Изменения
Перейти к навигации
Перейти к поиску
Строка 1:
Строка 1:
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
− == Текст заголовка ==+
−
−
− иииии
−
−
−
− == Текст заголовка ==
−
− тттт
Нет описания правки
РЕЛЬСЫ — стальные балки специального сечения, укладываемые на шпалы или другие опоры для образования, как правило, двухниточного пути, по которому перемещаются ж.-д. подвижной состав (в т. ч. городской - трамвай и метрополитен), специализированный состав в шахтах и карьерах, крановое оборудование. Иногда используется один рельс (например, в монорельсовых дорогах, для перемещения кран-балки). Рельсы соединяют между собой в стыках специальными скреплениями или сваркой (бесстыковой путь).
Рельсы являются основным элементом верхнего строения пути, предназначены непосредственно воспринимать и передавать нагрузки от колес подвижного состава на подрельсовые опоры, направлять колеса подвижного состава, а также служат электрическими проводниками на участках с автоблокировкой и электротягой.
Они должны быть достаточно прочными (сталь), иметь большие моменты инерции и сопротивления, чтобы возникающие в них напряжения изгиба и кручения не превышали
допустимые значения, долговечными (должны иметь высокую твердость, износостойкость и вязкость), обладать высокой контактно-усталостной выносливостью.
За историю существования железных дорог рельсы прошли долгую эволюцию от чугунных до железных и, наконец, стальных.
Форма рельсов также претерпевала изменения: известны уголковые, грибовидные, двухголовые, широкоподошвенные рельсы. На мировой сети ж. д. повсеместно применяются только широкоподошвенные рельсы. Профиль широкоподошвенных рельсов обеспечивает необходимое сопротивление их изгибу в вертикальном и горизонтальном направлениях, наибольший запас металла в головке на износ (в зоне контакта с колесами), наибольшее сопротивление скручиванию и опрокидыванию при передаче колесами рельсам поперечных горизонтальных сил. Форма головки, шейки, подошвы, радиусы сопряжения определяются условиями эксплуатации, в т. ч. уровнем осевых нагрузок, скоростями движения, грузонапряженностью, а также принятой технологией изготовления.
При схожей форме широкоподошвенных рельсов их мощность определяется массой одного погонного метра и качеством рельсовой стали. На ж. д. США, Канады, где типовые грузовые вагоны имеют осевые нагрузки 30-35 тс/ось, масса большинства укладываемых в путь рельсов составляет 65,53-69,40 кг/м. На ж. д. Западной Европы при вагонных нагрузках 22,5—25,0 тс/ось на боль-
шинстве магистральных линий применяется
рельс ЩС60 массой 60,34 кг/м. В качестве
основного рельса на дорогах России при не-
больших допускаемых осевых нагрузках ва-
гонов 23,5-24 тс/ось, учитывая, что большая
часть протяженности ж.-д. сети эксплуатиру-
ется в суровых климатических условиях, при-
нят типовой рельс Р65 (масса 64,72 кг/м).
Рельсы стандартной длины, выпускаемые для
укладки в звеньевой путь, около своих концов
имеют на шейке обычно по три отверстия для
обеспечения стыкования с помощью «клинча-
тых» накладок, охватывающих смежные рель-
сы с двух сторон и соединенных между собой
стыковыми болтами. Для возможности удли-
нения (при нагревании) или укорочения (при
понижении температуры относительно уклад-
ки) рельса диаметры стыковых болтов дела-
ются меньше диаметров отверстий в рельсах,
что позволяет изменять величину стыкового
зазора обычно от нуля до 21-23 мм. Зазоры
больших размеров приводят к резкому уве-
личению воздействия колес подвижного со-
става. Стыковые накладки, стянутые болтами,
создают значительное сопротивление переме-
щению рельса, достигающее по одной рель-
совой нити 200-250 кН. Для его преодоления
и начала перемещения концов рельсов (с со-
ответствующим изменением величины стыко-
вого зазора) необходимо нагревание (или ох-
лаждение) рельса на 10—12 °С.
Стыки являются «слабым» местом ж.-д.
пути, т. к. помимо необходимости в добавоч-
ных элементах (накладках, болтах, гайках и
др.) в зоне стыка имеется добавочное дина-
мическое воздействие на путь подвижного со-
става. В целях уменьшения числа стыков на
протяжении всей истории существования ж. д.
(и одновременного совершенствования завод-
224
ских технологий) во всех странах проводи-
лось увеличение длины стандартных рельсов.
Например, на дороге Санкт-Петербург-Мос-
ква при ее постройке в 1851 г. были уложены
рельсы длиной 5,49 м; в 1892 г. в России
стандартным стал рельс длиной 10,67 м, за-
тем - 12,5 м; позже - 25 м. В Германии и
Австрии от стандартной длины рельса 15 м
перешли к длинам 30 и 60 м. В Англии, Ита-
лии, Франции, Швейцарии в дополнение к
стандартной длине рельса 18 м введена длина
36 м. В США вместо стандартной длины
11,89 м стали применять рельсы удвоенной
длины 23,78 м.
Переход от звеньевого к бесстыковому пу-
ти проходил с постепенным удлинением свар-
ных рельсовых плетей. На дорогах России
(и в ряде зарубежных стран) еще большая
часть бесстыкового пути представляет собой
сварные плети длиной 250-800 м, между ко-
торыми уложены 3—4 уравнительных рельса
длиной по 12,5 м. Следующим этапом совер-
шенствования этой конструкции является лик-
видация уравнительных рельсов с удлинением
сварных плетей до размеров блок-участка
B,5—3 км), где на первом этапе приходилось
укладывать 4 уравнительных рельса с изоли-
рующим стыком посередине участка.
В последнее время широко внедряется бес-
стыковой путь, не имеющий уравнительных
рельсов. Существуют два основных варианта
такой конструкции. В первой, получившей
наибольшее распространение на ж. д., рель-
совые плети длиной, равной длине блок-уча-
стка, соединяются между собой мощными
электроизолирующими стыковыми накладка-
ми. Вторая конструкция основана на приме-
нении непрерывных сварных плетей протя-
женностью от станции до станции (обычно
со сваркой стыков в зоне стрелочных пере-
водов и главного пути в пределах станции).
В последнем случае на границах блок-участ-
ков применяется т. н. тональная блокировка,
учитывающая различные частоты сигнального
тока в смежных сварных плетях.
Образование рельсовых плетей, равных
длине блок-участка (или всего перегона), про-
изводится в следующей последовательности.
На рельсосварочных предприятиях (РСП) из
рельсов стандартной длины (не имеющих бол-
товых отверстий) с помощью электроконтакт-
ной или газопрессовой сварки формируют
плети обычно длиной 800 м, которые на спе-
циальных поездах доставляют на перегонах
к месту укладки. После раскладки согласно
проекту их сваривают с помощью передвиж-
ных сварочных агрегатов в непрерывные рель-
совые нити заданной длины.
заводами, в зависимости от условий эксплуатации
разделяются на две категории - рельсы обыч-
ной длины (т. н. короткие) и удлиненные
рельсы. Рельсы обычной длины, уложенные
в путь, имеют по концам зазоры, размер ко-
торых достигает своего конструктивного мак-
симума (например, 21 мм) только при самой
низкой температуре зимой, а нулевых разме-
ров - при самой высокой температуре летом.
Под воздействием солнечных лучей макси-
мальная температура рельса (t$ax) выше тем-
пературы окружающего воздуха (t£ax) на ве-
личину At =15-20 °С; при расчетах обычно
принимают tf3* = ^g1** + 20 °С. Длинными рель-
сами принято называть такие, у которых летом
при температуре t'p, меньшей чем t^ax, вели-
чина стыкового зазора становится равной ну-
лю и торцы рельсов испытывают нажатие со-
седних рельсов, а зимой полное раскрытие
зазора происходит, когда температура еще не
достигает минимальной t™m. Так, отечествен-
ные стандартные рельсы типа Р65 длиной 25 м
в районах с небольшими годовыми темпера-
турными амплитудами для рельсов (Ггод), на-
пример в районе Новороссийска (^ах = 59 °С,
£™п = -24 "С, ГГОД = 83 °С), будут работать в
пути как рельсы обычной длины, а в Сибири,
ок. Читы а™ах = 59 °С, t™m = -52 °C, Ттл =
= 111 °С) эти же рельсы следует рассматри-
вать как длинные.
После смыкания зазора дальнейшее повы-
шение температуры приводит к образованию
в двух смежных рельсах больших продольных
сил N" . Расчетами и экспериментами уста-
новлены максимально допустимые величины
Nmax , превышение которых может привести
к потере устойчивости (выбросу) рельсо-
шпальной решетки. Поэтому длинные рельсы
(как и рельсы, сваренные в плети бесстыко-
вого пути) при проектировании ж.-д. пути
в конкретных условиях эксплуатации рассчи-
тывают на прочность и устойчивость (см. так-
же Бесстыковой путь).
В процессе эксплуатации происходит сни-
жение служебных свойств рельсов за счет из-
носа головки (особенно в кривых малых ра-
диусов и на тормозных участках); коррозии
подошвы; возникновения поверхностных и
внутренних дефектов в металле. Все это со-
кращает максимально допустимую норматив-
ную наработку пропускаемого по рельсам тон-
нажа; на прямых участках ж. д. России и
кривых радиусом более 1000 м тоннаж обыч-
но колеблется в пределах 600-700 млн. т брут-
то, в кривых участках пути радиусом 300-
1000 м тоннаж в 2-4 раза меньше. В целях
поддержания служебных свойств рельсов на
226
требуемом (для данных условий эксплуата-
ции) уровне, а также продления срока их
службы в пути, разработаны и широко приме-
няются следующие технические мероприятия.
Периодическое выравнивание головки пу-
тем шлифовки, фрезерования или строжки
ее поверхности с ликвидацией т. н. волнооб-
разного износа, который образуется при пе-
риодическом максимальном и минимальном
воздействии колес однотипного подвижного
состава на одних и тех же коротких участках
рельсовой колеи.
Профильная шлифовка рельсов специаль-
ными поездами, оборудованными вращающи-
мися абразивными кругами, с формированием
т. н. ремонтных профилей головки (в зави-
симости от формы износа рельса) для вос-
становления его первоначального проектного
очертания, удаления металла в зоне выкружки
головки, где имеются внутренние микротре-
щины, выравнивания поверхности катания.
Дозированная смазка (лубрикация) боко-
вой рабочей грани наружных рельсов в кри-
вых радиусом менее 500-600 м с применением
лубрикаторов — стационарных, а также уста-
новленных на локомотивах, дрезинах, ваго-
нах. При очень обильной смазке боковой из-
нос рельсов может быть сведен практически
к нулю (что и имеет место на эксперимен-
тальном замкнутом полигоне ВНИИЖТ,
ст. Щербинка). В этом случае сроки службы
рельсов в кривых Ж 500-600 м определя-
ются их одиночным выходом по дефектам
контактно-усталостного происхождения с об-
разованием (после определенной наработки)
трещин около рабочей выкружки головки, где
металл под воздействием колес работает в зоне
ограниченного предела выносливости. Экспе-
риментально установлено, что при определен-
ной (оптимальной) интенсивности износа го-
ловки микротрещины не успевают появ-
ляться, т. к. эта зона металла удаляется за
счет истирания рельса проходящими колесами
При этом максимум контактных напряжений
по мере нарастания бокового износа переме-
щается к середине головки, где усталостные
процессы в металле еще только начинают раз-
виваться. Для условий ж. д. России установ-
лены следующие величины износа головки
при R = 300-400 м - 0,05; # = 401-500 м -
0,04; R 2*500 м - 0,03. Если лубрикация от-
сутствует, то интенсивность бокового износа
в кривых указанных радиусов У&ж" > Y<x>io Де~
фекты контактно-усталостного происхожде-
ния не появляются, но боковой износ головки
быстро достигает разрешенного максимума.
Профильная шлифовка и дозированная луб-
рикация позволяют увеличить сроки службы
рельсов в пути в 1,5-2 раза.
Перекладка рельсов с заменой рабочего
канта. Широко применяется в кривых ради-
усом менее 500—550 м в тех случаях, когда
интенсивность бокового износа наружного
рельса УбоК больше (или равна) у^к- После
взаимного смещения наружной и внутренней
рельсовых нитей бывшие нерабочие канты
(обычно имеющие небольшой износ) становят-
ся после перекладки рабочими, что позволяет
использовать обе стороны головки рельсов.
В тех случаях, когда на внутренней рельсовой
нити в кривой обнаружены дефекты или имеет
место большое смятие головки, перекладка
наружного рельса на место внутреннего про-
изводится обычным порядком (со сменой ра-
бочего канта), но внутренний рельс для пе-
рекладки не используется (вместо него укла-
дываются новые рельсы).
Общие сроки службы рельсов определя-
ются объемами пройденного тоннажа: по но-
вым рельсам; по переложенным с заменой
рабочего канта, а также сняты при капиталь-
ном ремонте и переложенным на менее дея-
тельные пути (т. н. старогодные рельсы, или
рельсы второй укладки). Перед вторичным
использованием снимаемые при капитальных
ремонтах рельсы первой укладки направля-
ются на рельсосварочные предприятия (РСП)
для комплексного оздоровления. В РСП после
рассортировки и дефектоскопирования, обрез-
ки изгибных концов, сварки «коротышей» в
рельсы стандартной длины производится об-
работка головки (строжкой, фрезерованием,
шлифовкой) с целью удаления неровностей
и придания головке рельса проектного очер-
тания. После обработки рельсы типа Р65 мо-
гут укладываться отдельными звеньями или
плетями длиной до 800 м на главных путях
с грузонапряженностью, как правило, 15—
40 млн. т брутто и максимальными скоростя-
ми не выше 100 км/ч. На скоростных линиях
укладываются только новые рельсы, сварен-
ные в плети бесстыкового пути.
В процессе эксплуатации новых рельсов
после наработки обычно 300-400 млн. т брут-
то, если не проводилась периодическая про-
фильная шлифовка, начинается одиночный
выход рельсов по дефектам, появляющимся
обычно в зоне стыков, местах некачественной
сварки, за счет глубоких «пробуксовин» (при
проскальзывании колес локомотивов на кру-
тых подъемах); появляются также внутренние
дефекты в головке при наличии в метал-
ле скоплений неметаллических включений.
Обычно к моменту назначения очередного ка-
15*
питального ремонта пути со сплошной сменой
рельсов (при наработке 650-750 млн. т брут-
то) из 80 штук 25-метровых рельсов дефек-
тоскопированием и другими техническими
приемами на 1 км пути обнаруживаются 2-4
остродефектных рельса, имеющих неметалли-
ческие включения, как правило, превышаю-
щие разрешенные нормативы. Такие рельсы
подлежат немедленной замене, т. к. возможен
их сквозной излом под проходящим поездом.
Дефект в головке рельса типовые дефекто-
скопы (установленные на вагонах, дрезинах,
съемных тележках) обычно обнаруживают,
когда площадь внутренней трещины достигает
не менее 9-12% от всей площади сечения го-
ловки. Излом рельса под поездом может про-
изойти, если площадь дефекта составляет при
температуре рельса до минус 15-20 °С 25-
30% площади всей головки; при очень низких
температурах (достигающих на дорогах Си-
бири до -50 °С) излом возможен при меньшем
(в 1,5-1,8 раза) размере дефекта.
Контрольными измерениями на специаль-
ных стендах установлено, что значительное
число рельсов, удаленных из пути при их
сплошной смене (после пропуска норматив-
ного тоннажа), имеют в головке внутренние
дефекты, но их площадь меньше разрешаю-
щей способности типовых дефектов. Если эти
рельсы (без сортировки и профильной обра-
ботки головки в РСП) уложить в путь на
менее деятельной линии, то под воздействием
колес подвижного состава происходит даль-
нейшее развитие внутренних дефектов и уже
после пропуска тоннажа 50-100 млн. т брутто
часть из них может быть обнаружена. В ре-
зультате потребуется одиночное изъятие зна-
чительного числа рельсов, ставших остроде-
фектными. В этой связи в РСП при обработке
головки рельса ей придается т. н. ремонтный
профиль, при котором колеса проходящих по-
ездов будут взаимодействовать с той поверх-
ностью рельса, где металл не потерял уста-
лостную прочность.
Качество рельсовой стали определяется ее
химическим составом, а также микро- и мак-
роструктурой. С увеличением содержания в
стали углерода повышается общая прочность
рельсов при изгибе, твердость и износостой-
кость. Марганец увеличивает твердость, из-
носостойкость и вязкость рельсовой стали, а
кремний - твердость и износостойкость. Фос-
фор и сера - вредные примеси. При низких
температурах рельсы с большим содержанием
фосфора становятся хрупкими, а серы - крас-
ноломкими (образуются трещины при прокате
рельсов). Мышьяк несколько повышает ус-
талостную прочность и ударную вязкость
рельсов при незначительном снижении твер-
дости и износостойкости. Ванадий, титан, цир-
коний - микролегирующие и модифицирую-
щие добавки, улучшающие структуру и ка-
чество стали.
Сталь для рельсов должна иметь чистое,
однородное, плотное мелкозернистое строе-
ние; ее выплавляют мартеновским и кисло-
родно-конвертерным способом. Мартенов-
скую сталь варят в печах (вместимостью 180—
500 т) в течение нескольких часов, а кисло-
родно-конвертерную — в конвертерах (вме-
стимостью 100-300 т) в течение нескольких
десятков минут. Применяется объемная за-
калка всего рельса в масле, а также поверх-
ностная закалка головки токами высокой ча-
стоты с охлаждением воздушной и водовоз-
душной смесью.
Требования к рельсам регламентированы
Государственными стандартами, в которых
приводятся геометрические размеры рельсов,
допуски и другие показатели. Так, для оте-
чественных рельсов значения временного со-
противления на растяжение должны быть не
менее: 1170 МПа (объемнозакаленные рельсы
первого класса), 1100 МПа (второго класса)
и 860-900 МПа (незакаленные рельсы). Объ-
емнозакаленные рельсы имеют срок службы
в 1,3—1,5 раза выше, чем обычные.
Условия эксплуатации рельсов на дорогах
Сибири и Дальнего Востока существенно
сложнее, чем в Европейской части России.
Для этих дорог созданы и внедряются рельсы
повышенного качества низкотемпературной
надежности типа Р65. Это объемнозакаленные
рельсы I группы, изготовляемые из вана-
дий-ниобий-боросодержащей стали с исполь-
зованием для легирования азотированных
ферросплавов. Для этих рельсов используется
электросталь, производимая в дуговых печах.
При температуре -60 °С рельсы из электро-
стали выдерживают ударные нагрузки, вдвое
большие, чем рельсы из мартеновской стали.
В настоящее время в России и за рубежом
ведутся разработки рельсов, не имеющих ме-
таллических включений, с низким уровнем
остаточных напряжений (после проката и
правки на заводе) и прочностными характе-
ристиками, исключающими появление дефек-
тов контактно-усталостного происхождения.
Все рельсы заводского производства имеют
маркировку, выкатанную (выпуклую) на шей-
ке по длине рельса (примерно через 2—3 м),
в которой указан завод-изготовитель, месяц
и год прокатки, тип рельса, а также поряд-
ковый номер рельса от головной части слитка.
На торце рельса ставят клейма ОТК, инс-
пектора-приемщика и номер плавки стали, по-
228
зволяющий установить, к какой группе (по
качеству стали) относится рельс. Помимо ос-
новной заводской маркировки, указывающей
соответствие рельсов требованиям стандартов,
производится дополнительная маркировка,
выполненная краской, отмечающая особенно-
сти каждого отдельного рельса (в т. ч. уко-
рочение, сорт И Т. Д.).
[[Категория:Верхнее строение пути]]