройство переходных кривых, укладка укороченных рельсов на внутренней нити, увеличение расстояний между смежными путями.
Различают минимальную, оптимальную и максимальную ширину колеи в кривых. Минимально допустимая ширина колеи должна обеспечивать техническую возможность вписывания в кривые экипажей с большой жесткой базой. При оптимальной ширине колеи имеет место свободное вписывание массовых экипажей (вагонов). Максимальная ширина колеи определяется из условия надежного предотвращения провала колес подвижного состава внутрь колеи. В соответствии с приказом МПС РФ № 6 Ц от 6.03.96 установлен номинальный размер ширины колеи между внутренними гранями головок рельсов на прямых участках и в кривых радиусом 350 м и более 1520 мм, при радиусах 349-300 м -1530 мм (в т. ч. на железобетонных шпалах -1520 мм), при радиусах 299 м и менее -1535 мм.
На участках ж. д., где комплексная замена рельсошпальной решетки не проводилась, допускается на участках пути с деревянными шпалами в прямых и кривых радиусом более 650 м номинальная ширина колеи 1524 мм. При этом на более крутых кривых принимается ширина колеи: при радиусе 649-450 м – 1530 мм, 449-350 м – 1535 мм, 349 и менее -1540 мм. Допускаемые отклонения от номинальных размеров не должны превышать по уширению +8 мм и по сужению – 4 мм при скорости 50 км/ч и более; соответственно +10 и -4 мм – при скорости менее 50 км/ч. При отводе уширения колеи уклон должен быть не круче 1 мм/м.
При проходе подвижного состава по кривым возникают центробежные силы, стремящиеся опрокинуть экипаж наружу кривой. Это может произойти лишь в исключительных случаях. Однако центробежная сила неблагоприятно действует на пассажиров, вызывает боковое воздействие на путь, перераспределение вертикальных давлений на рельсы обеих нитей и перегруз наружной нити, что приводит к усиленному боковому износу рельсов и гребней колес. Кроме того, возможны раскантовка рельсов, уширение колеи или поперечный сдвиг рельсошпальной решетки, т. е. расстройство положения пути в плане. Во избежание указанных явлений устраивают возвышение наружной рельсовой нити над внутренней. Возвышение наружного рельса рассчитывается исходя из двух требований: обеспечения одинакового давления колес на наружную и внутреннюю рельсовые нити, а следовательно, одинакового вертикального износа обоих рельсов; обеспечения комфортности езды пассажиров, характеризуемой допускаемым непогашенным центробежным ускорением. По нормам МПС допускаемая величина непогашенного ускорения составляет для пассажирских поездов 0,7 м/с2 (в отдельных случаях с разрешения МПС – 1 м/с2), а для грузовых поездов – +0,3 м/с2. Возвышение наружного рельса устраивается в кривых радиусом 4000 м и менее. В основу расчета положено стремление обеспечить равенство поперечных составляющих центробежной силы и веса экипажа G, т. е. Lcosoc = Gsinа (рис. 3.77). Это достигается изменением угла наклона а расчетной плоскости к горизонту или возвышением наружного рельса.

Величина возвышения (в мм) определяется по формуле: Л= 12,5Vприв2/R, где Vприв – приведенная скорость поездопотока, км/ч; R – радиус кривой, м. Приведенная скорость поездопотока где О, – масса поезда данного вида, т брутто; щ – суточное количество поездов каждого вида; Vlcp – средняя скорость движения поездов каждого вида в кривой (по скоростемерным лентам). Величина возвышения также проверяется из условия комфортности по формуле: hmm = (i2,5Vlaxnac/R-U5, где hmm – минимальное расчетное возвышение наружного рельса, мм; Vmax пас – максимальная допускаемая скорость пассажирского поезда, км/ч; R – радиус кривой, м; 115 – величина допускаемого максимального недовозвышения наружного рельса с учетом нормы непогашенного ускорения 0,7 м/с2. Из полученных по формулам величин возвышения принимается большая и округляется до значения, кратного 5. Максимальная величина возвышения на сети ж. д. РФ – 150 мм. Если по расчету получается ббльшая величина, то принимают 150 мм и ограничивают скорость движения в кривой до

Обычно возвышение наружного рельса устраивают его поднятием путем увеличения толщины балласта под наружной рельсовой нитью. Однако в ряде случаев целесообразно поднять наружную нитку на V2 расчетного возвышения и на такую же величину опустить внутреннюю нитку. В этом случае улучшается комфортность езды пассажиров и уменьшаются динамические воздействия на путь.
Переходные кривые обеспечивают плавное возрастание центробежной силы при переходе подвижного состава из прямой в круговую кривую или из круговой кривой одного радиуса в кривую другого (меньшего) радиуса. Кроме того, в пределах переходной кривой устраивают отвод возвышения наружного рельса и отвод уширения колеи (при радиусе менее 350 м). Плавное возрастание центробежной силы обеспечивается плавным изменением радиуса от бесконечности до величины радиуса круговой кривой. Этому условию наиболее удовлетворяет радиоидальная спираль (клотоида) или ее ближайшее приближение – кубическая парабола. Длина переходной кривой определяется рядом условий, которые можно разделить на 3 группы. Первая группа требует наибольшей длины переходной кривой, связана с отводом возвышения наружного рельса: предотвратить сход колес с рельсов внутренней нити, ограничить вертикальную составляющую скорости подъема колеса на возвышение, ограничить скорость нарастания непогашенной части центробежного ускорения. Вторая группа связана с наличием зазоров между гребнями колес и рельсовыми нитями, а также с потерей кинетической энергии при ударе колеса первой оси о рельс наружной нити. Третья группа учитывает необходимость обеспечения практической возможности разбивки переходной кривой на местности и дальнейшего исправного ее содержания.
На новых скоростных линиях, а также линиях I и II категорий длины переходных кривых /0 определяют из условия: /0 = = /штах/100, где h – возвышение наружного рельса (мм), a vm3LX – скорость движения (км/ч) наиболее быстроходного поезда в данной кривой. В соответствии с СТН Ц-01-95 уклон отвода возвышения наружного рельса обычно принимают не более 1 %о, а в трудных условиях на особогрузонапряженных линиях и на линиях III и IV категорий – не более 2%о, на подъездных путях – 3%>. Длины переходных кривых находятся в пределах от 20 до 180 м с интервалами между ними 10 м (зависят от категории линии и скоростей движения поездов по кривым). Различают следующие способы разбивки переходных кривых’ способ сдвижки круговой кривой вовнутрь, способ введения дополнительных круговых кривых меньшего радиуса, чем радиус основной кривой; способ смещения центра кривой и изменение радиуса.
В связи с тем, что на ж. д. РФ принято расположение стыков по наугольнику, каждый рельс внутренней нити кривой должен быть короче соответствующего наружного рельса. Допуская некоторое несовпадение стыков по наугольнику, устанавливают несколько типов стандартных укорочений рельсов: 40, 80 и 120 мм для рельсов длиной 12,5 м и 80 и 160 мм для 25-метровых рельсов. Количество и порядок укладки укороченных рельсов рассчитывают в зависимости от радиуса кривой, угла ее поворота, длины и параметра переходных кривых. Полное укорочение на переходной (21К) и круговой (кк) кривой определяется формулами:

Где S – расстояние между осями рельсов, 1,6 м; /0 и /кк - соответственно длины переходной и круговой кривой, м; С – параметр переходной кривой, м2. Расчетное (стандартное) укорочение каждого внутреннего рельса по отношению к наружному 25-метровому: ^CI = S-2b/R. Величина фактического укорочения принимается стандартной или близкой к ней (но не меньше стандартной).
На двухпутных линиях для обеспечения безопасности движения поездов по условиям габарита расстояние между осями путей должно быть увеличено. Это увеличение осуществляют двумя способами. В первом случае на прямой перед переходной кривой вводится дополнительная S-образная кривая, за счет которой сдвигается ось пути (рис. 3.78,а). Недостаток способа – появление двух дополнительных кривых с каждой стороны основной кривой. Второй способ {разных сдвижек) предпочтительнее; состоит в том, что длина и параметр переходной кривой внутреннего пути принимаются больше, чем наружного, сдвижка внутреннего пути будет больше, чем наружнопо (рис. 3.78,6). Требуемое уширение междупутья определяют расчетом или по таблицам.

1.5.

Рельсовая колея ж/д пути

Взаимодействие пути и подвижного состава. Рельсовой колеей называют расстояние между внутренними рабочими гранями головок рельсов, изме­ ренное на 15 мм ниже поверхности катания (на уровне контакта колеса сголовкой рельса). Основным условием при устройстве рельсовой колеи яв­ ляется обеспечение безопасности движения поездов с установленными ско­ ростями. Устройство рельсовой колеи, ее размеры и величины допускаемых отклонений от норм зависят от устройства ходовых частей подвижного со­ става и, в свою очередь, влияют на их конструкцию, размеры и допуски. Особенности ходовых частей подвижного состава следующие:

- наличие у колес гребней (рис. 1.78);

- глухая насадка колес на ось;

- постоянство расстояний междувнут­
ренними гранями колес;

- параллельность осей;

- коничность поверхности катания.

Гребни необходимы для того, чтобы на­ правлять движение колес по рельсу и пре­пятствовать сходу.

Глухая насадка колеса на ось, при которой колесо вращается вместе с осью, исключает износ ступицы колеса и подступичной части оси и благодаря это­ му не допускается наклонное положение колеса, опасное для движения.

Постоянство расстояний между внутренними гранями колес всех осей необходимо для обеспечения безопасности движения подвижного состава по колее. Расстояние между рельсовыми нитями колеи постоянно и состав­ ляет 1520 мм. При такой ширине колеи расстояние между внутренними гра­нями колес составляет 1440 мм с допусками ±3 мм и называется насадкой

(см. рис. 1.78). Для подвижного состава, следующего в поездах со скоростя­ми более 140 км/ч, допуски +3, -1 мм.

Параллельность осей необходима для избежания перекоса осей и провала колес внутрь колеи. Для обеспечения параллельности оси объединяют жест­кой рамой. Расстояние между крайними осями, остающимися параллельны­ ми придвижении как в прямых, так и в кривых участках пути, называют

жесткой базой экипажа. Расстояние между крайними осями экипажа - пол­ной колесной базой (рис. 1.79).

Чем длиннее жесткая база, тем слож­ нее движение экипажа в кривых. Для об­ легчения вписывания в кривые вагоны, тепловозы и электровозы при количестве осей больше трех, располагают на тележ­ ках, объединяющих две или три оси. Жест­ кой базой экипажа будет расстояние меж­ ду крайними осями тележки (см. рис. 1.79).Коничность поверхности катания обеспечивает более равномерный износ колес и головки рельса вследствие по­ перечных перемещений колеса при ви­ лянии экипажа с коническими колеса­ ми в прямых участках пути. Колесо катится по рельсу преимущественно ча­ стью поверхности катания с наклоном 1:20, которая поэтому изнашиваетсязначительно больше, чем часть, имею­ щая наклон 1:7 (пис. 1.80). Пои одно-

Образномнаклоне поверхности в 1:20 неравномерность износа привела бык быстрому образованию местного седлообразного износа (желоб). Проход по крестовине, переход с рамного рельсана остряк и обратно при наличии желобчатого износа колес сопровождается резкими толчками и ударами. Наклон в 1:7 способствует равномерному износу поверхности катания. На рис. 1.80 показано пунктиром и препятствует желобчатому износу. Наклон 1:7 и фаска 6:6 создают также благоприятные условия для перекатыванияколеса с прижатого остряка на рамный рельс и обратно. Толщина гребня колес допускается по ПТЭ (табл. 1.6).

Таблица 1.6

Ширина колеи в прямых участках. Нормальная ширина колеи в пря­ мых участках и кривых радиусом 350 м и более между внутренними граня­ми головок рельсов должна быть 1520 мм (ПТЭ, п. 3.9). Величины откло­нений не должны превышать по сужению -4 мм, по уширению +8 мм, на участках со скоростями 50 км/ч и менее допуски -4 мм, +10 мм. Следова­тельно, ширина колеи колеблется от 1530 мм до 1516 мм. Для того, чтобыисключить заклинивание колес подвижного состава в колее, при котором

77

Из таблицы видно, что максимальный зазор для локомотивов 39 мм, а минимальный 7 мм. Для вагонов соответственно 29 и 5 мм.Чем больше за­зор, тем больше виляние подвижного состава в прямых и тем сильнее боко­ вые удары гребней при набегании на рельсы. При меньших зазорах движе­ ние происходитболее плавно . Именно это определило нормальную ширину колеи 1520 мм (уменьшение на 4 мм по сравнениюс ранее существующей).

Верх головок рельсов обеих рельсовых нитей пути на прямых участках должен быть в одном уровне. Разрешается на прямых участках пути содер­ жать одну рельсовую нить на 6 мм выше другой на всем протяжении прямо­го участка. При возвышении одной рельсовой нити на 6 мм, экипаж немно­го наклоняется и от этого наклона появится боковая сила, которая будет слегка прижимать колеса к пониженной нити и затруднять их виляние и дви­жение подвижного состава будетболее плавным .

Устройство рельсовой колеи в кривых участках. Для того, чтобы облег­ чить вписывание подвижного состава в кривые и прохождение по ним, рель­ совая колея в кривых имеет следующие особенности:

- уширение колеи при радиусах менее 350 м:

- возвышение наружного рельса над внутренним рельсом;

- переходных кривых в местах сопряжения прямых участков с кривыми;

- укороченные рельсы на внутренних рельсовых нитях;

Увеличенные расстояния между путями при наличии двух и более путей.
Ширина колеи в кривых. Уширение рельсовой колеи в кривых делают

Для того, чтобы подвижной состав с длинной жесткой базой мог проходить по кривым без заклинивания колесных пар. Правила технической эксплуа­ тации (ПТЭ, п. 3.9) устанавливают ширину колеи в кривых участках путипри радиусе

От 349 до 300 м...............................................................................1530 мм

От 299 м и менее.............................................................................1535 мм

На участках железнодорожных линий, где комплексная заменарельсош-пальной решетки не производилась, допускается на прямых и кривых учас­ тках пути радиусом более 650 м номинальный размер колеи - 1524 мм. Приэтом на более крутых кривых ширина колеи принимается:

При радиусе

От 650 до 450 м...............................................................................1530 мм

От 499 до 350 м...............................................................................1535 мм

От 349 м и менее.............................................................................1540 мм

Допуски на кривых участках так же, как на прямых, не должны превы­ шать по сужению -4 мм, по уширению +8 мм. Ширина колеи менее 1512 мм и более 1548 мм не допускается. Переход от уширенной колеи к нормальной делается в пределах переходной кривой с отводом 1 мм/м.

Вписывание подвижного состава в кривую может быть свободное, зак­ линенное и принудительное. Наиболее благоприятно для взаимодействия подвижного состава и путисвободное вписывание в кривую жесткой базы локомотива или вагона (рис. 1.82). При свободном вписывании гребень од­ного колеса передней оси прижат к наружной рельсовой нити и направляет движение экипажа, а гребень задней оси касается внутренней рельсовой нити, при этом задняя ось располагается по радиусу кривой. В этом случае жест­ кая база располагается в рельсовой колее совершенно свободно.

Наиболее неблагоприятным являетсязаклиненное вписывание (рис. 1.83),при котором наружные колеса упираются гребнями в наружную рельсовую нить, а внутренние колеса упираются во внутреннюю рельсовую нить. Закли­ненное вписывание не допускают, так как оно сопровождается значительнымувеличением сопротивления движению поездов, чрезмерным износом греб-