Изменения
Перейти к навигации
Перейти к поиску
Нет описания правки
Строка 1:
Строка 1:
+== Текст заголовка ==+
−
−иииии
−
−
−
−== Текст заголовка ==
−
−тттт
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]]
−