Изменения

Перейти к навигации Перейти к поиску

Рельс (просмотреть исходный код)

Версия 16:30, 26 августа 2017

33 648 байт добавлено ,  16:30, 26 августа 2017
Нет описания правки
Строка 1: Строка 1:  +
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.).
   −
== Текст заголовка ==
+
[[Категория:Верхнее строение пути]]
−
 
  −
 
  −
иииии
  −
 
  −
 
  −
 
  −
== Текст заголовка ==
  −
 
  −
тттт
 
Анонимный участник
Источник — https://wikirail.ru/wiki/Служебная:Сравнение_версий/9

Навигация