Текст
С. В. АМЕЛИН, Л. М. ДАНОВСКИЙ
A- ei.
ПУТЬ
И ПУТЕВОЕ ХОЗЯЙСТВО
Под редакцией заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, д-ра техн, наук проф. С. В. Амелина
ИЗДАНИЕ ТРЕТЬЕ. ПЕРЕРАБОТАННОЕ
Утверждено
Главным управлением учебными заведениями МПС в качестве учебника для студентов вузов железнодорожного транспорта
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ТРАНСПОРТ»
Москва 1972
УДК 625.1 4-625.17
Путь и путевое хозяйство. Амелин С. В., Дановский Л. М. Изд. 3-е, перераб. и доп. М., «Транспорт», 1972, стр. 1—216.
В книге даны основы устройства железнодорожного пути и ведения путевого хозяйства. Описаны конструкции верхнего и нижнего строений пути, соединений и пересечений рельсовых путей; изложены расчет и проектирование рельсовой колеи, расчеты основных конструкций железнодорожного пути; приведены краткие сведения по организации и механизации содержания и ремонта пути.
Утверждено Главным управлением учебными заведениями МПС в качестве учебника для студентов вузов железнодорожного транспорта и может служить пособием для инженерно-технических работников путейцев.
Табл. 29, рис. 156, библ. 26.
3-18-2
Г51т72~
От авторов
Настоящий курс представляет собой изложение основ устройства железнодорожного пути и ведения путевого хозяйства. Он предназначен для студентов эксплуатационной и экономической специальностей институтов железнодорожного транспорта.
Первое издание рассматриваемого курса вышло в свет в 1962 г., а второе — в 1967 г.
В третьем издании учтены замечания кафедр транспортных высших учебных заведений, ведущих подготовку инженеров эксплуатационной и экономической специальностей, внесены изменения, связанные с последними достижениями науки, техники и производственной деятельности в области пути и путевого хозяйства.
Настоящее издание учебника было прорецензировано доц. канд. техн, наук И. Я. Туровским и инж. С. И. Финицким и рассмотрено на заседании кафедры «Путь и путевое хозяйство» МИИТа под руководством заслуженного деятеля науки и техники, д-ра техн, наук проф. Г. М. Шахунянца.
Рецензентам и коллективу этой кафедры авторы выражают глубокую благодарность.
Книга посвящена изучению, анализу, расчету и проектированию элементов пути и методов ведения путевого хозяйства и может быть использована инженерно-техническими работниками железнодорожного транспорта.
Книгу написали:
проф. С. В. Амелин — введение, части первая — пятая;
доц. Л. М. Дановский — часть шестая.
Часть четвертая «Земляное полотно», глава XX «Текущее содержание пути» и глава XXI «Организация работ по ремонтам пути» во втором издании были написаны доц. |В. Н. Константиновым|, а для третьего издания переработаны авторами.
Авторы с благодарностью примут замечания, направленные на улучшение данного курса.
введение
Железнодорожный путь есть инженерное сооружение, предназначенное для того, чтобы по нему проходили поезда с необходимой скоростью. От его состояния зависят непрерывность и безопасность движения поездов и эффективное использование главнейших технических средств железных дорог.
Железнодорожный путь состоит из верхнего и нижнего строений.
К верхнему строению (рис. 1) относят: рельсы 3, рельсовые скрепления, противоугонные приспособления, шпалы 4 или подрельсовые основания из железобетонных блоков, балластный слой 1 и 2 и соединения и пересечения рельсовых путей.
К нижнему строению относят: земляное полотно, мосты, трубы, тоннели, подпорные стены и др.
При работе под подвижной нагрузкой путь приходит в напряженное состояние и в нем появляются упругие и остаточные деформации.
Упругие деформации, исчезающие полностью после снятия нагрузки, должны быть небольшими и практически одинаковыми в любых сечениях пути при проходе по ним одной и той же нагрузки.
Остаточные деформации, возникающие в результате воздействия подвижного состава и среды (воздуха, влаги, органического мира и т. п.), как-то: износы рельсов, износы и гниение шпал, разрушение частиц балластного материала, пластические деформации балластного слоя и земляного полотна, вымывание, выветривание балласта и выкрашивание плит или монолита, заменяющих шпалы, и т. п., должны быть минимальными, медленно протекающими во времени и наиболее равномерно проявляющимися по длине пути.
Эти положения и предопределяют требования к выбору, проектированию, содержанию и ремонту пути.
Для обеспечения непрерывности, безопасности и плавности движения поездов с установленными максимальными скоростями путь должен находиться всегда в исправном состоянии, соответствовать требованиям Правил технической эксплуатации железных дорог. Поэтому основой ведения путевого хозяйства является текущее содержание и своевременные ремонты пути.
Текущее содержание пути это непрерывное наблюдение за ним, содержание его в исправном и опрятном состоянии, предупреждение появления неисправностей и обеспечение длительных сроков службы всех элементов пути.
Текущим содержением пути невозможно полностью предупредить остаточные деформации. Для устранения остаточных деформаций, когда они достигают предельно допускаемых величин, производят 4
ремонт пути. Это значит, что потребность в периодическом ремонте пути и в смене отдельных его элементов вызывается не неисправностью пути, а износом элементов или требованиями усиления в связи с изменением эксплуатационных условий линии.
Для обеспечения нормальной работы пути, для его ремонта необходимо иметь комплекс хозяйственных предприятий, производственных формирований и вспомогательных устройств, оснащенных машинами, механизмами, инструментами и приборами.
Путевое хозяйство дорог СССР представляет собой одну из главнейших отраслей железнодорожного транспорта. На долю путевого хозяйства приходится более половины всех основных средств и около 21 % общей численности работников железнодорожного транспорта; эксплуатационные расходы составляют 22,2%. Примерно половина всех средств, расходуемых на капитальный ремонт железнодорожного хозяйства, приходится на долю путевого хозяйства.
Рис. 1
Из всего вышеизложенного и усматриваются важнейшие роль и значение пути в системе железнодорожного транспорта.
Коммунистическая партия и Советское правительство всегда уделяли и уделяют железнодорожному транспорту вообще и его путевому хозяйству, в частности, огромное внимание. Развитие его в настоящее время идет в соответствии с Директивами XXIV съезда КПСС на основе технического прогресса страны и подчинено увеличению пропускной и провозной способности железных дорог.
За последние годы были выполнены большие работы по усилению путевого хозяйства. На важнейших грузонапряженных магистралях уложены тяжелые рельсы и щебеночный балласт, широко применяются железобетонные шпалы и расширяется полигон применения бесстыкового пути. Продолжаются работы по дальнейшему внедрению прогрессивных конструкций верхнего строения, обеспечивающих повышение скоростей движения, снижение трудовых затрат на текущее содержание пути и продление срока службы его элементов.
Создаются более совершенные организационные формы эксплуатации путевого хозяйства, совершенствуется технология и организация ремонтно-путевых работ на базе широкого внедрения комплексной механизации и автоматизации всех трудоемких процессов и модерни зации действующего парка машин и механизмов.
5
Часть первая ВЕРХНЕЕ СТРОЕНИЕ ПУТИ
В настоящее время на всех железных дорогах мира господствующее положение занимает путь с верхним строением, состоящим из рельсов, рельсовых скреплений, шпал, противоугонных приспособлений, балластного слоя (см. рис. 1) и стрелочных переводов.
Вместе с тем как в СССР, так и в ряде других стран изучается и эк-спсриментируется верхнее строение, в котором вместо шпал предусматриваются железобетонные плиты или рамы.
Верхнее строение пути должно: а) воспринимать давления от колес подвижного состава и передавать эти давления нижнему строению пути; б) направлять колеса подвижного состава по рельсовой колее.
Эти функции выполняются верхним строением не по отдельности каждым элементом пути, а как единой конструкцией, в которой под подвижной нагрузкой все элементы должны работать солидарно.
Глава I
РЕЛЬСЫ
§ 1. Назначение рельсов и требования, предъявляемые к ним
Стандартными и общепринятыми рельсами на всех дорогах мира являются рельсы широкоподошвенные.
Широкоподошвенный рельс (рис. 2) состоит из трех основных частей: а) головки, б) подошвы и в) шейки, соединяющей головку с подошвой.
Рельсы являются главнейшим элементом верхнего строения пути. Они предназначены:
1) непосредственно воспринимать давления от колес подвижного состава и передавать эти давления нижележащим элементам верхнего строения пути;
2) направлять колеса подвижного состава при их движении;
3) на участках с автоблокировкой служить проводником сигнального тока, а при электротяге — обратного силового тока.
Назначение и экономические соображения определяют следующие требования к рельсу:
6
1) для обеспечения безопасности движения поездов, имеющих большие осевые нагрузки, с максимальными скоростями рельсы должны быть более тяжелыми. По условиям экономии металла и удобства по-
грузки, выгрузки, смены и т. п. эти же рельсы должны иметь рациональный и по возможности наименьший вес;
2) для лучшего сопротивления изгибу под подвижной нагрузкой рельсы должны быть достаточно жесткими (иметь наибольший момент сопротивления). В то же время во избежание жестких ударов колес о рельсы, могущих вызвать излом отдельных деталей ходовых частей
подвижного состава, а также расплющивание и даже излом рельсов, необходимо, чтобы рельсы были достаточно гибкими;
3) для того чтобы рельсы от ударно-динамических воздействий колес подвижного состава не ломались, материал рельсов должен быть достаточно вязким. Ввиду же концентрированной передачи давлений от колес по очень небольшим площадкам в местах контакта колес и рельсов требуется, чтобы металл рельсов не сминался, не истирался, дольше служил и был
Рис. 2
достаточно твердым;
4) для обеспечения достаточной силы сцепления между рельсами и движущими колесами локомотивов необходимо, чтобы поверхность катания рельсов была шероховатой. Для уменьшения же сопротивления движению остальных колес—вагонов, тендеров и поддерживающих колес локомотивов — необходимо, чтобы поверхность катания рельсов была гладкой;
5) для стандартизации элементов верхнего строения пути, приводящей к простоте и удешевлению их содержания, необходимо, чтобы число типов рельсов было наименьшее. Из интересов же экономии металла немыслимо, чтобы на всех линиях железных дорог независимо от грузонапряженности, осевых нагрузок и скоростей движения поездов укладывались рельсы одного типа. Число типов рельсов должно быть минимальным, но разумным.
Таким образом, требования и условия, которым должны удовлетворять рельсы, являются исключительно важными, необходимыми и вместе с тем противоречивыми. Все это чрезвычайно усложняет решение рельсовой проблемы вообще. Ее решение представляет собой одну из важнейших задач транспортной науки и техники.
§ 2. Материал, форма и размеры рельсов
Материал рельсов. Современные рельсы прокатываются только из слитков стали. Сталь изготовляется в конверторах по способу Бессемера или же в мартеновских печах.
Бессемеровская сталь получается в результате продувки расплавленного чугуна кислородом (15—18 мин) в поворачивающихся печах-ретортах (конверторах). При этом выгорает углерод и часть примесей.
7
Мартеновскую сталь варят из чугуна и стального лома в больших печах емкостью от 180 до 500 т в течение нескольких часов. Эта сталь по качеству несколько лучше бессемеровской: менее хладноломка, более чистая. Рельсы тяжелых типов (Р65 и Р75) в СССР прокатываются только из мартеновской стали.
Качество рельсовой стали определяется ее химическим составом, микроструктурой и макроструктурой. Химический состав стали отечественных рельсов характеризуется добавками к железу, приведенными в табл. 1.
Таблица 1
Содержание элементов. %
Тип рельсов Марка стали Углерод Марганец Кремний Фосфор Сера Мышьяк
не более
Р75ГОСТ 16210—70 М-76 0,69-0,82 0,75—1,05 0,13-0,28 0,035 0,045 0,15
Р65 М-76 0,69—0,82 0,75—1,05 0,13—0,28 0,035 0,045 0,15
Р50 М-75 0,67—0,80 0,75—1,05 0,13—0,28 0,035 0,045 0,15
Р43 М-71 0,64—0,77 0,60—0,90 0,13—0,28 0,040 0,050 Не нормировано
Углерод повышает твердость и износостойкость рельсовой стали. По данным А. И. Скакова, изменение содержания в мартеновской стали углерода с 0,42 до 0,62% может увеличить износостойкость ее более чем в 7 раз, а увеличение с 0,63 до 0,7% — примерно на 30%. Однако чем больше углерода в стали, тем более, при прочих равных условиях, она хрупка, тем затруднительнее холодная правка рельсов, тем более равномерно металл должен быть распределен по сечению рельса, тем более жестко должен выдерживаться химический состав, особенно в части таких вредных примесей, как фосфор и сера.
Марганец повышает твердость и износостойкость стали, обеспечивая ей достаточную вязкость.
Кремни й улучшает качество стали, увеличивая твердость металла и сопротивляемость его износу.
Фосфор и сера являются вредными примесями, придающими хрупкость стали. При большом содержании фосфора рельсы получаются хладноломкими, при большом содержании серы — красноломкими.
Мышьяк несколько увеличивает твердость и износостойкость рельсовой стали, но в излишнем количестве уменьшает ударную вязкость.
По микроструктуре, устанавливаемой под микроскопом с увеличением в 100—200 раз, компонентами обычной рельсовой стали является феррит, состоящий из свободного от углерода железа Fe, и перлит, который представляет собой смесь феррита и цементита Fe3C.
Изучение микроструктуры рельсовой стали показывает, что значительные сопротивления износу и вязкость обеспечивает сорбитовая структура. Для получения сорбитовой структуры применяют специаль-$
ную термическую обработку стали. В настоящее время наибольшее распространение получила поверхностная (на 8—10 л/л;) закалка головки на сорбитовую структуру.
Важнейшее значение для качества рельсовой стали имеет ее макроструктура, т. е. строение стали в ее изломе при рассмотрении невооруженным глазом или при помощи лупы. Сталь должна иметь однородное мелкозернистое строение без шлаковин, волосовин, плен и следов неоднородного распределения химического состава по сечению (ликвации). Улучшение качества стали в этом направлении достигается строгим соблюдением технических условий и непрерывным совершенствованием технологии изготовления стали и проката рельсов.
Предел прочности рельсов типов Р65, Р50 и Р43 первого сорта при растяжении должен быть не менее 80 кПмм2, а второго сорта — не менее 70 кПмм2.
Объемный вес рельсовой стали принят равным 7,83 шлг.
Профиль рельсов. Профиль рельса обусловлен взаимодействием его с колесом подвижного состава и конструктивным оформлением элементов верхнего строения пути. Типичный профиль современных широкоподошвенных рельсов представлен на рис. 3.
Поверхность катания головки рельса всегда делается выпуклой для обеспечения наибольшей центральности передачи давления от колес. Больший радиус выпуклой поверхности катания головки принят для рельсов типов Р75, Р65 и Р50 равным 300 мм, эта поверхность переходит к поверхностям радиуса /?2, равного 80 мм. В рельсах типа Р43 поверхность катания очерчена одним радиусом /?х.
Сопряжение поверхности катания с боковыми гранями головки рельса делается по кривой радиуса гх (см. рис. 3), близкого к радиусу выкружки колеса. В рельсах типов Р75, Р65 и Р50 гх равен 13 мм.
Боковые грани головок рельсов осуществляют или вертикальными, или наклонными. У рельсов типов Р50, Р65 и Р75 наклон 1 : к принят равным 1 : 20.
Сопряжение боковых граней головки рельса с нижними для обеспечения возможно большей опорной поверхности накладкам стремятся делать наименьшими радиусами г2, равными 1,5—4: мм. По этим же соображениям принимают таких же размеров и радиусы г6 и г7.
Нижние грани головки рельса, как и верхние грани подошвы, служат опорными поверхностями для накладок. В настоящее время наиболее распространенными являются углы а, при которых tga = — 1 : п равен либо 1 : 3, либо 1 : 4.
Сопряжение нижних граней головки с шейкой должно обеспечивать достаточную опорную поверхность для накладки и наиболее плавный переход от толстой головки к сравнительно тонкой шейке, чтобы снизить местные напряжения и повысить равномерность остывания рельсов после проката. В рельсах типов Р43, Р50, Р65 и Р75 принято г3 = 5-4-7 мм и г4 = 10-4-17 мм.
Шейка современных рельсов имеет криволинейное очертание радиуса /?ш (от 350 до 450 мм для отечественных рельсов), которое в наибольшей мере обеспечивает плавность перехода от сравнительно тонкой шейки к подошве и головке.
9
Сопряжение шейки с подошвой выполняется радиусом г6, величина которого диктуется теми же соображениями, что и величина радиусов га и г4. При однообразном наклоне верхней поверхности подошвы, как у рельсов типов Р50 и Р65, г5 приняты больше радиусов г3 и г4 (15—25 мм).
Конкретные характеристики профиля стандартного рельса железных дорог СССР типа Р65 даны на рис. 4.
Длина рельсов. К настоящему моменту на дорогах мира наметилась ярко выраженная тенденция к широкому применению длинных рельсов и сварных рельсовых плетей. Это приводит к уменьшению числа стыков, что улучшает условия взаимодействия пути и подвижного состава, и дает большой экономический эффект. Например, если вместо рельсов типа Р65 длиной 12,5 м уложить рельсы того же типа, но длиной 25 м, то экономия металла за счет уменьшения потребности его на стыковые скрепления на каждые 1 000 км составит 3 902 т. Кроме того, уменьшение числа стыков снижает примерно на 10% сопротивление движению поездов, уменьшает износ подвижного состава и расходы по текущему содержанию пути.
Стандартная длина современных рельсов в различных государствах колеблется от 10 до 60 м; СССР — 25 м', Чехословакия — 24 и 48 м', ГДР и ФРГ — 30; 45 и 60 л/; Франция — 18 л/; Англия — 18,29 л/; Япония — 20 и 25 м; США—11,89 л/.
В СССР в ограниченном количестве для стрелочных переводов прокатываются рельсы длиной 12,5 м.
Кроме рельсов нормальной длины применяются и укороченные для укладки на внутренних нитях кривых участков пути. В СССР укороченные рельсы прокатываются короче 25-л/ рельсов на 80 и 160 мм и короче 12,5-м — на 40, 80 и 120 мм.
10
Вес рельсов. Основной характеристикой, дающей общее представление о типе и мощности рельса, — является его вес, выраженный в килограммах на один погонный метр.
Определение оптимального веса рельса — задача чрезвычайно трудная, так как он зависит от большого количества факторов: осевых нагрузок, скоростей движения поездов, грузонапряженности, качества рельсовой стали, профиля рельса и др.
При оценке целесообразности того или иного веса рельса обычно учитываются следующие соображения:
1) чем больше нагрузки на ось железнодорожного экипажа, скорости движения поездов и грузонапряженность линии, тем большим, при прочих равных условиях, должен быть вес рельса q;
2) чем больше вес рельса q, тем меньше, при прочих равных условиях, эксплуатационные расходы на грузонапряженных линиях (по содержанию пути, по сопротивлению движению поездов и т. п.).
Приближенно вес рельса возможно определять по эмпирической зависимости этого веса от какого-либо одного или ограниченного количества факторов.
Так, по данным железнодорожного конгресса в Каире в 1938 г., эмпирическая зависимость веса рельса q от статической нагрузки Р на ось локомотива выражается формулой
д==2,5Р. (1)
Учитывая существующие соотношения между весом рельсов и осевыми нагрузками, преф. О. П. Ершков установил следующую (осред-ненную) зависимость между весом рельса q и скоростью отах движения поездов
q = ^- . (2)
2,2
На основании существующей типизации верхнего строения пути и границ применения рельсов по грузонапряженности проф. В. Я. Шульга получил зависимость веса рельса q от грузонапряженности Т:
q-- 31,046 Т0-203. (3)
Проф. Г. М. Шахунянц предложил определять вес рельса в зависимости от вида подвижного состава, грузонапряженности линии, скорости движения поездов и статической нагрузки на ось локомотива по выражению
<7 = а(1 + Ю(т012о)2/3 Р^, (4)
где а — коэффициент, равный 1,20 для вагонов и 1,13 для локомотивов;
Лпах ~ грузонапряженность, млн. ткм1км в год;
v скорость движения поездов, на которую рассчитывается конструкция пути, км/ч-,
Р — статическая нагрузка на ось локомотива, Т.
11
Таблица 2
1 max Ч"> Лпах V (1 + 0,0 12г)г/з р р7»
15 2,96 20 1,15 18 6,87
20 3,11 30 1,23 18 6,87
25 3,24 40 1,30 20 7,37
30 3,34 50 1,37 21 7,61
40 3,52 60 1,44 21 7,61
50 3,66 70 1,50 23 8,09
60 3,78 80 1,57 23 8,09
70 3,89 90 1,63 25 8,55
75 3,94 100 1,69 25 8,55
90 3,99 НО 1,75 25 8,55
95 4,08 120 1,81 26 8,78
100 4,16 140 1,93 27 9,00
125 4,34 160 2,04 28 9,22
150 4,50 180 2,15 29 9,44
175 4,64 200 2,26 30 9,65
200 4,75 250 2,52 32 10,08
Таблица 3
Показатели Р4 3 ГОСТ 7173—54 Р50 ГОСТ 7174—65 Р65 ГОСТ 8161—65 Р75 ГОСТ 16210—70
Вес, кг/пог. м Высота рельса, мм: общая И головки а шейки h подошвы f Ширина головки, мм: по верху Ь2 » низу Ьх Ширина подошвы В, мм Толщина шейки (минимальная) d, мм Площадь поперечного сечения рельса, см2 Распределение площади по частям сечения, %: головка шейка подошва Момент инерции относительно горизонтальной ОСИ, СЛ1 Момент инерции относительно вертикальной ОСИ, CMi Момент сопротивления по низу подошвы, см3 Момент сопротивления по верху головки, см3 44,65 140 42 71 27 70 70 114 14,5 57,0 42,8 21,3 35,9 1 489 260 217 208 51,63 152 42 83 27 70 71,9 132 16 65,9 38,2 24,4 37,4 2 018 375 286 248 64,64 180 45 105 30 72,8 75 150 18 82,6 31,2 28,4 37,4 3 548 569 436 359 74,44 192 55,3 104,4 32,3 71,8 75 150 20 95,1 36,4 26,9 36,7 4 490 661 509 432
12
Входящие в выражение (4) величины можно брать из табл. 2, составленной Г. М. Шахунянцем.
Несомненно, формула (4) не отражает всей сложности взаимосвязи факторов, влияющих на выбор веса рельса. Однако она дает возможность принимать решение в порядке первого приближения достаточно обоснованно. Окончательный вес рельса выбирается в зависимости от назначения линии (по одной из четырех формул) и на основании конкретных технико-экономических расчетов.
Вес стандартных рельсов железных дорог СССР находится в пределах 44—75 кг/пог. м, основные характеристики рельсов приведены в табл. 3 и показаны на рис. 5.
На отдельных линиях дорог
Рис. 5
СССР в пути имеются еще и легкие
рельсы типов IVa, Ша, Па или Р38, 1а и Р43. Однако рельсы типа IVa не прокатываются с 1926, г., типа Ша— с 1937 г. Не прокатываются и рельсы типов Р38 и 1а, в ограниченном количестве прокатываются рельсы Р43 (для стрелочных переводов).
На дорогах США рельсы имеют вес от 30 до 77кг!пог. м, на дорогах Англии двухголовые рельсы — от 29,66 до 49,53 кг/пэг. м и широкоподошвенные— от 22,37 до 56,5 кг!пог, м, Франции и Бельгии — от 30 до 62 кг/пог. м, на дорогах ГДР и ФРГ —-от 30 до 64 кг/пог. м, в других странах — от 30 до 50 кг!пог. м.
§ 3. Экономическая эффективность применения тяжелых рельсов
Экономическая эффективность применения тяжелых рельсов заключается в увеличении их срока службы, снижении расхода металла, уменьшении сопротивления движению поезда и сокращении затрат на текущее содержание пути.
Особенно эффективно для усиления пути и понижения эксплуатационных расходов увеличение веса рельсов при повышении нагрузок на оси, грузонапряженности и скоростей движения поездов.
По данным Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ЦНИИ МПС), каждый килограмм увеличения веса рельса по сравнению с весом рельса типа Р50 снижает затраты труда на текущее содержание пути на 1,5—1,8% и уменьшает расход материалов до 1,4%.
Более тяжелый рельс распределяет давление колес подвижного состава на большее количество шпал, вследствие чего уменьшается давление на каждую шпалу, замедляется механический износ и увеличи-13
вается срок их службы. Одновременно снижается динамическое дав ление на балласт, уменьшается истирание и измельчение частиц балласта. Так, в пути с рельсами типа Р43 засорение и загрязнение щебня, отнесенное к 1 млн. т брутто прошедшего груза, на 9—20% выше, чем при прочих равных условиях, в пути с рельсами типа Р50. Поэтому с увеличением веса рельсов реже возникает надобность в среднем и подъ-емсчном ремонтах пути.
По тяжелым рельсам можно перевезти больше грузов. Так, рельсы Р50 на 15%, а рельсы Р65 на 45% тяжелее рельсов Р43, но по рельсам Р50 за время их службы можно перевезти груза в 1,5 раза, а по рельсам Р65 в 2 раза больше, чем по рельсам Р43.
С возрастанием веса рельсов уменьшается расход металла на единицу пропускаемого тоннажа и сокращаются расходы по замене рельсов (капитальный ремонт), снижаются сопротивление движению поездов и расходы на тягу.
Расходы на тягу поездов на 1 км пути от прохода 1 млн. т груза брутто Эт в доле, зависящей от конструкции пути, в частности от веса рельсов, при неизменных прочих условиях могут быть подсчитаны по формуле
Эт = Гп103Л/С, (5)
где И7П — составляющая сопротивления движению поездов, зависящая от конструкции пути, кПт',
1РП 103 — механическая работа на 1 км пути от прохода 1 млн. т брутто, ткм~,
N — расход топлива или электроэнергии на 1 ткм механической работы;
С — стоимость единицы топлива или электроэнергии. Величину W’n проф. М. Ф. Вериго предлагает определять по следующей формуле:
где Р — давление от колеса, кГ;
и — модуль , упругости подрельсового основания, который при деревянных шпалах колеблется в пределах 130—490 кПсм2, а при железобетонных 1 100—1 850 кГ/см2',
k — коэффициент относительной жесткости рельсового основания и рельса, см'1. Он находится обычно в границах 0,010—0,025;
г — параметр рассеяния, который можно принять равным 35 кГ!см2.
С повышением веса рельсов снижается W'n и затраты на тягу поездов 5Т, а также на ремонт ходовых частей подвижного состава Эд. Поданным проф. В. Я. Шульги расходы ЭТ тепловозами (при условии, что на 1 ткм механической работы затрачивается 0,9 кг условного топлива) составляют: при рельсах Р43—6,42 руб., Р50—5,48 руб., Р65—4,09 руб. и при рельсах Р75—3,62 руб.
При экономических расчетах по выбору типа рельса предпочтение отдается рельсу, для которого годовая сумма приведенных строитель-14
пых и эксплуатационных расходов S3np при нормированном сроке окупаемости /п является наименьшей. Она определяется по формуле
2511Р = Л+ ‘|\, (7)
где А — строительные расходы (стоимость укладки рельсов):
Bi — эксплуатационные расходы /-го года.
Сроки окупаемости дополнительных капиталовложений на укладку тяжелых рельсов весьма короткие, обычно от 1,5 до 4,5 лет.
Сферы целесообразного применения рельсов той или иной весовой категории определяются не только экономическими, но и техническими соображениями. Так, внедрение электрической и тепловозной тяги, нового подвижного состава, рост нагрузок на оси и скоростей движения поездов обусловливают непременное увеличение числа линий с тяжелыми рельсами.
На основании исследований ЦНИИ МПС и рекомендаций Главного управления пути МПС с учетом фактической грузонапряженности и реальных возможностей получения рельсов тяжелых типов для дорог СССР установлены следующие сферы применения рельсов различного веса:
Р75............при грузонапряженности более 50 млн. ткм/км
Р65..............» » 50—25 » »
Р50..............» » менее 25 » »
§ 4. Сроки службы рельсов
Ожидаемые сроки службы рельсов определяют как для целесообразного ведения путевого хозяйства (например, чтобы знать периодичность смены рельсов), так и для технико-экономической оценки их.
Срок службы рельсов является функцией работы их под подвижным составом, типа и мощности рельсов, характеристик верхнего строения и подвижного состава, условий эксплуатации пути и подвижного состава, качества рельсовой стали и технологии изготовления рельсов.
Рельсы могут выходить из строя по износу и дефектам.
Нормально рельсы должны сниматься с пути после износа на определенную допустимую величину, и по этому фактору должен определяться срок их службы.
Допустимая величина износа z0 (рис. 6) головки рельса устанавливается таким образом, чтобы поперечное сечение рельса после износа на величину площади соо обеспечило допускаемые напряжения и чтобы при изношенных гребнях колес гребни не задевали гайки и головки болтов в стыках рельсов или выступающие за головку рельса части двухголовых накладок.
Согласно рис. 6
coo = bzo — А, (8)
где b — ширина головки рельса;
z0 — нормированный предельный износ головки рельсе;
15
А учитывает разницу очертания головки и прямоугольника; А можно принимать равной 70 мм2.
Принято считать, что допустимая величина ю0 прямо пропорциональна количеству прошедшего по данному рельсу груза Т млн. m брутто за период этого износа, т. е. ®0 — 0Т.
Откуда /д\
₽ ’
где 0 — удельный износ поперечного сечения головки рельса от прохода 1 млн. m брутто, мм2.
Причинами, вызывающими износ рельсов, и факторами, определяющими его величину, являются: а) окружные усилия, передаваемые колесами рельсу, и проскальзывание колес по рельсам; б) нормальные давления колес на рельсы и суммарный тоннаж, проходящий по рельсам; в) план и профиль линий, вес, скорость и режим движения поездов; г) конструкции пути и подвижного состава и их состояние; д) профили рельсов и колес; е) качество металла рельсов и колес.
Величину удельного износа 0 проф. Г. М. Шахунянц предлагает определять приблизительно по следующим формулам:
1) для рельсов, лежащих на прямых участках пути,
0= 1,3CN — (1 H-9s3); Г
(10)
2) для рельсов, лежащих на кривых участках пути при R < 1 ОООлг,
0= 1,3 АСА —(1-0 9s2). (11|
Г
Параметр X учитывает влияние кривых участков пути. Его можно принимать приблизительно равным при R < 1 000 м на основании исследований О. Н. Усковой, А. Ф. Золотарского и С. А. Линева следующим значениям:
, 900 . 200 000
V—;
в R
900 100 000
'ср~ R + R2
(12)
Индексы «н» и «в» показывают значения X на наружной п внутренней нитях, значение Хср является средним.
Следует особо подчеркнуть, что в кривых рельсы имеют повышенный износ по сравнению с прямыми. Например, при радиусе 7? = 300 м износ рельсов наружной нити при прочих равных условиях в 5,2 раза больше, чем на прямых участках пути.
16
Другие составляющие формул (10) и (11) представляют собой:
С — параметр влияния конструкции верхнего строения пути;
N — параметр качества рельсовой стали;
Р — колесная статическая нагрузка;
г — радиус колеса;
s — относительное скольжение колеса по рельсу, представляющее собой отношение длины, проходимой колесом со скольжением, к полному расстоянию, проходимому колесом, %.
Величина (3 точно определяется для конкретных участков пути с выполнением тяговых расчетов. Ее расчет дается в книге проф. Г. М. Шахунянца «Расчеты верхнего строения пути», Трансжелдор-издат, 1959 г.
Для приближенных расчетов можно использовать среднесетевые значения удельного износа поперечного сечения головки рельса Рср, полученные ЦНИИ МПС (табл. 4).
Таблица 4
УУб'УУ
Радиус кривой, м 3Ср. лм/2/млн. m бруно для рельсов типа
1а и легче Р-13 Р50 PG5
300 7,37 5,89 4,42 3,87
400 5,44 4,35 3,26 2,86
500 3,97 3,17 2,38 2,08
600 3,09 2,47 1,85 1,62
700 2,24 1,79 1,34 1,17
800 1,78 1,42 1,01 0,93
900 1,62 1,29 0,97 0,85
1 000 1,52 1,22 0,91 0,80
1 100 1,43 1,14 0,86 0,75
1 200 1,39 1,11 0,83 0,73
300 и прямые 1,36 1,09 0,81 0,71
Таким образом, зная (о0и р, по формуле (9) находят количество груза Т, который можно перевезти по рассматриваемым рельсам за весь срок их службы. При этом, если ежегодная грузонапряженность Тг на рассматриваемой линии известна и является величиной постоянной, срок службы рельсов будет
Тг ₽ТГ
Но так как грузонапряженность на всех дорогах ежегодно увеличивается, то срок службы рельсов в годах будет находиться как число слагаемых правой части выражения:
(13)
т= 2 Ti = T1 + 7,2 + Ts+ ... +л, (14)
i = 1
где 7'j, Т Т3 и т. д. — тоннаж в первый, во второй, в третий год и т. д. после укладки рельсов на рассматриваемой линии.
17
на 1 км пути, или наибольший на 1 км.
Необходимо отметить, что, несмотря на ряд мер по повышению качества рельсов, последние в настоящее время заменяют еще до достижения установленных норм износа из-за одиночного выхода по порокам и дефектам. Рельсы выходят из строя по порокам и дефектам из-за нарушения или несовершенства технологии их изготовления, неправильной их эксплуатации. На рис. 7 показаны кривые зависимости от прошедшего груза суммарного одиночного изъятия рельсов на прямых и пологих кривых (Р > > 1 000 .«)
За срок службы рельсов принимают суммарный одиночный их выход, который равен для рельсов Р50—6 шт. и Р65—5 шт. ой выход этих рельсов — 2 шт.
В СССР установлены следующие нормы межремонтного тоннажа: для рельсов типа Р50—350 млн. т брутто, типа Р65—500 млн. т брутто.
Однако ограничение срока службы рельсов по одиночному их выходу нельзя признать нормальным. Поэтому главнейшей задачей является проведение ряда мероприятий, позволяющих улучшить качество рельсов, чтобы продлить срок службы их до полного расчетного
износа.
Основными мерами по продлению сроков службы рельсов являются:
1) улучшение качества металла рельсов, в том числе и за счет термической обработки;
2) применение бесстыкового пути и сварных рельсовых плетей;
3) наплавка изношенных концов рельсов;
4) улучшение конструкции верхнего строения пути в целом;
5) применение лубрикации—смазки боковых граней головок рельсов в кривых;
6) систематическое улучшение текущего содержания рельсов и пути в целом.
^Оптовая цена новых рельсов (франко-станция назначения) первого сорта на 1 км одиночного пути (2 рельсовые нити) составляет: Р43 (из стали М71) — 9 040 руб., Р50 (из стали М75)— 10 800 руб., Р65— 13 680 руб. и Р75 — 15 840 руб. На термически упрочненные рельсы (закаленные и отпущенные по всей длине головки) начисляется дополнительно 6 руб. за 1 пг.
18
Главе II
РЕЛЬСОВЫЕ СКРЕПЛЕНИЯ
§ 5. Назначение скреплений и требования, предъявляемые к ним
Рельсовые скрепления необходимы для того, чтобы:
1) прикреплять рельсы к подрельсовому основанию;
2) соединять рельсы в стыках;
3) участвовать вместе с другими элементами верхнего строения пути в работе под подвижным составом.
В соответствии с этим назначением и современными эксплуатационными условиями к рельсовым скреплениям предъявляются следующие требования.
Рельсовые скрепления должны: 1)быть прочными, 2) обеспечивать надежное прикрепление к опорам, 3) обеспечивать неизменность ширины колеи и надежное соединение рельсов в стыках; 4) способствовать упругой переработке динамических воздействий на путь колес подвижного состава, 5) быть малоэлементными, простыми и удобными в изготовлении, монтаже и содержании, 6) быть недорогими в изготовлении и эксплуатации, 7) обладать наибольшим сроком службы.
Все рельсовые скрепления делят на две следующие группы:
I группа — промежуточные рельсовые скреп-ления, предназначенные для прикрепления рельсов к опорам;
II группа — стыковые рельсовые скрепле-н и я, предназначенные для соединения рельсов в стыках.
§ 6. Промежуточные рельсовые скрепления
По конструкции промежуточные рельсовые скрепления различают: 1) нераздельные, 2) раздельные и 3) смешанные.
В нераздельном промежуточном скреплении рельс и подкладка к шпале прикрепляются одними и теми же при-крепителями.
В раздельном промежуточном скреплении подкладка самостоятельно (раздельно от рельса) прикрепляется к опоре, а рельс прикрепляется другими прикре-пителями к подкладке.
В смешанном промежуточном скреплении часть прикрепителей соединяет нераздельно рельс и подкладку с опорой, а часть служит для самостоятельного (раздельного) прикрепления подкладки к опоре.
Выбор того или иного вида промежуточного скрепления и его конструктивного оформления зависит от типа подрельсовых опор.
19
Скрепления при деревянных шпалах могут быть всех трех типов, т. е. нераздельные, раздельные и смешанные.
Нераздельные промежуточные скрепления с деревянными шпалами различают костыльные и шурупные.
Нераздельное костыльное скрепление на деревянных шпалах (рис. 8, а: 1 — подкладка; 2 — костыль) применяется в основном в СССР при рельсах типа 1а и легче и в США. Главное преимущество такого скрепления заключается в его простоте, большом удобстве при расшивке и сборке пути и сравнительно небольшом весе. К недостаткам его относят невозможность плотной связи под
кладок со шпалами, так как при работе под подвижной нагрузкой костыли наддергиваются, а это способствует вибрации подкладок, приводящей к повышенному механическому износу шпал, и снижает сопротивляемость угону рельсов.
Нераздельное шурупное скрепление на деревянных шпалах (рис. 8, б: 1 — подкладка; 3 — шуруп)
применяется главным образом в странах Западной Европы и в некоторых других. По сравнению с костыльным нераздельным скреплением оно обеспечивает лучшую связь рельса со шпалой. К недостаткам его относят неизбежную, хотя и меньшую, чем при костылях, вибрацию подкладок, малую сопротивляемость угону рельсов, а также большую трудоемкость при перешивках пути.
Сопротивление шурупов выдергиванию в 1,5—2 раза больше, чем сопротивление выдергиванию костылей. Сопротивление же шурупов отжатию меньше сопротивления отжатию костылей примерно на 40-50%.
Описанные скрепления являются жесткими, при работе их под подвижным составом неизбежно нарушается связь между соединяемыми деталями, что приводит к расстройству и повышенному износу элементов верхнего строения. Для современных условий работы пути необходимо обеспечить упругую связь между рельсом, подкладкой и опорой с постоянным прижатием рельса к подкладке, чтобы динамические воздействия от колес упруго перерабатывались скреплениями. 20
Рис. !1 Рис. 12
21
Рис. 15
их применении сводятся к минимуму
Как в СССР, так и за рубежом уложены в путь и экспериментируются разнообразные конструкции пружинных скреплений. На рис. 9 показано нераздельное скрепление с пружинными костылями для деревянных шпал (Англия), а на рис. 10 — нераздельное пружинное (/ — упругая клемма, 2 — шуруп, 3 — амортизационная прокладка, 4 — подкладка) скрепление типа RNS (Франция).
Раздельное скрепление на деревянных шпалах может быть с жесткими клеммами и с^пружинными. На рис. 11 показано шурупное скрепление с жесткими клеммами, в котором подкладки на каждой шпале прикрепляются четырьмя шурупами, а рельс к подкладке двумя жесткими клеммами посредством болтов с пружинными шайбами. На рис. 12 показано пружинное раздельное скрепление, в котором подкладка прикрепляется на каждой шпале четырьмя шурупами, а рельс к подкладке двумя пружинными клеммами посредством болтов.
Раздельные скрепления имеют ряд существенных достоинств, а именно: а) при вибрации подкладок; б)сильное
прижатие клеммами рельсов к подкладке почти ликвидирует угон рельсов.
Недостатками раздельного скрепления считают: а) многодеталь-ность, например скрепление типа К имеет 14 деталей; б) большой вес (скрепление типа К4 к рельсам Р50 составляет около 46% веса рельсов); в) большую трудоемкость при смене рельсов.
Исследования проф. В. Я. Шульги показали, что раздельные скрепления с пружинной клеммой (см. рис. 12) по суммарным годовым расходам экономичнее, чем раздельные скрепления типа К.
22
Смешанные скрепления на деревянных шпалах широко распространены в США; в СССР они применяются при рельсах типов Р43, Р50 (рис. 13) и Р65. Смешанные скрепления существенно снижают вибрации подкладки, имеют меньшее количество деталей, меньшие вес и стоимость по сравнению с раздельными. Основным их недостатком является слабая сопротивляемость угону пути.
При высокой грузонапряженности смешанные скрепления менее выгодны, чем раздельные, из-за больших расходов на текущее содержание пути в части, зависящей от скреплений.
Скрепления с железобетонными шпалами применяются почти исключительно раздел ь-н ы е. На рис. 14 показано раздельное скрепление типа КБ, в котором подкладка прикрепляется к шпале двумя закладными болтами, а рельс к подкладке — двумя жесткими клеммами посредством болтов с шайбами. На рис. 15 показано раздельное скрепление типа ЖБ, в котором подкладки нет, а рельс прикрепляется к шпале пружинными клеммами посредством закладных болтов. Такая конструкция обеспечивает лучшую упругость, нежели предыдущая, и рекомендована в СССР для применения в южных районах страны на прямых участках пути и в кривых больших радиусов. В пути лежат и раздельные скрепления типа К2, в которых подкладка прикрепляется к шпале двумя шурупами, ввинчиваемыми в деревянные дюбеля, которые вбетонированы в шпалу.
Опыт показал, что скрепление типа К2 недостаточно обеспечивает стабильность рельсовой колеи ввиду разработки деревянных дюбелей шурупами.
При раздельном скреплении (на деревянных и железобетонных шпалах) с клеммными болтами требуется большой расход труда на подтягивание их, так как на 1 км при 1 840 шпалах число этих болтов достигает 7 364. Поэтому в настоящий момент экспериментируют безбол-товые скрепления.
Технико-экономические показатели применения различных типов промежуточных скреплений. Технико-экономические исследования, проведенные МИИТом, показали существенные преимущества раздельных скреплений с упругими клеммами по сравнению с костыльным смешанным скреплением. Несмотря на то, что применение раздельных скреплений требует больших первоначальных затрат, с учетом ежегодных эксплуатационных расходов оно является выгодным.
В табл. 5 приведены показатели трех конструкций промежуточных скреплений на 1 км пути в рублях (в ценах 1966 г.).
Сроки службы скреплений зависят от их конструкции и от эксплуатационных условий. По данным проф. Г.М. Шахунянца, смешанное костыльное скрепление служит 21—24 года и 12—Шлет при грузонапряженности соответственно 10 и 60 млн. ткм брутто на 1 км пути в год, а раздельное скрепление при этих же грузонапряженностях — 21— 27 и 11 — 16 лет соответственно. Прокладки служат значительно меньше.
23
Таблица 5
Показатели Костыльное смешанное скрепление Раздельное скрепление
с жесткой клеммой с упругой клеммой
Стоимость скрепления 2 179 5 026 5 011
Затраты на установку 122 293 298
Итого первоначальных затрат 2 301 5 319 5 309
Первоначальные затраты на материалы и рабочую силу, отнесенные к одному году эксплуатации исходя из срока службы скреплений, с учетом стоимости возврата металла при грузонапряженности , 20 млн. ткм!км брутто 75 202 207
1 40 » » » 92 246 253
70 » » » 918 330 331
Приведенные общие годовые расходы с учетом влияния скреплений на срок службы шпал, а также затрат на текущее содержание при грузонапряженности: 20 млн. ткм/км брутто 2055 1 758 1 648
40 » » » 2,573 2 204 1980
70 » » » 3 003 2.610 2 406
§ 7. Стыки и стыковые рельсовые скрепления
Места соединения рельсов друг с другом называют стыками. При проходе подвижного состава по стыку создаются дополнительные ударно-динамические воздействия на путь из-за наличия зазоров, поэтому стык является самым напряженным местом в пути. При длине рельсов 12,5 м около 35—50% затрат труда по выправке пути связано с наличием стыков. Стыки создают и значительное сопротивление движению поездов (около 10% основного сопротивления).
По расположению стыков относительно опор наиболее распространенными являются: 1) стыки на весу и 2) стыки на сдвоенных шпалах.
Стык на весу (рис. 16) зарекомендовал себя как упругий стык, при котором износ рельсовых концов меньше, чем при других стыках. Он получил почти всеобщее распространение на дорогах многих стран, а в СССР принят как стандартный.
Стыковой пролет, т. е. расстояние между осями стыковых шпал, на дорогах СССР для стыка на весу принят при рельсах типов Р75 и Р65—420 мм, типа Р50—440 мм, типов Р43 и Р38—500 мм.
Недостатком стыка на весу является то, что вследствие большого прогиба концов рельсов накладки работают на изгиб в более тяжелых условиях, чем в стыках на сдвоенных шпалах.
Стык на сдвоенных шпалах применяется в ГДР-ФРГ, во Франции и в некоторых других странах. Эти стыки обладают большой сопротивляемостью горизонтальным и вертикальным перемещениям. Но по сравнению со стыками на весу они более жесткие. Кроме того, они требуют лишней затраты металла на объединение шпал и в ряде случаев применения специальных стыковых скреплений, например общей подкладки на обе шпалы, а также затрудняют подбивку балласта под ними.
Рис. 18
25
Рис. 19
К стыковым скреплениям относят: 1) накладки; 2) болты с гайками и шайбами; 3) специальные подкладки при стыках на сдвоенных шпалах.
На дорогах СССР применяются в основном двухголовые накладки, но сохранились еще и фартучные.
Фартучные шестидырные накладки были приняты как стандартные для рельсов типов 1а, Па (рис. 17), Ша и IVa. Основными недостатками их являются: а) сложность поперечного сечения, которое меняется на длине накладки пять раз; в местах резкого изменения сечения концентрируются напряжения; б) фартук и вырезы не позволяют изменять стыковой пролет и применять их при стыках на сдвоенных шпалах.
Двухголовые накладки (рис. 18) на дорогах СССР стали применяться в качестве стандартных начиная с 1945—194G гг. Преимуществом двухголовых накладок считают: а) постоянное сечение по длине, б) рациональное использование металла в них, в) возможность изменения стыкового пролета и применения стыков на сдвоенных шпалах. К недостаткам их относят неудобства прикрепления рельса к шпале или подкладке в тех местах, где расположена накладка.
Накладки, перекрывающие рельсовый стык, стягиваются болтами. При фартучных накладках используются болты с головкой в форме «утиного носа», которая не допускает проворачивания болта при завинчивании гайки ввиду того, что «нос» головки упирается в горизонтальную полку накладки.
Для двухголовых накладок применяют болты с круглой головкой и с овальным подголовком, который при завинчивании гайки не позволяет болту проворачиваться. Для размещения подголовков отверстия в накладках делаются поочередно то круглыми, то овальными 26
Таблица 6
Наименование скреплений Тин рельсов Оптовая цена за I т
Накладки двухголовые Р75, Р65, Р50, Р43 и 108 р. 00 к.
Р38
Накладки объемлющие для Р65, Р50 и Р43 111 р. 00 к.
изолирующих стыков
Накладки фартучные la, 111а и I Va 119 р. 00 к
Подкладки для костыльного Р75, Р65, Р50 и Р43 96 р. 00 к.
скрепления (обычные)
Подкладки для изолирую- Р65, Р50 и Р43 98 р. 30 к.
щих стыков
Подкладки для раздельного Р65 и Р50 108 р. 00 к.
скрепления
Клеммы жесткие Р65 и Р50 133 р. 00 к.
Болты стыковые 223 р. 13 к.
Шурупы 160 р. 15 к.
Костыли 136 р. 6 > к.
(см. рис. 18), а болты вставляются то с одной, то с другой стороны рельса.
Постоянство натяжения болтов в стыке обеспечивается с помощью различных пружинных шайб.
В устройствах СЦБ рельсовые нити часто используются для пропуска сигнального тока, а на линиях с электрической тягой — для пропуска обратного тягового тока. В пределах рельсовых цепей стыки должны хорошо пропускать ток.
Нужная токопроводимость в стыках достигается нанесением слоя графитовой смазки на предварительно очищенные и промытые керосином поверхности соприкасания рельса с накладками.
На участках с диспетчерской централизацией стрелок на стыках стрелочных переводов на однониточных цепях применяют графитовую смазку и, кроме того, устанавливают стыковые соединители из двух оцинкованных проволок диаметром 5 мм (см. рис. 16).
На электрифицированных линиях до перехода на графитовую смазку пропуск через стык обратного тягового тока обеспечивается рельсовыми соединителями из медного троса диаметром 10 мм с концами в стальных манжетах, которые привариваются к боковой наружной грани головок рельсов (рис. 19).
На границах рельсовых цепей устраиваются изолирующие стыки, не пропускающие электрического тока.
Рис. 20
27
Основным типом изолирующего стыка является стык с металлическими объемлющими накладками 1 (рис. 20), с изолирующими прокладками 2, 3 и 5 и втулками 4 из фибры или гетинакса и с изолирующей прокладкой в зазоре. Проходят эксплуатационную проверку клееные изолирующие стыки.
Внедряются изолирующие прокладки и втулки из полиэтилена. Новая изоляция выпускается для рельсов типов Р43, Р50 и Р65 с объемлющими накладками и для рельсов Р75 с двухголовыми накладками.
Оптовые цены рельсовых скреплений франко-вагон (судно), станция (порт, пристань) назначения для дорог СССР приведены в табл. 6.
Глава III
ШПАЛЫ
§ 8. Назначение шпал и требования предъявляемые к ним
Основное назначение шпал заключается в том, чтобы: 1) воспринимать давления от рельсов и передавать их балластному слою; 2) упруго перерабатывать динамические воздействия; 3) обеспечивать постоянство ширины колеи и совместно с балластом устойчивое положение рельсо-шпальной решетки в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
В соответствии с этим назначением шпалы должны обладать достаточной прочностью, упругостью, хорошо сопротивляться механическому износу и перемещениям, быть простыми по форме для изготовления и содержания, иметь наибольший срок службы и наименьшую стоимость изготовления и содержания.
Число шпал на 1 км зависит от нагрузок на оси подвижного состава, грузонапряженности линий, скоростей движения поездов, типа рельсов, типа балластного слоя, плана и профиля пути. В СССР укладывают на 1 км пути 1 600 (на второстепенных путях), 1 840 и 2 000 шпал.
Схема расположения шпал на рельсовом звене называется эпюрой укладки шпал.
Шпалы по материалу, из которого они изготовляются, различают: 1) деревянные, 2) железобетонные и 3) металлические.
§ 9. Деревянные шпалы
Деревянные шпалы имеют наибольшее распространение на дорогах мира, так как они в наибольшей степени отвечают техническим требованиям, предъявляемым к шпалам.
Главными достоинствами деревянных шпал являются: а) хорошая упругость; б) простота изготовления и эксплуатации — при транспортировке, подбивке, смене и т. п.; в) большое электросопротивление; г) сравнительно небольшая стоимость.
28
К недостаткам деревянных шпал относят: а) недостаточный срок службы их при большой грузонапряженности; б) большую затрату деловой древесины, необходимой для разнообразнейших потребностей народного хозяйства.
С первого января 1966 г. на дорогах СССР укладываются деревянные шпалы, изготовляемые по ГОСТ 78—65. По этому ГОСТу деревянные шпалы подразделяются на два вида: А (обрезные), у которых пропилены все четыре стороны, и Б (необрезные), у которых пропиленыдве противоположные стороны — постели, и на три типа: I — для главных путей, II —для станционных и подъездных, III —для малодеятельных подъездных путей промышленных предприятий.
Шпалы должны изготовляться из сосны, ели, пихты, кедра, бука и березы.
Размеры поперечных сечений шпал показаны на рис. 21. Длина шпал 2,75 м. По заказу МПС для особо грузонапряженных участков поставляются шпалы длиной 2,8 м и для участков, где укладываются совмещенные пути с различной шириной колеи, длиной 3 м.
Деревянные шпалы снимаются с пути из-за гниения и механического износа. Эти процессы протекают одновременно, влияя друг на Друга.
В СССР принята система выборочной смены шпал, за исключением случаев капитального ремонта (сплошная смена шпал). Проф. М. А. Чернышев предлагает определять средний фактический срок службы деревянных шпал /ср.ф на основании натурного осмотра по следующему выражению:
«ср. ф — — - >
п (т2 — ffij)
где А — общее количество шпал, лежащих в пути;
т1 и т2 — количество негодных шпал в пути по натурному осмотру соответственно к началу и к концу периода (года, пятилетки);
п — количество шпал, уложенных в путь за период /н; /н — длительность периода наблюдения.
Величины A, mlt т2 и п берутся из технических паспортов пути и из технической отчетности.
750
29
По данным МИИТа и ЦНИИ МПС, срок службы деревянных шпал при различных рельсовых скреплениях в зависимости от количества прошедшего груза представлен графиком на рис. 22 (где кривая 1 относится к костыльным скреплениям, кривая 2 — к раздельным с жесткой клеммой, кривая 3 — к раздельным с пружинной клеммой).
Стоимость одной сосновой пропитанной шпалы (франко-место погрузки) составляет: I типа—от 5 р. 90 к. до 7 р. 10 к., II типа—4 р. 80 к. — 5 р. 85 к., а лиственничных на 20% выше.
Борьба за продление срока службы деревянных шпал имеет боль
шое народнохозяйственное значение и включает в себя целый комплекс мероприятий, а именно: заготовка древесины, как правило, в зимний период; изготовление шпал только из здоровой древесины; хранение и просушивание шпал до пропитки без доступа прямых лучей солнца; сверление костыльных и шурупных отверстий перед пропиткой; стя-
гивание шпал винтами для предупреждения их растрескивания; предварительное накалывание постели и боковых граней шпал перед пропиткой для увеличения ее глубины и предупреждения растрескивания
шпал; высококачественная пропитка шпал на заводах масляными антисептиками (каменноугольным, креозотовым или антраценовым маслом); правильное (по инструкции) хранение шпал после пропитки на заводах и на дорогах до укладки их в путь; бережная погрузка, транспортировка, выгрузка, укладка шпал в путь и подбивка балластом; применение раздельных и смешанных промежуточных скреплений и подкладок с площадью передачи давления на шпалу, предотвращающей ее смятие; широкое применение специальных прокладок, например из прессованной древесины или другого материала, между подкладкой и поверхностью шпалы для предохранения ее от механического износа и высококачественных материалов в качестве балласта, чтобы избежать загнивания шпал; полная ликвидация угона пути; укладка в путь шпал в количествах (на 1 км), соответствующих грузонапряженности, нагрузке на оси подвижного состава и скоростям движения поездов; высококачественное текущее содержание пути в целом и шпального хозяйства, в частности.
§ 10. Железобетонные шпалы
После второй мировой войны во многих странах наметился усиленный переход к железобетонным шпалам. Наибольшее внедрение они получили в СССР, ГДР, ФРГ, Франции, Англии, Венгрии, Чехословакии и Бельгии.
Преимуществами железобетонных шпал в сравнении с деревянными является то, что они: I) сберегают древесину для народного хозяйства, 30
2) не подвергаются гниению, 3) допускают большие напряжения на смятие, 4) обладают большей сопротивляемостью перемещениям, 5) имеют больший срок службы.
Вместе с этим железобетонные шпалы имеют и ряд недостатков, а именно: 1) обладают меньшей упругостью, чем деревянные и поэтому требуют применения упругих прокладок; 2) имеют большую электропроводимость и поэтому требуют применения электроизоляционных элементов; 3) являются более хрупкими, поэтому необходима весьма осторожная их погрузка, транспортировка, выгрузка и подбивка; 4) вследствие большого веса (150—250 кг 1 штука) менее удобны при погрузках, выгрузках и при работесними в пути, чем деревянные; 5) они пока дороже деревянных.
В СССР предпочтение отдается предварительно напряженным струнобетонным брусковым шпалам. К достоинствам их относятся: меньший расход и меньшая стоимость арматуры, высокое предварительное напряжение и высокая прочность против трещинообразования по сравнению со шпалами без предварительного напряжения арматуры.
Для дорог СССР ГОСТ 10629—71 введены четыре типа брусковых струнобетонных шпал: С-56-2 (рис. 23); С-56-2М; С-56-3; С-56-ЗМ. Различаются они формой подрельсовых площадок и деталями присоединения промежуточного скрепления (габл. 7). Особенность этих шпал заключается в том, что они имеют переменное сечение по длине с большей высотой в подрельсовой части и меньшей в средней. Ширина их увеличивается к концам. Шпалы армированы стальной углеродистой холоднотянутой периодического профиля струной диаметром 3—5 мм.
Шпалы типа С-56-1 с 1967 г. не выпускаются, так как деревянные втулки выходят из строя значительно раньше срока службы самих шпал, а замена их или изъятие шпал для ремонта — весьма затруднительны.
Кроме струнобетонных шпал применяются брусковые со стержне-
Рис. 23
31
Таблица 7
Тип шпалы Типы Провожу точных рельсовых скреплений Способы прикрепления рельса к шпале
С-56-1 К2-50 и К2-65 раздельные, клем- Шурупами, завинчиваемыми во
С-56-2; мно-шурупные с плоской подкладкой КБ-50 и КБ-65 раздельное клем- втулки из пропитанной древесины ^Болтами, вставляемыми с поворо-
С-56-2М мно болтовое с плоской под- том на 90° в металлические
С-56-3; С-56-ЗМ кладкой ЖБ-50 и ЖБ-65 нераздельные, клеммно-болтовые с пружинными клеммами без подкладки удерживающие шайбы
вой арматурой. В таких шпалах в качестве арматуры принимают стержни большого диаметра — до 22 мм, изготовляемые из горячекатаной высокопрочной стали. Арматура шпалы чаще всего состоит из двух таких стержней. Стержневая арматура поддерживается в напряженном состоянии при помощи гаек, навинченных на концах стержней. Главнейшими преимуществами стержневой арматуры считают: надежное закрепление арматуры в бетоне, независимо от диаметра и обработки; упрощение технологии изготовления шпал и при отсутствии связи арматуры с бетоном возможность последующего натягивания стержней. К недостаткам брусковых шпал со стержневой арматурой относят: больший расход металла, чем на шпалы струнобетонные; сосредоточенное расположение арматуры и связанное с этим более сильное раскрытие трещин, нежели в шпалах с рассредоточенной арматурой. Вследствие этого изготовление таких шпал в СССР прекращено.
§ 11. Показатели экономической эффективности применения железобетонных шпал
Наиболее важным показателем экономической эффективности применения железобетонных шпал является высвобождение ценной древесины для нужд различных отраслей народного хозяйства. Наряду с этим применение железобетонных шпал позволяет сократить расходы на текущее содержание пути, ввиду того что путь на железобетонных шпалах более стабилен. По данным проф. В. Я. Шульги, эта экономия должна составить более 25% по сравнению с содержанием пути на деревянных шпалах.
В СССР цена франко-завод-изготовитель одной струнобетонной шпалы для скреплений с закладными болтами в зависимости от местных условий находится в границах от 7 руб. до 15 р. 50 к. Но по мере накопления опыта и совершенствования процесса изготовления эта стоимость постепенно снижается. Установленных сроков службы железобетонных шпал для сети дорог пока не имеется. Называются различные — от 35 до 50 лет — в зависимости от грузонапряженности. Изучение опыта эксплуатации железобетонных шпал на Октябрьской 32
Таблица 8
Тип рельса Тип рельсового скрепления Средние осевые нагрузки, Т Критический тоннаж, млн. tn брутто
Р65 КБ 15,4 1 400
Р65 КБ 12,6 1 650
Р65 ЖБ 15,4 750
Р65 ЖБ 12,6 840
Р65 К2 15,4 900
Р65 К2 12,6 950
Р50 К2 15,3 650
дороге (с 1954 г.) и анализ их выхода, проведенный ЛИИЖТом, показал, что срок службы железобетонных шпал при здоровом земляном полотне и балластном слое, соответствующем техническим условиям, зависит от конструкции шпалы, типа рельсов и скреплений, грузонапряженности, скорости движения и осевых нагрузок. На основании этого получен критический тоннаж, представленный в табл. 8, после пропуска которого струнобетонные железобетонные шпалы оказываются пораженными дефектами, а объем ежегодной одиночной смены достигает 30—40 шт. на 1 км пути.
В процессе эксплуатации пути с железобетонными шпалами увеличивается износ рельсовых скреплений, что побуждает производить смену рельсо-шпальной решетки с перекладкой ее на менее деятельные линии, а затем на станционные и подъездные пути. Такая система многократной перекладки путевой решетки с железобетонными шпалами позволит увеличить срок службы этих шпал значительно больше 50 лет.
§ 12. Металлические шпалы
Наиболее широкое распространение металлические шпалы получили на дорогах ГДР, ФРГ и Индии. В Индии на стальных шпалах уложено 24% протяжения пути и на чугунных — 31%. Влажный и жаркий климат в Индии способствует усиленному гниению древесины, а в некоторых районах деревянные шпалы быстро приводятся в негодность термитами (белыми муравьями). Шпалы дорог ГДР и ФРГ в поперечном сечении имеют корытообразную форму (рис. 24); вес промежуточных шпал (рис. 24, а) 50—80 кг и стыковых (рис. 24, б) — 115— 145 кг.
2 Зак. 668
33
Рис. 24
Достоинствами металлических шпал считают: а) более длительный срок службы, чем срок службы деревянных шпал; б) меньший вес, нежели вес железобетонных шпал; в) возможность их укладки в горячих цехах промышленных предприятий. Вместе с этим им присущи следующие существенные недостатки: 1) большая жесткость пути, чем при деревянных шпалах; 2) значительный шум при движении поездов; 3) высокая электропроводимость; 4) подверженность коррозии; 5) большая затрата металла на шпалы.
Глава IV
БАЛЛАСТНЫЙ СЛОИ. ВЕРХНЕЕ СТРОЕНИЕ ПУТИ В ЦЕЛОМ
§ 13. Материал балластного слоя и требования, предъявляемые к нему
Балластный слой имеет назначение: 1) воспринимать давление от шпал и передавать это давление на основную площадку земляного полотна; 2) упруго перерабатывать удары о рельсы колес подвижного состава; 3) обеспечивать устойчивость рельсо-шпальной решетки; 4) отводить воду от верхнего строения пути.
В соответствии с назначением балластного слоя материал для него должен быть: 1) прочным, 2) упругим, 3) хорошо сопротивляющимся смещениям, 4) водо- и морозоустойчивым, 5) плохим проводником тока.
Материалами для балластного слоя могут быть: шебень, отходы асбестовой промышленности, гравий, песок, ракушка и шлаки.
Щебень изготовляется из твердых каменных пород: гранита, кварцита, порфира, диорита, базальта, известняка и др. Нормальный размер щебенок считается в пределах 25—60 мм (по ГОСТ 7392—70). Щебеночный балласт является наилучшим, так как он в наибольшей степени, особенно по упругости и обеспечению устойчивости рельсошпальной решетки, удовлетворяет предъявляемым к балластному слою требованиям.
Асбестовый балласт начали применять в СССР с 1938 г. на дорогах Урала и Сибири. Он представляет собой песчано-гравийную массу раздробленных горных пород с присутствием асбеста в виде мелких волокон до 5%. Опыт Свердловской и Западно-Сибирской дорог показывает, что асбестовый балласт не пучится и препятствует лучше всех других балластов проникновению засорителей. Ремонты пути на этом балласте дешевле, чем на щебеночном. Однако асбестовый балласт несколько хуже, чем щебень, выдерживает большие нагрузки (особенно в стыках) и малоустойчив против ливневых дождей.
Гравий представляет собой продукт разрушения твердых не-выветривающихся пород. Зерна его имеют округлую форму и поэтому менее устойчивы, чем частицы щебня. Он является достаточно хорошим материалом для балласта.
Песчаные балласты в СССР применяются из крупнозернистого и среднезернистого песка. Эти балласты являются наихудшими, ввиду того что они в меньшей мере, чем другие материалы, удов-3-1
летворяют требованиям, предъявляемым к балластному слою, особенно ввиду резкого уменьшения упругости при замерзании.
Ракушечный ба л ласт распространен на дорогах юга СССР. Этот материал получается в результате разработки ракушечных морских отложений. Свежий ракушечный балласт вначале работает лучше песчаного. С течением же времени ракушки измельчаются, образуют пыль, за счет которой балластный слой цементируется, плохо пропускает воду и теряет упругость.
Шлаки для балласта употребляют доменные, из мартеновских печей, из печей для плавки цветных металлов и паровозные. Металлургические шлаки представляют собой хороший материал для балластного слоя. Эти шлаки для балласта должны быть кислые.
Паровозные шлаки не отличаются высокой прочностью, а имеющиеся в них серные примеси вредно действуют на металл, поэтому их разрешается применять лишь на второстепенных путях.
На дорогах Европы и США в качестве балластного материала применяется преимущественно щебень и в некоторых странах — шлаки.
§ 14. Поперечные профили балластной призмы
Размеры балластной призмы должны обеспечивать устойчивое положение рельсо-шпальной решетки и допускаемые напряжения на поверхности земляного полотна.
На дорогах СССР по типовым поперечным профилям балластной призмы, действовавшим до 1964 г., толщина слоя щебня под шпалой составляла 25 см при деревянных и 30 см при железобетонных шпалах, а ширина плеча — 15 см.
Прямой, участок пути.
Размерь/ S см
Рис. 25
2!
35
Таблица 9
Г рузонапряженность линии, млн. ткм/км брутто в год, н тип верхнего строения Шпалы Толщина балластного слоя, см Ширина плеча балластной призмы. см Крутизна откосов
Щебня Песчаной Подушки
Более 50; особо тя- Деревянные 35 20 1 1-15
желый Железобетонные 40 20 / чЭ 1.1,0
25—50; тяжелый Деревянные 30 20 ] ос 1 . 1 к
Железобетонные 35 20 / оэ 1.1,0
Менее 25; нормаль- Деревянные 25 20 25 1'15
ный Железобетонные 30 20 J
С 1964 г. Министерством путей сообщения введены новые поперечные профили балластной призмы с размерами, приведенными в табл. 9.
На рис. 25 представлены поперечные профили балластной призмы из щебня или гравия для нормального типа верхнего строения с железобетонными шпалами однопутной линии, на рис. 26—балластной призмы из щебеня на песчаной подушке для тяжелого типа верхнего строения пути при деревянных шпалах двухпутной линии, а на рис. 27 — то же для тяжелого типа верхнего строения, но при железобетонных шпалах.
При недостаточной толщине балластного слоя возникают и развиваются до опасных размеров деформации основной площадки земляного полотна. При недостаточной ширине верха балластной призмы (при малых плечах) в меньшей степени обеспечивается устойчивость
Путь на кривой R=000m при. возвышении, наружного рельса 100мм
36
Путь на кри.Вой. П ~600м при Возвышении. наружного рельса 100мм
рельсо-шпальной решетки. Поэтому новые поперечные профили балластной призмы отличаются от старых несколько большими размерами толщины балластного слоя под шпалой и ширины призмы поверху. При новых профилях балластной призмы увеличиваются сроки службы рельсов, шпал и скреплений, уменьшаются объемы работ по ремонту пути. Сроки окупаемости дополнительных первоначальных затрат при устройстве новой призмы оказались небольшими, в зависимости от типа верхнего строения в пределах 1,7—3,2 года.
§ 15. Сроки службы балластного слоя
Сроки службы, т. е. сроки между очистками или заменой, балласта зависят от интенсивности процессов: а) загрязнения и засорения балласта частицами, попадающими извне (с поездов, от ветра) и получающимися в результате измельчения частиц балласта от воздействия поездных нагрузок и при подбивке, и б) убыли балласта вследствие выдувания и вымывания его частиц.
Общее количество груза Т5 в млн. т брутто, которое может быть пропущено по пути до достижения предельного засорения и загрязнения балласта, определяется приближенно по выражению
Тб=^, (16)
к
где D — максимально допустимая величина загрязнения балласта перед очисткой или полной заменой его (для щебня 35—40%, для карьерного гравия и песка 15% и для ракушки 20%);
37
d — допускаемая величина загрязнения балласта при укладке в путь (для щебня до 5%, для карьерного гравия до 6%, для ракушки и песка до 10%);
k — интенсивность засорения и загрязнения балласта, % по весу, от прохода 1 млн. т брутто в зависимости от расстояния зарождения грузопотоков, загрязняющих балластный слой.
Величина k определяется эмпирически на основе наблюдения за засорением балластной призмы Эта величина для щебня и гравия приведена в табл. 10.
Таблица 10
Род балласта Тип рельсов Расстояние от места погрузки угольных, рудных и торфяных маршрутов, км
300, нормальные условия 300—200 200—100 100-50 50
Щебень Р65 0,12 0,15 0,30 0,33 0,57
» Р50 0,18—0,20 0,23—0,25 0,28—0,30 0,43—0,45 0,63—0,65
» Р43 0,22—0,26 0,27—0,31 0,32—0,36 0,47—0,51 0,67—0,71
Карьер- Р50 0,045 — 0,08 0,17 —
нын гравий Тэ же Р43 0,06—0,074 — 0,11—0,14 0,19—0,22 —-
Срок службы балласта в годах /б при постоянном годовом тоннаже ТТ при известном Т6, очевидно, будет
А:
Т6
(17)
а при изменяющемся годовом тоннаже определится как число слагаемых правой части выражения
<= <б
2 Л=Л-!-Л + П+ - +Лб, (18) 4= 1
где Tt — тоннаж, проходящий в i-м году.
Продлению срока службы балластного слоя способствуют: 1) укладка в путь более мощных рельсов и наибольшего числа шпал на 1 км\ 2) укладка в путь балласта из высококачественного материала; 3) устройство балластной призмы расчетных размеров; 4) укладка защитных покрытий щебеночного слоя; 5) тщательное текущее содержание пути; 6) проведение мер, обеспечивающих уменьшение засорения балластного слоя.
38
§ 16. Экономическая эффективность применения щебеночного балласта
Укладка в путь щебеночного балласта является не только мерой усиления пути, но и весьма эффективным средством снижения эксплуатационных расходов в доле, зависящей от балласта. Экономическая эффективность применения щебеночного балласта по сравнению с песчаным выражается: в снижении расходов на текущее содержание пути на 20—25% и амортизационных отчислений на 20—22% за счет увеличения сроков службы рельсов и шпал; в уменьшении в два— три раза расходов на средний и подъемочный ремонты пути; в снижении расходов на тягу поездов и ремонт подвижного состава ввиду уменьшения сопротивления движению поездов ( при рельсах типа Р50 и тепловозной тяге экономия на 1 млн. т брутто перевозимого груза в год составляет более 4 руб. на 1 км); наконец, в экономии расходов на перевозку балластных материалов.
Замена песчаного балласта щебнем требует дополнительных капиталовложений. Экономическая целесообразность таких затрат устанавливается по сроку окупаемости их эксплуатационными сбережениями.
Для среднесетевых условий цена 1 м3 щебня составляет 2,5 руб. против 0,5 руб. за 1 м3 песчаного балласта. (Фактическая стоимость 1л3 щебня на заводах МПС колеблется в широких пределах—от 1,3 руб. до 3,9 руб. в зависимости от технического оснащения завода и других условий.)
Кроме стоимостных показателей, следует иметь в виду и преимущества применения щебня по натуральным показателям. Трудоемкость текущего содержания пути на щебеночном балласте снижается на 32— 52%. Так как на этих работах занято около 40% контингента службы пути, то отсюда вытекает и поднятие производительности труда на 12— 20%. Увеличение срока службы рельсов, лежащих в пути на щебне, снижает расход металла на 20%. Сокращение перевозок балласта при переходе на щебеночный балласт освобождает вагоны для народнохозяйственных перевозок и приводит к уменьшению капитальных затрат на увеличение вагонного парка.
Ввиду указанных преимуществ щебеночного балласта протяжение путей на щебне непрерывно возрастает. Так к 1959 г. в СССР было 29 тыс. км пути па щебне, а к январю месяцу 1971 г. переведено на щебень около 111 тыс. км.
§ 17. Верхнее строение пути в целом
Верхнее строение пути должно соответствовать эксплуатационным условиям. Поэтому несомненно один и тот же тип верхнего строения нецелесообразно как технически, так и экономически применять в различных эксплуатационных условиях.
На основании исследований ЦНИИ МПС установлены три типа верхнего строения пути: особо тяжелый, тяжелый и нормальный, характеристики которых приведены в табл. 11.
39
Таблица 11
Показатели и условия применения Типы верхнего строения пути
особо тяжелый тяжелый нормальный
Вес рельсов, кг/пог- м Число шпал на 1 км: 75 65 50
в прямых 1 840 1 840 1840
в кривых радиуса 1 200 м и менее, а на участках, где скорости превышают 120 км/ч, в кривых радиуса 2 000 м и меиее 2 000 2 000 2 000
Род и тип шпал Железобетонные и деревянные I типа Железобетонные и деревянные I и II типов Железобетонные и деревянные I, II и III типов
Балласт Размеры балластной призмы, см: Щебень на песчаной подушке и асбестовый балласт Щебень и сортированный гравий на песчаной подушке, асбестовый балласт Щебень н сортированный гравий на песчаной подушке, асбестовый балласт, карьерный гравий, ракушка
толщина щебня под шпалой 40/35 35/30 30/25
толщина песчаной подушки 20 20 20
Г рузонапряженность, млн. ткм/км в год 50 н более От 25 до 50 25 и менее
Примечание. В числителе—толщина щебня для пути с железобетонными шпалами, в знаменателе — с деревянными.
Каждый тип предназначен для линий соответствующей грузонапряженности. Все типы верхнего строения предусматривают обращение локомотивов с осевыми нагрузками до 23 Т, а вагонов—до 21 Т.
На линиях со скоростями движения от 121 до 160 км/ч верхнее строение должно применяться не ниже тяжелого типа.
Глава V
УГОН ПУТИ И БОРЬБА С НИМ
§ 18. Причины угона пути
Продольное перемещение рельсов относительно шпал или рельсов со шпалами вместе относительно балластного слоя под действием продольных сил, создаваемых проходящим подвижным составом и изменением температуры, называют угоном пути.
Обычно угон пути проявляется на горизонтальных площадках, но в большей мере на скатах, и особенно на тормозных участках. Он 40
происходит в сторону движения поездов. На однопутных линиях угон достигает большей величины в направлении большего грузопотока.
Причин, образующих угон пути, несколько. К их числу относят: 1) сопротивление движению колес подвижного состава; 2) удлинение и укорочение рельсов под действием температурных сил; 3) удары колес о рельсы в стыках; 4) удары колес в боковые грани рельсов при косых набеганиях экипажей на прямых и при входе их в кривые участки пути; 5) изгиб рельсов под движущейся нагрузкой. Угон является чрезвычайно вредным для пути. Он вызывает расстройства пути и дополнительные работы по перегонке шпал и разгонке зазоров, а также ускоряет износ элементов пути. На угоняемых участках 30—40% всех расходов по содержанию и ремонту пути связано с наличием угона.
§ 19. Борьба с угоном пути
Радикальным средством в борьбе с угоном пути является создание такой конструкции верхнего строения, которая обладала бы большим сопротивлением продольному перемещению. Применение раздельных промежуточных скреплений вообще и с пружинящими элементами, в частности, почти полностью ликвидирует угон; уменьшению угона способствует постановка пути на щебень. Опыты показывают, что сопротивление незагруженной шпалы перемещению вдоль пути при щебеночном балласте составляет около 800 кГ, а при песчаном — около 600 кГ; уменьшение угона достигается также увеличением числа шпал на 1 км.
Для закрепления пути от угона существуют различные системы противоугонов. Наиболее простыми и удобными в эксплуатации являются пружинные противоугоны (рис. 28), передающие силы угона на шпалу. Достоинствами таких противоугонов являются: простота конструкции, одноэлементность и малый вес, который для рельсов типа Р65 составляет 1,28 кг, типа Р50—1,15 кг, типа Р43—1,01 кг. Сопротивление смещению этих противоугонов по подошве рельсов составляет 500—600 кГ.
Количество противоугонов, устанавливаемых на одно рельсовое звено, зависит от плана и профиля линии, от характеристик участка,
41
Вад с торца сковы Боковой вид
рода балласта и т. п. На одном рель-совом звене, например длиной 25 м, может устанавливаться до 34 пар противоугонов.
Кроме пружинных противоугонов, применяются также самозаклиниваю-щиеся противоугоны (рис. 29), состоящие из скобы и клина.
Имеются на сети дорог СССР и кли-Рис. 30 новые противоугоны системы Шестопа-
лова и системы Истомина (рис. 30). Такой противоугон представляет собой скобу, обхватывающую
подошву рельса, со свисающим якорем, который упирается в шпалу. Скоба-противоугон закрепляется на подошве рельса клином. Вес клиновых противоугонов составляет 4—4,5 кг. Сила сопротивления сдвигу одного противоугона 2 500 — 3 000 кГ. Клиновые противоугоны устанавливаются таким образом, что одна пара их передает
угоняющие усилия на несколько шпал через деревянные распорки, помещаемые между шпалами. Однако распорки осложняют содержание и ремонт пути.
Глава VI
БЕССТЫКОВОЙ ПУТЬ И ВЕРХНЕЕ СТРОЕНИЕ С ПОДРЕЛЬСОВЫМ ОСНОВАНИЕМ ИЗ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА
§ 20. Бесстыковой путь
Бесстыковой путь является наиболее прогрессивным и совершенным типом железнодорожного пути. Он может быть двух разновидностей: 1) температурно-напряженный бесстыковой путь без периодической разрядки температурных напряжений; 2) температурно-напряженный бесстыковой путь с периодической разрядкой температурных напряжений.
В принципе работа пути этих двух его разновидностей практически ничем не отличается. Разница заключается лишь в том, что путь первой разновидности работает при фактической годовой температурной амплитуде данной местности, а второй — при искусственно уменьшенной амплитуде. Наиболее эффективно применение бесстыкового пути без периодической разрядки температурных напряжений.
К применению бесстыкового пути с периодической разрядкой (сезонной— весной и осенью) прибегают в тех случаях, когда по местным условиям (большая амплитуда колебаний температуры, тяжелый обращающийся подвижной состав, недостаточная мощность конструкции пути и т. п.) в рельсовых плетях могут возникнуть напряжения выше допускаемых или не обеспечивается устойчивость пути.
Основными особенностями температурнонапряженного бесстыкового пути являются значительные дополнительные температурные напряжения в рельсах и 42
стремление концевых участков плетей изменять свою длину. Эти особенности обусловливают специальные требования к конструкции верхнего строения и к технологии производства работ по укладке, содержанию и ремонту пути.
Главнейшие требования к конструкции такого бесстыкового пути сводятся к следующему.
1) рельсы должны обладать запасом прочности при работе на изгиб и кручение для компенсации температурных напряжений в размере 1 250—1 500 кГ/см2;
2) рельсо-шпальная решетка должна быть устойчива против выброса при нагревании рельсов солнечными лучами;
3) балластная призма должна оказывать сопротивление перемещению в ней шпал;
4) рельсовые скрепления должны препятствовать изменению начального зазора в стыке плетей более чем на 10—12лы/ при максимальном возможном изменении температуры рельса. Прикрепление рельсов к шпалам должно предотвращать угон плетей по шпалам и образование значительного зазора зимой. Для этого промежуточное скрепление должно обеспечивать погонное сопротивление порядка 25 кПсм по одной рельсовой нити, а стыковое соединение — сопротивление порядка 30 и 40 Г соответственно для рельсов типов Р50 и Р65.
В зависимости от способа соединения рельсовых плетей друг с другом может быть: 1)путь с уравнительными рельсами (рис. 31, а) и 2) путь с уравнительными приборами на каждом конце плети (рис. 31, б). Путь первого варианта (см. рис. 31, а) представляет собой рельсовые плети длиной 800 м, между которыми укладывают три-четыре звена с рельсами нормальной длины. При разрядке температурных напряжений эти рельсы снимают, понуждают удлиниться рельсовые плети, затем после их закрепления на место снятых рельсов укладывают укороченные рельсы на величину удлинения плетей. Путь второго варианта (рис. 31, б) представляет собой рельсовые плети длиной 800 м, между которыми вместо уравнительных рельсов укладываются уравнительные приборы. Уравнительный прибор напоминает собой узел стрелки—остряка и рамного рельса, который обеспечивает свободное перемещение концов плетей до 50 см.
а)
HI------lh
hi---Il--1------------------------------41-
Бесстыковые рельсовые плети.
З-Ч звена
S00M
-hi---II--1
J-4звена
Бесстыковые рельсовые плети.
Уравнительные
I !-»•---------------------------I—кх_______________________
бесе паковые рельсовые ылесть подборы -----------------------------<5^-41—-------------------
Рис. 31
43
Существенными недостатками конструкции пути с периодической разрядкой температурных напряжений считают трудоемкость производства разрядки температурных напряжений. Поэтому предпочтение отдают конструкции бесстыкового пути без периодической разрядки температурных напряжений.
Важнейшими преимуществами применения бесстыкового пути являются: 1) сбережение металла за счет уменьшения стыковых скреплений; 2) исключение динамических ударов, происходящих в стыках звеньевого пути; 3) уменьшение износа рельсов и ходовых частей подвижного состава; 4) ликвидация выхода рельсов по стыковым дефектам; 5) уменьшение сопротивления движению поездов; 6) сокращение расходов по содержанию и ремонту пути и подвижного состава.
Экономия металла за счет отсутствия стыков, например на бесстыковом пути с рельсами типа Р65 (вместо рельсов 12,5 л), составит 7,8 т на 1 км.
Срок службы рельсов бесстыкового пути возрастает примерно до 20% против стыкового, деревянных шпал—на 8—13%, а балласта (до очистки) — на 25 %.
Расход рабочей силы и средств на текущее содержание 1 км бесстыкового температурно-напряженного пути без сезонных разрядок на 25—30%, а с периодической разрядкой на 10—15% меньше норм, установленных для стыкового пути.
В СССР бесстыковой путь начал применяться с 1955 г. К началу девятой пятилетки протяженность бесстыкового пути составила более 16 000 км.
Большое распространение бесстыковой путь получил на заграничных дорогах: в ФРГ, где длина плетей различная—от 900м до нескольких километров, уложено более 42 000 км такого пути, в США (длина плетей от 122 до 500 м) — более 27 000 км, во Франции (длина плетей 800 м) — более 10 000 км, в Чехословакии — более 5 000 км.
Интенсивно расширяется применение бесстыкового пути на дорогах Венгрии, Польши, Австрии и Англии.
§ 21. Верхнее строение с подрельсовым основанием из железобетона
Верхнее строение пути с рельсо-шпальной решеткой и балластной призмой существует более ста пятидесяти лет. Конструкция его обладает следующими ценными качествами: а) сравнительно проста в содержании и позволяет легко заменять отдельные элементы по тем или иным причинам; б) допускает постепенное усиление верхнего строения и изменение норм устройства и содержания; в) легко восстанавливается в случае повреждения; г) допускает использование широко распространенных материалов. Несмотря на это, такое верхнее строение представляет собой и в настоящее время такую конструкцию, в которой еще не использованы все резервы для обеспечения высокой грузонапряженности, больших нагрузок на оси и высоких скоростей движения.
41
При возрастающей работе по перевозкам усиление такого пути в основном должно идти по линии: 1) увеличения веса рельсов; 2) увеличения числа шпал на 1 км; 3) постановки пути на щебень; 4) широкого внедрения бесстыкового пути. На перспективу, помимо указанных направлений усиления конструкции верхнего строения пути, возникает необходимость идти и по линии создания новых конструкций его с равноупругим, с большим сроком службы, выгодным в эксплуатационных условиях подрельсовым основанием из железобетона.
Достоинствами пути с подрельсовым основанием из железобетона считают: равноупругость и стабильность пути; возможность применения рельсов меньшего веса, чем для пути обычной конструкции; хорошую сопротивляемость перемещениям, что особенно важно при бесстыковом пути; возможность в ряде случаев отказаться от щебеночного балласта; большой срок службы и наименьшие затраты по содержанию и ремонту пути.
Несмотря на указанные преимущества этого подрельсового основания, оно пока имеет весьма ограниченное применение. Это объяснить можно, с одной стороны, сложностью, малой изученностью и недостаточностью отработки таких конструкций, а с другой, — необходимостью значительных затрат денежных средств, металла, цемента и других материалов на их осуществление. Так, по данным ЦНИИ МПС, расход материалов на 1 км монолитного подрельсового основания из обычного железобетона составляет: 1) цемента 240 т, 2) щебня или гравия 712 м3, 3) песка 360 м3, 4) стали арматурной 219 т, 5) стали прочей 226 т.
Пионером в создании пути на бетонном основании является инж. Н. Е. Долгов. Путь, построенный им в 1909 г. протяженностью 98 м на станции Пологи Приднепровской дороги, представлял собой совершенно новую конструкцию без балластного слоя и шпал.
Следующее предложение по конструкции монолитного подрельсового основания появилось лишь спустя 17 лет в США. В 1926—1929 гг. на дороге Пер-Маркетт был уложен путь на бетонном основании, который распространения не получил.
В 1946 г. работники ЦНИИ МПС создали две конструкции подрельсового основания и уложили их на опытных участках По предложению инж. Б. И. Мушкатина и канд. техн, наук Е. М. Бромберга был уложен участок пути длиной 25 м с тавровыми прогонами.
Вторая конструкция, предложенная канд. техн, наук Б. В. Сорокиным, представляет собой щебнебетонный путь с несущими элементами в виде продольных железобетонных лежней или железобетонных шпал. Балластный слой (на участке длиной 40 л/) путем заливки щебня цементным раствором был превращен в монолит.
В 1956—1959 гг. ЦНИИ МПС (под руководством проф. М. Ф. Ве-риго) и Гипропромтрансстроем (Н. ЛА. Исаев) разработано 10 вариантов конструкций железобетонных подрельсовых оснований. Из них в настоящее время проходят испытания рамнолежневые (длина лежня 6,24 м) подрельсовые железобетонные основания по вариантам 8А (рис. 32), 8В и 8Т и плитные (ширина плиты 2,6 м) по варианту 4 (рис. 33).
45
Рис. 32
К 1971 г. общая длина опытных участков с блочным железобетонным подрельсовым основанием на дорогах СССР составляла около 18 км преимущественно рамнолежневой конструкции.
Себестоимость 1 л:3 железобетона в таких конструкциях фактически составляет пока 50—83 руб. Однако наметились возможности к ее снижению. Окупаемость блочных подрельсовых оснований как варианта 4, так и вариантов 8А и 8В по ориентировочным подсчетам при грузонапряженности 80 млн. ткм!км брутто в год составляет 5—8 лет.
Испытываются и изучаются блочные конструкции подрельсового основания и за рубежом.
В ГДР начали исследования железобетонных рам и плит с 1957 г. Предпочтение отдается плитам типа ДР2 длиной 4,99 м и шириной 2,2 м (опытный участок 2 км пути).
В Чехословакии в 1958 г. укладывались блоки шпалоплиты шириной 55,2 см, толщиной 14 см. В 1962 г. на линии Прага—Пльзень был заложен опытный участок длиной 100 м на плитах с сварными рельсами. Наблюдения за этим участком позволили констатировать, что: напряжение в рельсах оказалось меньше, чем в рельсах, уложенных на шпалах; для изготовления предварительно напряженных плит требуется примерно столько стали и бетона, сколько для соответствующего количества железобетонных шпал. В 1968 г. в ЧССР осуществлено непосредственно на месте укладки монолитное подрельсовое основание длиной 80 м (плиты бетонировались на гравийном слое, укрепленном цементом).
В США в 1965 г. был заложен экспериментальный участок пути длиной 972 м с подрельсовым основанием из железобетонных плит длиной каждая 3,4 м и толщиной 0,23 м.
В Англин (на линии Бингхем — Редлиф) создан участок пути протяженностью 504 м на плитном основании. Длина плиты 7 м и ширина 2,6 м. Стоимость укладки этого участка была очень высока.
В ФРГ в 1967 г. (в районе г. Нюрнберга) были уложены в путь для скоростного движения опытные конструкции бетонного основания трех типов. Конструкция первого типа представляет собой железобетонные 46
плиты длиной 5,17 м и шириной 2,4 м, расположенные на синтетическом покрытии (толщиной 4 см) по легкому бетону. Конструкции второго типа имеют те же размеры, но уложены на гравийном основании. Третий тип выполнен в виде железобетонных решетчатых плит длиной 6,48 м, уложенных на гравийном основании. Эти конструкции в 2,5— 3 раза дороже, чем обычный путь на деревянных шпалах.
В Японии заложены опытные участки на магистрали Новая Токай-до с тремя типами бетонного основания: 1) плитами с резиновыми регулировочными (для регулировки положения рельсов в вертикальной и горизонтальной плоскостях) прокладками; 2) плитами, под которыми уложен слой асфальтобетона толщиной 5 см и 3) плитами с использованием продольных пластмассовых труб. Японские специалисты считают, что медленное внедрение пути на бетонном основании объясняется высокой стоимостью его сооружения, большой жесткостью пути и сложностью ремонта поврежденного бетонного основания.
Часть вторая УСТРОЙСТВО И ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ
Определение ширины рельсовой колеи, установление размеров возвышения наружного рельса в кривых, выбор формы и расчет переходных кривых, определение порядка укладки укороченных рельсов в кривых—есть основные вопросы области устройства и проектирования рельсовой колеи. Оптимальное решение этих вопросов диктуется необходимостью обеспечения надлежащих условий взаимодействия пути и подвижного состава.
Особое значение указанные вопросы приобретают в связи с непрерывным ростом грузонапряженности, нагрузок на оси и скоростей движения поездов. Высокие скорости движения поездов выдвигают новые чрезвычайно важные требования к устройству и содержанию рельсовой колеи в плане и в профиле.
Глава VII
НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О ХОДОВЫХ ЧАСТЯХ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА. РЕЛЬСОВАЯ КОЛЕЯ В ПРЯМЫХ УЧАСТКАХ ПУТИ
§ 22. Некоторые сведения о ходовых частях подвижного состава
Взаимосвязь рельсовой колеи и ходовых частей подвижного состава обусловлена следующими особенностями последнего: 1) наличием гребней у колес; 2) поперечными перемещениями осей, а также наличием у некоторых экипажей поворотной (шкворневой) тележки или оси; 3) глухой насадкой колес; 4) коничностью поверхностей катания колес; 5) параллелизмом осей.
Гребни, или реборды (рис. 34), служат для того, чтобы колеса не смогли сойти с рельсового пути, а рельсы направляли колеса в движении.
Поперечные разбег и осей многоосных экипажей, осуществленные за счет разности длин шеек осей и буксовых подшипников (см. рис. 34), облегчают вписывание этих экипажей в кривые, особенно малых радиусов. Величины поперечных разбегов осей указываются в паспортных данных экипажей.
48
Рис. .34 Рис. .35
Многие паровозы на средней ведущей оси не имеют реборд, а отдельные оси (бегунковые, поддерживающие оси или тележки) имеют возможность поворота вокруг шкворня (или воображаемого центра) на определенный угол для облегчения вписывания в кривые.
Глухая насадка колес, т. е. неподвижное прикрепление колес к оси так, что при вращении колес вместе с ними вращается и ось, принято для предотвращения схода экипажей с рельсов, который может произойти в случае их свободной насадки при разработке ступицы или подступичной части, вследствие чего колесо примет наклонное к вертикали положение (рис. 35).
Ось с надетыми на нее двумя колесами называется колесной парой. На рис. 34 представлена схема колесной пары вагона.
Насадкой Т (см. рис. 34) принято называть расстояние между внутренними вертикальными гранями ободов колес. Нормальная насадка колесных пар Т равна 1 440 мм с допуском ±3 мм. У локомотивов и пассажирских вагонов в поездах, обращающихся со скоростями свыше 120 км!ч, отклонение от нормальной насадки в сторону уменьшения допускается не более 1 мм.
Коничность поверхности катания колес в СССР принята с уклоном к горизонту 1/20. Считается, что при наличии конических колес экипажи более «консервативны», стремятся занять при движении центральное положение в колее с подуклонкой рельсов, менее чувствительны к неровностям на пути. Соответственно этой коничности рельсы в путь укладываются с подуклонкой также 1/20.
На рис. 36 представлен профиль стальных вагонных колес.
Рис. 36
Гис. 37
49
Рис. 38
Максимальная толщина гребня установлена 33 мм и минимальная 25 мм у локомотивов при измерении на расстоянии 20 мм от вершины гребня, а у моторвагонного подвижного состава, тендеров и вагонов при измерении на расстоянии 18 мм от вершины гребня и максималь-
Электровоз серии ВЛ23 типа 3 -3
Рис. 39
ная толщина гребня 33 мм и минимальная 28 мм у локомотивов, тендеров и пассажирских вагонов, включенных в поезда, обращающиеся со скоростью свыше 120 км/ч.
Параллелизм осей, объединенных жесткой рамой, необходим для того, чтобы все экипажи могли вполне безопасно двигаться по рельсовой колее, имеющей определенную ширину. В противном случае при значительном перекосе в плане колесной пары (рис. 37) относительно рельсовых нитей возможен сход ее с рельсов.
ЗлектроВои серии ЗЛИ типа 2(2 -2)
Рис. 40
50
Расстояние между крайними осями экипажа, остающимися параллельными друг другу при движении как по прямым, так и по кривым, называется жесткой базой экипажа. На рис. 38, а, б и в показаны в плане колесные схемы двухосного, трехосного и четырехосного вагонов, на рис. 39 — колесная схема электровоза ВЛ23, на рис. 40 — колесная схема электровоза ВЛ8 (длина жесткой базы обозначена через Lo).
§ 23. Рельсовая колея на прямых участках пути
В СССР в соответствии с Правилами технической эксплуатации железных дорог (§ 24) ширина колеи между внутренними гранями головок рельсов на прямых участках пути и на кривых радиуса 350 м и более должна быть 1 520 мм с отклонениями по уширению +6 мм и по сужению — 4 мм, а на участках, где установлены скорости 50 км/ч и менее, отклонения не должны превышать по уширению +10 мм и по сужению --4 мм.
Фактически же в настоящий момент господствующей шириной колеи на прямых участках пути и в кривых радиуса 350 м и более является колея 1 524 мм с отклонениями по уширению +6 мм и по сужению — 4 мм. Поэтому в упомянутых Правилах технической эксплуатации (§ 24) указывается, что порядок перехода на колею 1 520 мм устанавливается МПС.
Следует иметь в виду, что, кроме того, под подвижной нагрузкой упругое расширение колеи, по данным ЦНИИ МПС, на прямых участках с рельсами типов Р43, Р50 и Р65 может доходить до 2 мм.
Верх юловок рельсов обеих нитей пути на прямых участках должен быть в одном уровне. Разрешается на прямых участках на всем протяжении каждого из них содержание одной рельсовой нити на 4 мм выше другой.
Если поставить колесную пару любого железнодорожного экипажа на рельсовую колею так, чтобы гребень одного колеса прижимался к рельсу, то между гребнем другого колеса и рабочей гранью другого рельса (рис. 41) всегда будет зазор 6.
Из рис. 41 видно, что величина этого зазора будет равна
6 = S—(7"+2р. + 2/i) = S—q, (19)
где S — ширина колеи;
Т — насадка колес;
р. — утолщение ширины гребня, которое для вагонных колес равно 1 мм, а для локомотивных — нулю;
h — толщина гребня;
q (Т + 2р. + 2ft) называют шириной колесной пары.
В зависимости от размеров насадки Т, ширины колен S и степени износа колес величины зазоров б будут различны, а именно: 1) нормальный б0, соответствующий новым колесам при нормальной ширине
51
Рис. 41
колесной пары q0 и нормальной ширине колеи 50; 2) минимальный 6min, соответствующий новым колесам при максимальной ширине колесной пары qmax и минимально допустимой ширине колеи SmIn; 3) максимальный бтах, соответствующий ИЗНО-шенны.м колесам при минимальной ширине колесной пары z/min и максимально допустимой ширине колеи Smax- Конкретные значения этих величин в мм
приведены в табл. 12.
Из табл. 12 видно, что если принять So = 1 524 мм, в некоторых случаях зазоры 6 могут быть и значительных размеров даже без учета упругих деформаций пути под подвижной нагрузкой и некоторого изгиба нагруженных осей колесных пар.
Зазор б необходим для исключения заклинивания колес между рельсовыми нитями. Заклиненное прохождение подвижного состава недопустимо как не обеспечивающее безопасность его дви
жения.
Однако, с другой стороны, от величины зазора зависят: угол набегания гребня колес на рельс и величины горизонтальных поперечных сил, действующих на рельсы при вилянии экипажа; угол удара в упорную нить при входе экипажа в кривую; угол удара в криволинейный остряк при движении на боковое направление стрелочного перевода; срок службы рельса и величина контактных напряжений; расходы на текущее содержание пути и ремонт подвижного состава; плавность движения поездов. Чем больше величина зазора б, тем эти явления проявляются резче в худшую сторону.
В силу этих обстоятельств следует стремиться к уменьшению этого зазора до каких-то оптимальных размеров. Уменьшение величины зазора наиболее целесообразно осуществлять за счет сужения рельсовой колеи.
Таблица 12
В поездах со скоростями движения. км/ч С си Ширина колеи 5 Ширина колесной нары д Зазор б
ио ^mln 5шах «0 ''mln ?тах «0 6 mln
До 120 Локомотивные 1 524 1 520 1 530 1 506 1487 1 500 18 11 43
Более 120 Вагонные 1 524 1 520 1 530 1 508 1 489 1 511 16 9 41
Локомотивные 1 524 1 520 1 530 1 506 1 495 1 509 18 11 35
Вагонные 1 524 1 520 1 530 1508 1 497 1 511 16 9 33
52
§ 24. Технико-экономические показатели суженной рельсовой колеи
На отечественных дорогах необходимость в пересмотре нормы на зазор 6 возникла в последние 10—12 лет. Для этого Главное управление пути МПС с 1958 г. приступило к широкой эксплуатационной проверке суженной рельсовой колеи —1 516—1 520 мм. Опытные участки были заложены на Донецкой, Московской, Октябрьской, Куйбышевской, Приволжской, Северо-Кавказской, Южной, Южно-Уральской, Прибалтийской и других дорогах. Полигон пути с суженной рельсовой колеей в настоящий момент достигает свыше 2 000 км (путь ленинградского метрополитена полностью имеет ширину колеи 1 520 мм).
Теоретические и экспериментальные исследования этого вопроса проводили МИИТ, ЦНИИ МПС, ВЗИИТ и ЛИИЖТ.
Расчеты, эксперименты и анализ материалов наблюдений на опытных участках с суженной шириной колеи и на контрольных участках с нормальной колеей показывают, что при колее 1 518—1 520 мм с допусками +6 и —4 мм: а) снижаются боковые давления на рельсы на 20—50%, б) уменьшаются горизонтальные и вертикальные ускорения вагонов, в) улучшается плавность движения поездов в прямых, г) изгибные напряжения в рельсах не увеличиваются, д) снижаются затраты труда на текущее содержание и е) увеличивается срок службы элементов верхнего строения пути и, очевидно, ходовых частей подвижного состава.
Многолетними наблюдениями на Октябрьской и Московской дорогах установлено, что на участках с суженной колеей (1 518—1 520 мм) по сравнению с контрольными участками с шириной колеи 1 524— 1 526 мм: а) снижение выхода рельсов на участке звеньевого пути дает экономию 1,27 руб. на 1 км в год; б) снижаются расходы на замену скреплений смешанного типа на пути с деревянными шпалами и рельсами Р50 длиной 25 м на 16,3 руб. на 1 км в год, а на бесстыковом пути при рельсах Р65 и грузонапряженности 50—60 млн. ткм!км брутто — на 22,3 руб.; в) увеличение срока службы шпал—деревянных па 1,5— 2 года и железобетонных на 3—4 года дает экономию соответственно 73,5 и 65,5 руб. на 1 км в год; г) снижаются объемы работ и получается экономия за счет этого на звеньевом пути с деревянными шпалами до 29,8 руб. и на бесстыковом с железобетонными шпалами до 27,2 руб. на 1 км в год (при грузонапряженности от 20 до 50 млн. ткм!км брутто).
Таким образом, только в хозяйстве службы пути переход на суженную рельсовую колею 1 520 мм в условиях средней грузонапряженности обеспечивает снижение эксплуатационных затрат на 116—120 руб. в год на 1 км главного пути.
При самой осторожной оценке экономической эффективности эксплуатации пассажирского подвижного состава на участках колеи 1 518—1 520 мм Октябрьской дороги обеспечивается снижение затрат от 30 до 60 руб. в год на 1 км главного пути.
В силу изложенного и установлена ширина колеи в прямых и кривых радиуса 350 м и более 1 520 мм с допусками +6 и —4 мм.
53
Глава VIII
РЕЛЬСОВАЯ КОЛЕЯ НА КРИВЫХ УЧАСТКАХ ПУТИ
§ 25. Принципы определения уширения и ширины колеи
Путь в кривых участках имеет следующие особенности: 1) при 7? меньше 350 м уширяется колея и в некоторых случаях укладываются контррельсы; 2) устраивается возвышение наружного рельса над внутренним; 3) прямые участки с кривыми сопрягаются переходными кривыми; 4) укладываются укороченные рельсы на внутренних нитях; 5) увеличиваются междупутные расстояния при наличии двух и более путей.
Уширение рельсовой колеи в кривых малых радиусов осуществляется для облегчения вписывания экипажей, имеющих жесткую базу.
На дорогах СССР уширение колеи делается в кривых радиуса 349 м и менее, в которых ширина колеи должна быть равной: а) при радиусе от 349 до 300 м — 1 530 мм', б) при радиусе от 299 м и менее — 1 535 мм. Допуски в кривых, как и в прямых, установлены +6 мм\ --4 мм.
Таким образом, уширение колеи устраивается на кривых сравнительно малых радиусов, которые встречаются на линиях в горных условиях; при устройстве поворотных петель; на стрелочных переводах и поворотных треугольниках; на деповских и складских путях; ветках второстепенного значения и особенно часто на путях промышленных предприятий.
Однако в практике может возникнуть надобность в определении или проверке ширины рельсовой колеи и в кривых радиуса более 350 м в тех случаях, когда необходимо пропустить по данному участку новый или специальный подвижной состав.
При установлении норм ширины колеи исходят из следующих положений:
1) ширина колеи должна быть оптимальной. Это значит, что она должна: обеспечивать наименьшие сопротивления движению поездов и износы рельсов и колес; предотвращать повреждаемость рельсов и колес, искажение положения колеи в плане и провал колес между рельсовыми нитями, т. е. не превышать максимально допустимую величину;
2) ширина колеи не должна быть меньше минимально допустимой, т. е. не должна допускать заклинивания ходовых частей экипажей между наружной и внутренней рельсовыми нитями1.
Определение оптимальной ширины колеи. За расчетную схему примем такую, при которой железнодорожный экипаж колесом передней оси жесткой базы прижимается к наружному рельсу кривой, а задняя ось жесткой базы либо занимает, либо стремится занять радиальное положение, и центр поворота экипажа находится на пересе-
1 Определение этих условий дается проф. Г. .М, 1Пахуняпцем в учебнике «Железнодорожный путь» (Трансжелдориздат., 11)61).
54
чепии радиуса кривой с продольной геометрической осью жесткой базы. (По исследованиям проф. К. А. Цеглинского и других такая схема справедлива для двухосных и трехосных жестких баз. Для четырехосной жесткой базы центр поворота можно считать находящимся на радиусе-перпендикуляре, расположенном посередине между двумя последними осями). Рассмотрим случай определения оптимальной ширины колеи из условия вписывания экипажа с трехосной жесткой базой в кривую радиуса R (рис. 42), обозначив при этом через:
q = (Т Д 2р -у 2ft)— ширину колесной пары;
С — центр поворота экипажа;
X — расстояние от центра поворота экипажа до геометрической оси первого колеса; для данного случая, как видно из рис. 42, А — Lf, — расстояние от геометрической оси первой колесной пары до точки касания гребнем колеса рельса;
— стрелу изгиба наружного рельса (при хорде А B y, S — ширину рельсовой колен в кривой.
Из рис. 42 видно, что ширина рельсовой колеи в кривой
S = +
Очевидно, наибольшую ширину колеи будет требовать тот экипаж, который имеет неизношенные колеса и максимальную насадку Ттах, т. е. максимальную ширину колесной пары 7шах.
Таким образом, с учетом этого и допуска на сужение колеи, равного 4 мм, выражение для определения оптимальной ширины колеи в кривой рассматриваемого радиуса для данного экипажа будет иметь следующий вид:
5 = ?mnx + /н + 4 sC Smax. (20)
С учетом же поперечных разбегов осей Sr] (см. на рис. 42 штриховое положение первой оси) будем иметь:
S = 7max "Г /н 4 ^j'4^SInax. (21)
В этих формулах f„ находится по выражению
Величину Ь± в выражении (22) проф. Г. М. Шахунянц рекомендует определять для случая неизношенных гребней по приближенной формуле
(23)
где А и R — имеют те же значения, что и в формуле (22);
г — радиус катания колес;
т — угол наклона внутренней образующей гребня к горизонту, равный для объединенного профиля колеса 60° и для локомотивных колес 70°.
55
Если расчетная ширина колеи S получится больше максимальной •$тах, то следует перейти к определению минимально допустимой ширины колеи, приняв соответствующую расчетную схему.
Если расчетная ширина колеи S получится меньше, чем нормальная ширина на прямом участке пути 30, то это будет означать, что конструктивные размеры и особенности ходовых частей рассматриваемого экипажа позволяют ему проходить кривую данного радиуса без уширения ее колеи. В таком случае ширина колеи 3 принимается по ПТЭ в зависимости от величины радиуса.
Определение минимально допустимой ширины колеи. За расчетную схему примем схему заклиненного вписывания экипажа, при которой наружные колеса крайних осей жесткой базы ребордами упираются в наружный рельс кривой, а внутренние колеса средних осей упираются в рельс внутренний, и центр поворота экипажа либо находится посередине жесткой базы (двухосные экипажи, многоосные экипажи с симметричным расположением осей и их разбегов), либо стремится занять это положение; при этом к полученной из такой расчетной схемы ширине колеи следует прибавить минимальный зазор 6пнп между боковой рабочей гранью рельса и гребнем колеса на прямом участке пути (см. табл. 12).
Рассмотрим случай определения минимально допустимой ширины колеи 3 из условия вписывания экипажа с пятиосной жесткой базой Lo в кривую радиуса Р (рис. 43). Обозначим через:
С — центр поворота базы;
q = (Г + 2ц + 2/i) — ширину колесной пары;
А — расстояние от центра поворота базы до геометрической оси первого колеса, в данном случае А = у;
I — расстояние от центра поворота базы до геометрической оси четвертого колеса;
56
fH — стрелу изгиба наружного рельса (при хорде АВ);
fv — стрелу изгиба внутреннего рельса при хорде равной 2(1 — Ь2);
— расстояние от геометрической оси первой колесной пары до точки касания ребордой колеса наружного рельса;
&2 — расстояние от геометрической оси четвертой колесной пары до точки касания ребордой колеса внутреннего рельса;
2т] — поперечные разбеги осей.
Из рис. 43 видно, что ширина колеи будет
S = q + fH—fB — Sl1-
С учетом же допуска на сужение и того, что наибольшую ширину колеи требуют экипажи с qmax, а также по условию учета 6min окончательно выражение минимально допустимой ширины колеи в кривой следует представить в виде
$ = <7тах + / н —/в — Sl1 + 4 + 6min < Smax,
(24)
где fH
определяется также по формуле (22) при соответствующем значении величины X;
(25)
Здесь в свою очередь
&a«^tgr, (26)
где гит имеют те же значения, что и в формуле (23).
Во всех случаях найденная минимально допустимая ширина рельсовой колеи S не должна превышать максимальной ширины колеи
Если расчетная ширина колеи получится больше максимальной, то это значит, что данная кривая без специальных устройств (в виде контррельсов) не может обеспечить прохождения рассматриваемого экипажа.
Если расчетная ширина колеи получится меньше нормальной, то это будет означать, что конструктивные размеры ходовых частей рассматриваемого экипажа позволяют ему вписываться в данную кривую без уширения колеи, а поэтому ширина колеи S должна приниматься по ПТЭ в зависимости от величины радиуса кривой.
Контррельсы на кривых укладываются у внутренней рельсовой нити или у обеих нитей. Контррельсы у внутренней нити укладываются для предотвращения бокового износа рельсов наружной нити и во избежание отбоя рельсов. Контррельсы у обеих нитей укладываются в тех случаях, когда ширину колеи на кривой приходится принимать более 1 546 мм. К таким решениям на магистральных дорогах прибегают очень редко и поэтому данный вопрос подробно не рассматривается.
57
§ 26. Возвышение наружного рельса в кривых
При движении экипажа по кривой появляется центробежная сила. Эта сила создает дополнительное давление колес на наружную рельсовую нить, в связи с чем рельсы на ней изнашиваются быстрее, возникают отбои нитей или увеличивается напряжение в рельсах; появляется непогашенное центробежное ускорение, при больших значениях которого пассажиры испытывают неприятное ощущение.
Как известно, центробежная сила / определяется по формуле
(27)
Л gR
где т — масса экипажа;
v — скорость движения экипажа;
G — вес экипажа;
g — ускорение силы тяжести;
R — радиус кривой.
К горизонтальным силам следует отнести и силу ветра. Эту силу в виде давления ветра можно определить по формуле
(28)
где W — давление ветра, кПм2-,
vB — скорость ветра, М:Сек\
к — коэффициент, зависящий от форм поверхностей, воспринимающих давление, который для сплошных поверхностей (вагонов) находится в границах 0,085—1,25, а для решетчатых равен 0,078.
Чтобы снизить боковое давление на рельсы наружной нити во избежание ее отбоя, уменьшить их перегрузку, добиться равномерности
Рис. 44
вертикального износа рельсов обеих нитей и оградить пассажиров от неприятных воздействий, делают возвышение наружного рельса в кривой.
Обычно возвышение наружного рельса исходя из технико-экономических соображений устанавливается таким, при котором были бы оптимальные условия работы рельсов как наружной, так и внутренней нитей; при этом должны быть исключены неприятные воздействия на пассажиров.
При установленной таким образом норме возвы-
58
шения наружного рельса определяют условия устойчивости экипажей.
А. Определение возвышения наружного рельса из условия обеспечения равномерности вертикального износа рельсов обеих нитей кривой. На рис. 44 изображено положение экипажа на кривой радиуса R, имеющей возвышение /г; на экипаж действует ветер в виде сосредоточенной силы W.
Обозначим через Ен и Ев — вертикальную реакцию соответственно наружного и внутреннего рельсов. Чтобы износ рельсов обеих нитей был равномерным, необходимо выбрать такое h, при котором
2ЕП^=2ЕВ или 2ЕН— SEB = 0. (29)
Возьмем момент всех сил относительно точки О (см. рис. 44), имея в виду, что боковая реакция Т параллельна плоскости, касательной к поверхности катания головки рельса, и проходит через эту точку:
I cos аа — G sin аа + W cos ab — Е„ — Е.. — ~ 0.
“ 2 2
Откуда
I cos аа — G sin аа-\- W cos ab — (Ен—Ев).
Следовательно, при Еи—Ев = 0, согласно выражению (29), получим:
S/cosaa — SGsinaa-j-2ITcosab = 0. (30)
Из рис. 44 видно, что sin a = —; по малости угла а можно
$1 принять sina tgcz и cosa = l.
Ge2
Подставляя 1 = —— в выражение (30), получим
lR S, или
, V Ga V Gv2 а , V п-ч.
Отсюда величина
/1_s1i'v_£hL + v«\ (31)
\~ gRO Оа) '
При Uz 0 будем иметь
и У Gv2 gR G
Принимая здесь G = NiPi, = 1 600 мм — расстояние между осями головок рельсов, g = 9,81 м!сек\ и вводя переводные коэффи-
59
циенты, для того чтобы, подставив v в км/ч, R в м и Р в т, получить h в мм, найдем:
/г _Ll6 / 1 6002 \ ХЛ'г Pi vf
1 ~ ЭДИ \ 60-60 ) ГООО/? 2/VjPi ’
или h = 12,5 ^Ni pi vi (32)
RZNt Pt
и в развернутом виде:
_ 12 5 pi vi Nz pz N3 p3v3-р ••• -ЬМг Pn °2n (32') R(NxP1+N2P., + N3Pa+ ... +NnPn)
где Nlt N.,, N3, .... Nn — число поездов определенного рода, проходящих в сутки по данной кривой радиуса R, например, соответственно пассажирских, курьерских, грузовых, пригородных. При этом индекс п есть число родов поездов, проходящих в сутки по рассматриваемой кривой;
Ри Р2, Ps, ..., Рп — веса поездов соответственно указанных родов, т;
vi> v2> va> vn — скорости движения указанных поездов по рассматриваемой кривой, км!ч~, R — радиус рассматриваемой кривой, м.
Последними исследованиями ряда специалистов (проф. Г. М. Шаху-нянца, проф. О. П. Ерщкова и др.) рекомендуется к величине возвышения наружного рельса, определяемой по формуле (32), делать добавку Д/i, т. е. устанавливать это возвышение по формуле
/г = 12,5 ^Nipiv2t +дл. (33)
RZNiPt
Добавочный член Д/г выражения (33) учитывает влияние эксцентриситетов надрессорного строения относительно колесной пары и работу рессор экипажа в период прохождения им кривых участков пути.
На основании исследований ЦНИИ МПС добавку Д/г в формуле (33) принимают следующих размеров: 1) для линий преимущественно пассажирского движения 30 мм, 2) для линий преимущественно грузового движения 20 мм, 3) в остальных случаях Д/г = 25 мм*.
Б. Проверка возвышения наружного рельса по условиям ограждения пассажиров от неприятных ощущений. Многолетний опыт железных дорог и многочисленные исследования показывают, что большие величины непогашенных горизонтальных ускорений неприятно ощущаются пассажирами.
В связи с ростом скоростей движения поездов приобретает особую важность принятие допускаемых величин непогашенных горизонтальных ускорений а, обеспечивающих малоощутимую, комфортабельную езду.
* Точное определение Д/г дается проф. Г. М. Шахунянцем в учебнике «Железнодорожный путь» (Трансжелдориздат, 1961).
60
Экспериментальными исследованиями В. С. Шаройко и А. Н. Куро-швили установлено, что длительное и повторное воздействие непогашенного центробежного ускорения величиной от 0,4 до 0,8 м/сек2 включительно переносится удовлетворительно. Непогашенное центробежное ускорение, равное 1 м/сек?, переносится удовлетворительно при немногократных и непродолжительных воздействиях.
На основании вышеуказанных исследований и работ ЦНИИ, МПС принята как осредненная норма непогашенного горизонтального ускорения а = 0,7 м/сек?. При малом количестве кривых, которые проходит поезд, очевидно, возможно принимать а в пределах 0,8—1 м/сек2.
ТТЛ 1,2
Центробежное ускорение, как известно, равно — .
Центростремительное ускорение, связанное с возвышением наружного рельса, равно горизонтальной составляющей силы тяжести экипажа, деленной на массу, т. е.
h h
G — G —
Gtga _ Sj ____ Sj __ gh
m m G:g Sx
Ввиду того что непогашенное центробежное ускорение возникает при недостаточном h, наибольшее значение допустимой скорости определяется выполнением требования, чтобы
2
^шах gh
Так как непогашенное центростремительное ускорение появляется при избыточном h, то наименьшее значение допустимой скорости определяется выполнением требований, чтобы
gh vrnin а St я
Из этих двух требований вытекает следующее условие, которому должно удовлетворять возвышение наружного рельса:
—--^in + *1- a — ^-ах а. (34)
gR g gR g
Или, принимая 51 = 1,6лг и §- = 9,81 м/сек? и выражая h в мм, а в м/сек2, R в м и и в км/ч, получим
V2 V1
12,5 163a12,5-------------163a. (34')
R Я v ’
Если требования (34) не выполняются, то изменяют или h, или а, или v или переустраивают линию в плане, увеличивая радиус. Первый случай ведет к увеличению неравномерности износа рельсов обеих нитей, второй — к увеличению неблагоприятных воздействий на пассажиров, третий нельзя допускать, ввиду того что это один из главных
61
показателей работы железных дорог, а четвертый является целесообразным при надлежащем технико-экономическом обосновании.
Характер переносимости организмом человека ускорений в результате вертикальных колебаний кузова вагона представляет собой сложный рефлекторный процесс, который также следует учитывать при обеспечении комфортабельности езды пассажиров. Исследованиями ЛИИЖТа и Военно-медицинской академии им. С. М. Кирова установлено, что вертикальные ускорения 0,6 м/сек2 удовлетворительно переносятся лицами при любом сочетании частоты и амплитуды колебаний. Ускорения 0,8—1,0 м/сек2 можно допустить, если повторяемость воздействий не превышает 10% общего их числа.
Максимальные значения h на зарубежных дорогах следующие: в США и Англии — 152 мм', во Франции — 160 и 180 мм; в Японии на линии Токайдо — 200 мм; в ГДР, ФРГ, Болгарии, Румынии и Югославии — 120 мм; в Польше — 130 мм; в Венгрии — ПОльш
В СССР максимальное возвышение h принято равным 150 мм, но в отдельных случаях с разрешения МПС допускается и более 150 мм.
§ 27. Переходные кривые
Переходные кривые имеют назначение обеспечить такой переход с прямого участка на кривой радиуса 7? или с кривого участка радиуса Ri а кривой радиуса чтобы появляющиеся в кривой дополнительные силы не возникли внезапно.
На переходной кривой полностью должны быть осуществлены отвод возвышения наружного рельса и отвод уширения колеи.
Основной силой, связанной с наличием кривой, является центробежная сила I. В начале переходной кривой (НПК) эта сила должна быть равна нулю, а в конце переходной кривой (КПК) она имеет максимальное значение, т. е. I — . На протяжении же переходной
„ г г п Г т1’2
кривой сила / должна меняться постепенно от 1 = 0 до 1 = .
Так как в общем случае I = то, очевидно, необходимо иметь в НПК р = оо и в КПК р = R-
Если отвод возвышения наружного рельса делать по прямой с углом у (рис. 45), то колеса экипажа, катящиеся по наружному рельсу, в начале и в конце переходной кривой будут ударяться в вертикальной плоскости в этот рельс. Во избежание этого необходимо, чтобы в НПК и в КПК у был равен нулю или чтобы tgy = 0. Но так как tgy =
то в НПК и в КПК должно быть =- 0.
al
Из предыдущего известно, что при W = 0
ZNiPtv}
~ gR ' 2Ni Pt
62
Обозначая средневзвешенную (по тоннажу) квадратичную скорость у2 _
ср’ ж Pi ’
будем иметь
, Sj 2 . h= —«ср, gR
h-= — yCp-gP
Обозначив через Л= — ик = -1- и имея в виду, что Ли™ можно g Р
считать const, напишем —=0.
dl
Вследствие изменения ширины колеи и возвышения наружного рельса на переходной кривой возникают дополнительные силы, которых нет на прямой. Чтобы они появлялись не внезапно, соответствующие им ускорения должны изменяться непрерывно, будучи в НПК и КПК равными нулю, т. е.
d2K __Q
В настоящее время считают практически возможным пренебречь некоторыми из указанных условий. Так, обычно допускают отвод возвышения наружного рельса по закону прямой, т. е. при малости угла у (см. рис. 45) принимают в НПК и в КПК О'
При устройстве отвода возвышения h по прямой с уклоном i = = tgy для любой точки переходной кривой можно написать: h =
а так как п = то, следовательно, I = .
63
Обозначим через С = —и назовем эту величину параметром, тогда выражение для I получит такой вид:
I = — . (35)
Р
Этому условию удовлетворяет кривая, называемая радиоидальной спиралью.
Из выражения (35) вытекает, что при р — R
C = Rl0.
(36)
При этом выражение С = называют физической интерпретацией параметра, а С = R/o — геометрической интерпретацией.
Уравнение радиоидальной спирали в прямоугольной системе координат имеет следующий вид:
_______
40С2 3456 С4
/3 /7 I11
6С 336С3 42 240 С3
(37)
В ряде случаев представляется возможным ограничиться первым /3
членом в каждом ряде, т. е. принимать х « I и у — .
OG
Заменяя I его значением через х, получим уравнение кубической параболы
г3
Если, как показали исследования проф. Г. М. Шахунянца,
5
R>l,602C9, (39)
то кубическую параболу можно применять вместо радиоидальной спирали.
Длина переходной кривой 10 определяется из разных условий. Обычно при прямолинейном отводе возвышения наружного рельса сначала, принимая его уклон равным i, определяют /0 по выражению
/0 = -. (40)
i
Затем проверяют эту длину:
а) из условия ограничения скорости подъема колеса на возвышение
/о = Ю/щ1Пах; (41)
64
б) из условия ограничения изменения непогашенного горизонтального ускорения
В выражениях (40), (41) и (42):
h — возвышение наружного рельса в данной кривой;
i — уклон отвода возвышения наружного рельса, принимаемый для дорог СССР равным 0,001 при скоростях движения поездов до 120 км/ч и 0,00067 — при скоростях от 120 до 160 км/ч',
v — максимальная установленная скорость движения поездов по данной кривой радиуса R;
4 — расчетная допустимая величина изменения непогашенного ускорения в единицу времени, которая согласно исследованиям ЛИИЖТа может приниматься в пределах 0,6—0,8 м/секА.
R — радиус кривой.
Из трех значений /0, найденных по формулам (40), (41) и (42), принимается наибольшее.
Элементы переходных кривых, необходимые для разбивки их на местности, находятся в зависимости от способа разбивки. Различают следующие способы разбивки переходных кривых: а) способ сдвижки круговой кривой внутрь; б) способ введения дополнительных круговых кривых меньшего радиуса, чем радиус основной кривой; в) способ (доц. Н. В. Харламова) смещения центра и изменения радиуса кривой.
Рассмотрим случай разбивки переходных кривых способом сдвижки, который заключается в следующем. От имеющегося на месте тан-генсного столбика Тп откладывают величину т0, получают начало переходной кривой—точку А (рис. 46). Переходную кривую строят по ординатам в соответствии с ее уравнением. Но для этого прежде всего находят m— расстояние от начала переходной кривой до нового поло-
Рис. 46
3 Зак. 668
65
(43)
(44)
(45)
(46)
(47)
жения тангенсного столбика Т, затем определяют тп, р — сдвижку основной круговой кривой, tp0 и все ординаты кривой.
Величина <р0 для радиоидальной спирали и кубической параболы имеет следующее значение /2 /2 /
гп _ *0 «0 _ *0
Wq -- ---- ------ - --- .
2С 2Rl0 2R
При этом переходные кривые возможно разбить, если 2ф0<₽> где Р — угол поворота данной кривой. Из рис. 46 видно, что
m = х0— R sin <р0;
Р = У о—R (1 — cos <р0) = у0 — 2R si и2 .
Тогда
m0 = m + ptg-|-.
Для разбивки круговой кривой при пользовании существующими таблицами координаты относительно начала переходной кривой, очевидно, при х > 7?sin<p0 будут:
х,. = m + хТ1б,; )
У к Р 4“ {/табл> 7
где хтабл и {/табл — координаты круговой кривой относительно точки D, взятые из таблиц.
Рассмотренный способ на эксплуатируемых линиях обычно применяется в случаях: когда величина сдвижки р достаточно мала (не более 25 см), когда длина кривой незначительна и когда ширина основной площадки земляного полотна позволяет осуществить полученную расчетом сдвижку р.
§ 28. Укладка укороченных рельсов на кривых
Укороченные рельсы по внутренней нити кривой укладываются для того, чтобы противолежащие рельсовые стыки располагались па линиях, перпендикулярных к продольной оси пути, или, иначе говоря, по наугольнику. Необходимость укорочения рельсов вызвана тем, что длина кривой по внутренней нити короче, чем по наружной.
Определим для любого вида кривой величину, на которую внутренняя нить короче наружной для любого отрезка кривой между сечениями ААх и BBL (рис. 47), заключенного в угле
<р = Ф2 — (pi-
Длина дуги АВ по наружной нити равна
<г,
<уАВ - $ р>ф.
66
Длина дуги ЛХВХ по внутрен-ней нити равна
В± = \ рв d(f. \
ф1 У6 \
Укорочение е при этом будет \ х«ч/
q>2 Ф2 \ /ХЛ/
е= J рнdqp — pBc?qp = \
<г, ___________
= } (Рн — PbW
ЧН Рис. 47
Но рн—pB = S1, следовательно,
<р2
е= § Ар = Sx (срз — Ф1) = 5хф. (49)
Ф1
Как известно, для переходной кривой ф = а для круговой кривой (Р= f-
Таким образом, полное укорочение на переходной кривой будет „ е й}2 - .. г, /кр
епк =~ "J12C ’ а на круговой кривой 8кр Sx — .
Суммарное укорочение на двух переходных кривых и на одной круговой будет
ec = 2enK + eKp = Sx(iy+^y (50)
\ с к )
Ввиду невозможности обеспечить точное расположение по наугольнику стыков по внутренней нити со стыками по наружной нити допускают отклонение на величину не более чем на половину укорочения рельса, в противном случае следовало бы иметь рельсы с большим разнообразием длины.
В СССР принято четыре типа укорочения к рельсов, а именно: при длине 12,5 м — на 40 и 80 мм, а при длине 25 м — на 80 и 160 мм.
Обозначим через Ny число укороченных рельсов на одной системе кривых, т. е., например, на двух переходных и одной круговой. При выбранной стандартной величине укорочения к это число будет равно
= (51)
1 к
Укороченные рельсы укладываются на кривых не подряд, а в таком порядке, при котором отклонение стыков от створа по наугольнику не превышает половины величины укорочения к .
Порядок этот устанавливается расчетом. На практике иногда для определения порядка укладки укороченных рельсов на кривых используют специальные графики и таблицы.
3* 67
§ 29. Увеличение междупутных расстояний
Междупутные расстояния в кривых на двухпутных и многопутных участках увеличивают потому, что при движении экипажей в кривых крайние части их выдаются наружу, а середина — внутрь кривой. В связи с этим уменьшается установленное расстояние между отдель-
Рис. 48
ными точками экипажей, движущихся одновременно по разным путям одного и того же двухпутного участка (рис. 48). Кроме того, сближение встречающихся экипажей на кривой происходит и в вертикальной плоскости в том случае, когда возвышение наружного рельса на наружной кривой больше, чем на внутренней. Поэтому на кривых двухпутных участков междупутные расстояния увеличиваются в соответствии с табл. 13.
Таблица 13
Радиус кривой, м Увеличение расстояний между осями путей на перегонах в пределах кривых, мм, при возвышении наружного рельса внешнего пути Радиус кривой, м Увеличение расстояний между осями путей на перегонах в пределах кривых, мм, при возвышении наружного рельса внешнего пути
более возвышения наружного рельса внутреннего пути менее возвышения наружного рельса внутреннего пути или равном ему более возвышения наружного рельса внутреннего пути менее возвышения наружного рельса внутреннего пути или рав- ном ему
4 000 70 20 700 295 105
3 000 96 25 600 310 120
2 000 145 35 500 335 145
1 800 155 40 400 370 180
1 500 185 50 350 395 205
1 200 235 60 300 430 240
1 000 265 75 250 480 290
800 280 90 200 550 360
68
Часть третья СОЕДИНЕНИЯ И ПЕРЕСЕЧЕНИЯ РЕЛЬСОВЫХ ПУТЕЙ
Соединения и пересечения рельсовых путей есть особые устройства верхнего строения, которые служат для перемещения поезда или отдельного железнодорожного экипажа с одного рельсового пути на любой другой, поворота их на 180°, а также для пересечения путей в одном уровне.
В зависимости от назначения соединения и пересечения рельсовых путей могут быть осуществлены при помощи: 1) одиночных стрелочных переводов; 2) глухих пересечений и 3) комбинаций укладки стрелочных переводов и глухих пересечений.
Роль и значение соединений и пересечений рельсовых путей на железнодорожном транспорте очень велики. Они обусловливают: безопасность и скорости движения поездов по станциям, строительные и эксплуатационные расходы на путевое развитие станций, конфигурацию путевых парков в плане, а также характер и величины пробегов подвижного состава при маневрах.
Глава IX
ОДИНОЧНЫЕ СТРЕЛОЧНЫЕ ПЕРЕВОДЫ
§ 30. Назначение одиночных обыкновенных стрелочных переводов и требования, предъявляемые к ним
Одиночные стрелочные переводы по геометрическим формам в плане разделяются на: 1) обыкновенные (рис. 49, а); 2) разносторонние симметричные (рис. 49, б); 3) разносторонние несимметричные (рис. 49, в); 4) несимметричные односторонней кривизны (рис. 49, г).
Одиночные обыкновенные стрелочные переводы являются главнейшим видом соединений и пересечений рельсовых путей. Они имеют наибольшее распространение на дорогах мира (например, на дорогах СССР их около 98% из всех видов соединений путей) и представляют собой основу ряда других видов соединений и пересечений рельсовых путей (например, съездов, стрелочных улиц и др.).
69
В соответствии с назначением одиночные стрелочные переводы должны: 1) обеспечивать безопасное и плавное движение поездов с установленными максимальными скоростями; 2) быть прочными; 3) быть простыми, недорогими и удобными в изготовлении и содержании; 4) иметь наибольший срок службы.
70
§ 31. Конструкции основных элементов обыкновенного стрелочного перевода
Основными элементами современного одиночного обыкновенного стрелочного перевода (рис. 50) являются: 1) стрелка, 2) комплект крест овинной части, 3) соединительные пути и 4) подрельсовое основание.
Стрелка состоит из: а) двух рамных рельсов, б) двух остряков, в) двух комплектов корневых устройств, г) комплекта переводного механизма, д) упорных и опорных устройств и других более мелких деталей.
Комплект крестовинной части состоит из: а) собственно крестовины, б) стыковых устройств, в) двух контррельсов, г) опорных приспособлений и других более мелких деталей.
Рис. 50
Соединительные пути представляют собой: один—прямолинейный отрезок, другой — криволинейный; они соединяют стрелку с крестовинной частью.
Подрельсовое основание, на котором монтируют стрелку, рельсы соединительных путей и комплект крестовинной части, может состоять из переводных брусьев или железобетонных плит.
1. Стрелки
По форме в плане направляющих на ответвление остряков стрелки различают: а) с прямолинейными остряками; б) с криволинейным остряком секущего типа; в) с криволинейным остряком касательного типа.
В стрелках с прямолинейными остряками угол Р (рис. 51), образованный рабочими гранями остряка и рамного рельса, называется стрелочным углом. Основным преимуществом таких стрелок считают возможность применения обоих остряков как для левопутной, так и для правопутной стрелок. Однако по сравнению со стрелками с криволинейным остряком эти стрелки имеют сравнительно большой угол удара в остряк, ухудшающий условия входа на ответвление. В СССР такие стрелки имеются только в переводах старых коп-
71
Рис. 51
струкций (la, Р38, 11 la и IVa марки 1/9 и IVa марки 1/11), а для новых переводов не изготовляются.
В стрелках с криволинейным остряком секущего типа остряк к рамному рельсу в плане примыкает под начальным углом рн (рис. 52), образующимся при теоретическом пересечении рабочей грани рамного рельса с рабочей гранью криволинейного остряка радиуса Стрелочный угол Р при этом образован рабочей гранью рамного рельса и касательной к рабочей грани остряка в его корне.
К преимуществам данных стрелок относят: возможность получения длины перевода несколько короче, чем при прямых остряках; более плавный вход подвижного состава на боковое направление перевода. Недостатком их считают невозможность применения одних и тех же остряков как для правопутной, так и для левопутной стрелки.
Криволинейные остряки секущего типа могут быть и двойного радиуса (рис. 53): вначале радиуса /?п, затем радиуса /?, меньшего /?0. Это делается для того, чтобы улучшить плавность входа экипажей на ответвление перевода, иметь меньший угол удара в остряк в его остроганной части. Так, в переводах типа Р65 марки х/22 /?0 = = 3 308 000 мм, а R = 1 440 000 мм; марки х/18 Ro = 1 608 000 мм, a R = 960 000 мм; марки х/ц Ro = 400 000 мм, a R = 300 990 мм.
72
1
Рис. 55
Стрелки с остряками секущего типа двух радиусов являются типовыми для дорог СССР.
Ветрел ках с криволинейным остряком касательного типа теоретическим началом остряков (рис. 54) является точка касания криволинейного остряка с рабочей гранью рамного рельса. По идее при остряках этого типа начальный угол |3Н должен быть равен нулю, практически же это осуществить нельзя, поэтому и здесь |3Н =/= 0. Стрелочный угол р здесь образован так же, как и в стрелках с остряком секущего типа. Положительные стороны этих стрелок: а) возможность достигнуть наименьшей величины начального угла рн; б) лучшая возможность устройства переводной кривой и с переменным радиусом. Недостатки их те же, что и у стрелок с остряком секущего типа и, кроме того, остряки в своем начале более слабые в сравнении с остряками секущего типа. Такие стрелки на дорогах СССР распространения не получили. Применяются они на дорогах ГДР, ФРГ, Франции и других стран.
Рамные рельсы представляют собой 'отрезки или целые рельсы стандартной длины.
Рамные рельсы 2 (рис. 55, а) отличаются от обычных путевых: а) наличием в шейках, кроме отверстий для их стыкования, дополнительных отверстий для прикрепления упорных болтов 1 или упорных накладок и для прикрепления самого рамного рельса к башмакам-упоркам 3 (рис. 55, б) и через них к брусьям, а также для монтирования корневого устройства и деталей запорного и переводного механизмов; б) формой в плане—один из них прямой, другой, к которому примыкает прямой остряк, изгибают в плане; в) подстрожкой боковой грани головки для укрытия начала остряка от удара подрезанных гребней; г) при остряках высотой, равной высоте рамного рельса, у последнего делается строжка подошвы.
73
Остряки представляют собой отрезки рельсов, чаще короче рамных рельсов, остроганные на одном конце для плотного прилегания их к рамному рельсу и для накатывания на них колес подвижного состава. Передний острый конец остряка называют острием, а задний — корневой частью.
Для осуществления примыкания остряка к рамному рельсу и накатывания колеса на остряк и рамный рельс остряки строгаются по расчетным координатам. Строжка, отсекающая от остряка часть его очертания в горизонтальной плоскости, носит название горизонтальной. Строжка остряка по высоте
носит название вертикальной.
Горизонтальная строжка остряка проектируется по плоскости с наклоном */5.
Вертикальная строжка согласно опыту и расчету характеризуется
следующим снижением верха остряка относительно поверхности катания рамного рельса для отечественных стрелок:
В сечении остряка 50 мм » » » 20 »
» » » 5 »
» » » 0 »
..................................0 мм
..................................2 »
.................................15 »
.................................25 »
Остряковые рельсы по поперечному сечению возможно разделить на: а) рельсы нормального профиля; б) рельсы специального профиля пониженные и одной высоты с рамными рельсами.
Остряковые рельсы нормального профиля, как имеющие много недостатков, в настоящее время в СССР не изготовляются и встречаются лишь в стрелках легкого типа. Широко распространены они в США, Англии, Италии, Египте и на некоторых дорогах Франции.
Остряковые рельсы специального профиля пониженные применяются в СССР в стрелках типов Р65 (ГОСТ 10790—64, рис. 56) и Р50 (ГОСТ 10790—64, рис. 57) несимметричного профиля, в стрелках типа Р43 (ГОСТ 6421—52, рис. 58) симметричного профиля. Эти остряковые рельсы в наибольшей степени удовлетворяют тем требованиям, которые предъявляются к острякам вообще. Они значительно мощнее рельсов нормального профиля, не требуют ослабления рамного рельса строжкой подошвы для примыкания к нему остряка и обладают большей устойчивостью против опрокидывания в сравнении с высокими рельсами. К недостаткам таких остряковых рельсов относят необходимость выпрессовки корневой части под профиль нормального рельса для
74
осуществления корневого устройства вкладышно-накладочного типа и стыка при гибких остряках.
Остря ковше рельсы специального профиля одной высоты с рамными рельсами, как и нормального профиля, в настоящее время в СССР не изготовляются. Они встречаются в стрелочных переводах старой проектировки. Применяются такие остряковые рельсы на некоторых дорогах Франции, Бельгии и Югославии.
Корневое устройство предназначено для закрепления остряка в его корне и для обеспечения ему подвижности в горизонтальной плоскости. Оно бывает: а) шкворневого типа, б) вкладышно-накладочного типа, в) в виде обычного стыка с гибкими остряками.
Корневое устройство шкворневого типа имеет большое количество недостатков и потому уже много лет не изготовляется, но на дорогах такие корневые устройства можно встретить в стрелках типов Р38, Р43 и Р50 старых конструкций. Шкворневые корневые устройства применяются и на заграничных дорогах, например в ГДР, ФРГ, Румынии, Дании, Японии.
Корневое устройство вкладышно-накладочное (рис. 59) применяется на дорогах СССР в стрелках типов Р75, Р65, Р50, а также в стрелках старых конструкций и является как бы основным. Такое корневое устройство лучше предыдущего. Конструктивное оформление его следующее. Стык в корне принят на весу и смонтирован на мостике 1. В корне остряка между закрепленным упорками 4 рамным рельсом 3 и остряком 8 с примыкающим к нему рельсом переводной кривой 6 вставлен чугунный или стальной вкладыш 5. Со стороны оси пути остряк и подходящий к нему рельс соединены четырехдырной накладкой 2. Эта накладка закреплена неподвижно и несколько отогнута в середине в сторону оси пути. Поэтому между остряком и накладкой имеется зазор, допускающий перевод остряка из одного положения в другое. Для того чтобы накладка, предварительно изогнутая в середине, при стягивании болтами не разгибалась, между накладкой и вкладышем
75
А-А
(в шейке остряка) на первый от начала остряка болт надевается распорная втулка 7.
Преимуществами такого корневого устройства являются: а) прочность и простота конструкции; б) небольшое количество деталей,
Однако ему присущи и недостатки: а) в процессе выпрессовки корневой части остряка под профиль нормального рельса в этой части
структура металла изменяется, вследствие чего металл по длине остряка становится неоднородным, а поэтому и износ остряка по длине происходит неравномерно; б) при высоких скоростях движения поездов и большой грузонапряженности пространство между остряком и вкладышем и между остряком и накладкой в его корне забивается пылью и мелким песком до такой степени уплотнения, что затрудняется перевод остряка из одного положения в другое, а удаление этой уплотненной массы требует в ряде случаев специальных приспособлений или разборки корневого устройства.
76
2300
Рис. 60
Обычный стык при гибких остряках (рис. 60) в СССР принят для стрелок типа Р50 в переводах марок Vn и V18 и типа Р65 марок Vn и 1/22. Конструкция его следующая. В корне остряка стык ничем не отличается от обычного стандартного стыка. Остряки делаются только из рельсов специального профиля либо одной высоты с рамными рельсами, либо пониженные. При этом в первом случае корневая часть остряка фрезеруется, а во втором выпрессовывается под профиль нормального рельса. Через один — три шпальных пролета от корня у остряка сострагивают подошву заподлицо с головкой его на протяжении 800—900 мм с отводами к полной ширине подошвы по 200— 250 мм в каждую сторону. Это делается для того, чтобы уменьшить жесткость остряка в горизонтальной плоскости и позволить ему изгибаться в этом месте при переводе из одного положения в другое. Поэтому такие остряки и называются гибкими. Ослабленная часть монтируется на лафете. Последние исследования показали, что гибкие остряки можно применять и без строжки подошвы в месте их изгиба. От корня до места ослабления остряк закреплен неподвижно.
Конструкцию корневого устройства с гибкими остряками следует считать наилучшей. Она проста в устройстве и удобна в эксплуатации, прочна и устойчива, имеет наименьшее число деталей и исключает полностью второй недостаток, присущий корневому устройству вкладышно-накладочного типа.
Стрелки с гибкими остряками применяются в Болгарии, Венгрии, Чехословакии, Франции, ГДР и ФРГ.
К другим частям стрелки относятся: а) стрелочные подушки и башмаки; б) металлические листы—лафеты; в) связные полосы; г) упорные болты или скобы; д) стрелочные тяги и переводной механизм; е) костыли, шурупы, болты с гайками и другие детали. Подробное описание этих частей можно найти в курсах «Соединения путей».
2. Крестовины
Крестовины могут быть без подвижных элементов и с подвижными элементами. В настоящее время наиболее распространены крестовины без подвижных элементов.
Основными элементами такой крестовины являются сердечник (рис. 61), имеющий рабочие грани АС и АВ, и два усовика. Самое узкое пространство между усовиками в их первом изгибе называется горлом крестовины; промежуток между боковыми гранями усовика и сердечником представляет желоб для прохода колесных гребней.
Точка А пересечения рабочих граней усовнков и сердечника носит название математического центра или острия крестовины.
Угол а, под которым пересекаются рабочие грани сердечника, называется углом крестовины. Он выражается в градусах или отношением 1 : N (N
73
в большинстве случаев целое число), называемым маркой крестовины.
Марка крестовины с ее углом связана следующим образом. Измерив отрезок СЕ—перпендикуляр, опущенный из вершины С на рабочую грань АВ сердечника, и длину этой грани, т. е. отрезок АЕ, выражают их отношение и принимают его равным tga, т. е. = tga.
В СССР крестовины обыкновенных переводов применяются марок 9> 1А1, 1/18 И 1/122-
По форме рабочих граней в плане крестовины различают: прямолинейные и криволинейные.
Прямолинейные крестовины (в которых рабочие грани прямолинейны по обоим направлениям) получили всеобщее распространение. Главнейшие преимущества их: а) возможность применения одной и той же крестовины как для правопутных, так и для левопутных стрелочных переводов; б) возможность применения одной и той же крестовины как в обыкновенном, так и в симметричном стрелочных переводах.
У криволинейных крестовин по боковому направлению рабочие грани усовика и сердечника осуществлены по кривой. Они имеют распространение на дорогах ГДР, ФРГ и Франции и на дорогах промышленных предприятий. К недостаткам их следует отнести: а) сложность изготовления; б) непригодность применения одной
Рис. 63
79
и той же крестовины как для левопутного, так и для правопутиого перевода; в) невозможность укладки в симметричные стрелочные пере-
воды.
По конструктивному оформлению крестовины бывают:
1) сборнорельсовые, 2) сборные с литым сердечником, 3) цельнолитые.
Сборнорельсовые крестовины, собранные полностью из рельсов, в настоящее время в СССР не изготовляются. Они (из рельсов специального профиля) широко распространены на дорогах ГДР и ФРГ. К недостаткам их относят большое количество дета
лей, а также меньшую взаимосвязь
ее элементов, чем в крестовинах других конструкций.
Из крестовин с литым сердечником в настоящий момент получили в СССР широкое распространение крестовины сборные с литым односторонним сердечником общей отливки с изнашиваемой частью усовиков (рис. 62). В таких крестовинах сердечник 3 и изнашиваемые части усовиков 1 представляют собой единую монолитную конструкцию, отлитую из высокомарганцовистой стали. Отливка присоединяется к усовикам 2, изготовляемым из типовых рельсов. Поверхность катания отлитых частей усовиков 1, как видно из рис. 62, повышается над поверхностью катания путевых рельсов 2 подобно усовикам цельнолитых крестовин на 5 мм. По сравнению со сбор-
80
Рис. 66
норельсовыми крестовинами эти крестовины имеют больший срок службы и значительно меньше деталей. Широкое распространение так-кие крестовины имеют и на дорогах США. Вместе с тем эти крестовины по сравнению с цельнолитыми имеют меньшую прочность взаимосвязи ее элементов, а также в известной мере сложны по конструкции, так как при этом требуется не только выгиб, но и фигурный вырез усовиков.
Цельнолитые крестовины применяются на дорогах СССР в стрелочных переводах типа Р65 марки 1/и для скоростей движения по прямому направлению 160 км/ч (рис. 63). Широкое распространение цельнолитые крестовины имеют на дорогах Франции и США. По сравнению со сборными крестовинами они имеют большую устойчивость и прочность, наименьшее число деталей и больший срок службы при прочих равных условиях.
Контррельсы в стрелочном переводе служат для направления колес подвижного состава при их движении в соответствующий желоб крестовины (рис. 64). Они изготовляются как из обычных путевых рельсов, так и из рельсов специального профиля. Например, на рис. 65 показан контррельс специального профиля для переводов типа Р65 (ГОСТ 9798—61). Контррельс 1 своей средней частью должен перекрывать расстояние /в (см. рис. 64) от горла до сечения сердечника 40 мм, в котором колесо целиком опирается на сердечник. От среднего участка контррельса в обе стороны даются прямолинейные отводы, для чего контррельсы в этих местах изгибают под углом, примерно равным углу удара в остряк, а на выходах делают желоб 88—90 мм. Контррельсы соединяются с путевыми рельсами через вкладыши болтами.
Прохождение колесной пары по крестовине должно быть плавным. Во избежание удара колеса в острие сердечника понижают его конец или поднимают уровень усовиков. Иначе говоря, придают необходимые продольный и поперечный профили сердечнику и усовикам. В цельнолитых крестовинах и в крестовинах с литым сердечником типа общей отливки с изнашиваемой частью усовиков принято поднимать поверхности катания усовиков и снижать сердечник в его начале относительно поверхности катания рельсов, как показано на рис. 66.
81
3. Подрельсовое основание
Переводные брусья или железобетонные плиты имеют назначение: 1) объединять в единое целое конструкцию стрелочного перевода; 2) воспринимать давление от колес подвижного состава через детали стрелочного перевода и передавать эти давления на балластный слой.
Переводные брусья различают: 1) деревянные, 2) металлические, 3) железобетонные.
Деревянные переводные брусья наилучшим образом отвечают требованиям, предъявляемым к брусьям. Они обладают следующими ценными качествами: 1) большой упругостью, 2) значительной прочностью, 3) простотой формы, 4) удобством в эксплуатации — при погрузках, выгрузках, транспортировке, смене и т. п. В силу этого они имеют самое широкое распространение на всех дорогах мира.
Для дорог СССР по ГОСТ 8816—70 установлено три типа переводных брусьев двух групп: обрезные (А) и необрезные (Б), размеры (в мм) поперечных сечений которых приведены в табл. 14 и на рис. 67. Для дорог МПС рекомендовано два типа брусьев — I и II. Брусья III типа предназначены для укладки в подъездные пути промышленных предприятий.
Таблица 14
Типы брусьев Толщина брусьев h Ширина наружной пласти b брусьев Ширина внутренней пласти bi Ширина бруса по непропи-ленным сторонам Z>2 Высота пропиленной боковой стороны
Уширенная У Ши рока я Ш Нормальная Н
Обрезные (А)
I 180 220 200 — 260 — 150
II 160 220 175 250 — 130
III 160 — 200 175 230 — 130
Необрезные (Б)
I 180 220 200 — 260 300 —
II 160 220 — 175 250 280 —
III 160 — 200 175 230 260 —
Длина брусьев принята следующая: 3,00; 3,25; 3,50; 3,75; 4,00; 4,25; 4,50; 4,75; 5,00; 5,25 и 5,50 м. По ГОСТ 8816—70 брусья должны изготовляться из сосны, ели, пихты, лиственницы, кедра и березы.
Металлические переводные брусья рас-| пространены весьма ограниченно. "О Они применяются главным обра-—t зом в странах, бедных лесом, и в тех местах, где климатические условия не позволяют применять
Рис. 67 деревянные брусья, например в
82
Рис. 68
Индии, где деревянные брусья в отдельных районах пожираются термитами за несколько месяцев.
Железобетонные переводные брусья не получили к настоящему моменту даже и малого распространения, лишь в СССР проводятся их испытания в переводах типа Р65 марки х/х1.
Железобетонные плиты в СССР начали применяться с 1961 г. На рис. 68, а показаны блоки (шириной каждый 1 625 мм), заменяющие переводные брусья для перевода типа Р65 марки х/хх, а на рис. 68, б — крепление на них металлических частей перевода.
§ 32. Сроки службы стрелок и крестовин
На дорогах СССР эксплуатируются сотни тысяч стрелочных переводов, поэтому для правильного ведения стрелочного хозяйства сроки службы стрелок и крестовин приобретают огромное значение.
Несмотря на большую работу по улучшению и совершенствованию стрелочных переводов, стрелки и крестовины все же имеют меньший срок службы, чем срок службы рельсов, а иногда и меньше гарантийного. Ежегодно из-за износа сердечников и усовиков заменяется около 10 тыс. крестовин.
Срок службы стрелок и крестовин ограничивается их износом, который представляет собой сложный физико-химический процесс и зависит от очень многих факторов. Важнейшими из них являются: 1) качество металла, его износостойкость и прочность; 2) качество конструкций стрелок и крестовин в целом по геометрическим характеристикам и технологии изготовления; 3) эксплуатационные условия — обращающиеся нагрузки, грузонапряженность, скорости движения, качество укладки и содержания переводов.
83
Правилами технической эксплуатации железных дорог СССР установлены следующие предельные нормы износа элементов стрелок и крестовин:
а) вертикальный износ рамных рельсов типа Р43 и легче—6 мм на главных, 8 мм на приемо-отправочных и 10 мм на прочих станционных путях, а типа Р50 и тяжелее—более 8мм на главных, 10 мм на приемоотправочных и 12 мм на прочих станционных путях; вертикальный износ рамных рельсов, по которым пассажирские и рефрижераторные поезда следуют со скоростью свыше 100 до 120 км/ч, — 6 мм, а по которым пассажирские поезда проходят со скоростью свыше 120 до 140 км/ч — более 5 мм;
б) вертикальный износ сердечников крестовин в сечении 40 мм — более 6 мм на главных, 8 мм на приемо-отправочных и 10 мм на прочих станционных путях; вертикальный износ сердечников крестовин, по которым пассажирские и рефрижераторные поезда следуют со скоростью свыше 100 до 120 км/ч, — более 5 мм, а по которым пассажирские поезда проходят со скоростью свыше 120 до 140 км/ч — более 4 мм.
Рамные рельсы наиболее интенсивно изнашиваются в сечении, где ширина остряка равна 50 мм, а остряки — в сечении 20—30 мм. Сердечники крестовин наиболее интенсивно изнашиваются в сечении 20 мм, а усовики — против сечения сердечника 10—20 лш.
Имеющиеся данные о службе в пути стрелок и крестовин позволяют принять пока ориентировочные выражения для определения вертикального износа h стрелок и крестовин в зависимости от количества прошедшего груза Т в млн. m брутто следующего вида:
для рамных рельсов типа Р50
Лр.р = 1,32 + 0,0188(7—40); (52)
для остряков типа Р50
Лостр = 2,46 + 0,025(7—25); (53)
для сердечников общей отливки с изнашиваемыми частями усовиков типа Р50
hc = 2,5377 + 0,0534(7—30). (54)
Для стрелок и крестовин всех марок с литыми сердечниками из высокомарганцовистой стали в СССР установлены следующие гарантийные сроки (в зависимости от прошедшего по ним груза), в течение которых они должны работать в пути под нагрузкой не более 23 7 на ось без поломок и повреждений и иметь износ не более размеров, установленных ПТЭ:
Крестовины всех марок с литыми
сердечниками из высокомарганцовистой стали:
типа Р65 ................ 70 млн. гп груза брутто
» Р50 ................. 60 » » » »
» Р43 ................. 40 » » » »
Стрелки:
типа Р65 ............... 120 > » » »
» Р50 ................ 100 » » » »
» Р43 ................. 80 » » » »
84
Основными мерами по продлению срока службы элементов стрелочных переводов следует считать: а) улучшение качества металла стрелочной продукции и особенно упрочнение поверхности катания элементов переводов; б) совершенствование и внедрение новых конструкций стрелок и крестовин—переход к массовому внедрению гибких остряков, цельнолитых крестовин, раздельного скрепления; применение в конкретно необходимых условиях крестовин с подвижными элементами и ДР-; в) улучшение геометрических характеристик стрелочных переводов; г) введение на стрелочных заводах только стендовой сборки целиком стрелочных переводов с тщательной подгонкой всех деталей; д) совершенствование текущего содержания стрелочных переводов.
§ 33. Определение основных размеров одиночных стрелочных переводов и компоновка их эпюр
Особенности конструкции стрелочных переводов заключаются в том, что в них имеются: разрывы рельсовых нитей в зоне стрелки и крестовины, ярко выраженные углы удара в горизонтальной плоскости в остряк, усовики и контррельсы, неравноупругость рельсовых нитей, как правило, малые радиусы переводных кривых. Кроме того, в них отсутствуют подуклонка рельсов и возвышение наружного рельса переводной кривой. Поэтому в пределах стрелочных переводов как бы сосредоточены самые неблагополучные геометрические и упругие неровности, при которых динамическое воздействие на элементы перевода значительно превышает воздействие на элементы пути на перегоне. Эти обстоятельства обусловливают особые требования к проектированию, устройству и содержанию стрелочных переводов и особенно к выбору их основных параметров.
Основными параметрами стрелочных переводов являются: 1) начальный угол остряка и угол удара в остряк; 2) углы удара в контррельсы и усовики; 3) форма переводной кривой и величины радиусов остряка и переводной кривой; 4) марка перевода (крестовины).
В каждом конкретном случае в зависимости от назначения стрелоч ных переводов для тех или иных эксплуатационных условий—в зависимости от скоростей движения поездов, нагрузок на оси экипажей грузонапряженности и т. п. — основные параметры обосновывают и определяют расчетом. Ниже даются некоторые из методов определения основных размеров и параметров стрелочных переводов.
А. Определение основных'геометрических размеров обыкновенного перевода. Представив в рабочих гранях схему (рис. 69) одиночного обыкновенного стрелочного перевода с криволинейным остряком секущего типа двух радиусов и R (при Ro > R), составим расчетные уравнения для определения основных размеров перевода.
Обозначим через:
Lp — полную или практическую длину стрелочного перевода;
Lt — теоретическую длину стрелочного перевода;
<7 — длину переднего вылета рамного рельса;
85
п — длину передней части крестовины;
т — длину хвостовой части крестовины;
Ra — радиус кривизны остряка от его начала — от точки А — до сечения, равного полной ширине головки остряка
R — радиус кривизны остряка от сечения Ьг до его конца, далее до конца переводной кривой;
Рн — начальный угол остряка;
— угол наклона рабочей грани остряка к горизонтали в конце кривизны Ro;
а — угол крестовины;
О„ — математический центр крестовины;
к — прямую вставку перед математическим центром крестовины;
So — ширину колеи по прямому направлению стрелочного перевода.
Примем прямоугольную систему координат с осью у — у, проходящей через математический центр крестовины, и осью х — х, совпадающей с рабочей гранью рельса прямой наружной нити.
Спроектируем контур АСОК на взаимно перпендикулярные координатные оси.
Из рис. 69 видно, что проекция контура АСОК на ось у — у будет
7?0(cospu — cos0br)-|-7?(cospb —cosa)-f Ksina — So. (55)
86
Проекция контура АСОК на ось х — х будет
Ro (sin рЬг — sin рп) 4- R (sin a — sin pbi) -]- к cos а = Lt. (56)
Уравнения (55) и (56) являются основными расчетными уравнениями для определения главнейших характеристик стрелочного перевода.
Дополнительным уравнением согласно рис. 69 будет
q + Lt+m=--Lp. (57)
Число неизвестных в этих уравнениях значительно больше числа уравнений. Обычно неизвестными, подлежащими определению по этим уравнениям, являются Lt, R или к при известных а и So. Поэтому прежде всего следует найти значения q, т, рп, 7?0 и .
Размер переднего вылета рамного рельса q обусловливает уровень напряжений в рамном рельсе и его деформаций. Эксперименты ЛИИЖТа показали, что чем плавнее отвод уширения колеи от начала остряков к переднему стыку рамного рельса, чем длиннее передний вылет q и чем лучше он закреплен на опорах, тем меньше кромочные напряжения в рамном рельсе и упругие деформации в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Поэтому, учитывая, что ширина колеи в начале остряков S0CTp всегда несколько больше ширины колеи в переднем стыке рамных рельсов Sp.p, величину q наиболее целесообразно принимать из условия плавного отвода уширения колеи:
•$остр—Sp. р о
Q =------:----. (58)
t
где i — величина уширения рельсовой колеи на 1 пог. м длины; для указанных целей величину I можно рекомендовать в пределах 0,0005—0,001.
Определив значение q по выражению (58), следует откорректировать его по условиям рациональной раскладки брусьев по выражению:
(59)
где М — целое число пролетов а;
а — пролет (расстояние между осями брусьев), который рекомендуется принимать равным (0,9—1) апер;
апер — средний шпальный пролет на перегоне для данного типа верхнего строения пути;
С — стыковой пролет;
А — стыковой зазор;
р — ширина стрелочной подкладки-подушки под началом остряка.
Размер т определяется в зависимости от угла крестовины, типа и конструкции крестовины.
87
Для крестовин цельнолитых и с литым сердечником теоретическая длина т хвостовой части крестовины определяется по известному выражению:
т=В + Ь + 5
2tgT
(60)
где В — ширина подошвы рельса данного типа;
b — ширина головки рельса данного типа;
а — угол крестовины;
5 мм — расстояние между подошвами рельсов, подходящих к хвосту крестовины, принимаемое с таким расчетом, чтобы у этих рельсов не строгались подошвы.
Однако величина т должна корректироваться по условиям раскладки брусьев под крестовиной, т. е. она должна быть равна
т =(--)-М'а-]-----^—\:cos —, (61)
г tg4'
где С — стыковой пролет в хвосте крестовины (при расположении стыка на сдвоенных брусьях или на весу при наличии мостика);
М' — целое число пролетов под сердечником крестовины от сечения его 20 мм до хвостового стыка;
а — пролет, принятый под крестовиной;
Ю мм — половина сечения сердечника (в сечении 20 мм).
Величину начального угла остряка 0Н определяют или принимают:
1) на основании опыта применительно к величинам начальных углов рн с существующих стрелочных переводов с характеристиками стрелок, сходными с характеристиками проектируемой стрелки;
2) по ограничению потери кинетической энергии на удар по форму-муле
= arcsin | — sin |3Н с , (62)
\ сП J
где vn — скорость движения поездов по боковому направлению проектируемого стрелочного перевода;
vc — то же для существующего стрелочного перевода, апробированного долголетней практикой;
Рн.с — начальный угол удара в остряк указанного существующего стрелочного перевода.
Решающим фактором, обусловливающим комфортабельность езды пассажира, является воздействие на его организм горизонтальных и вертикальных ускорений. Поэтому логично определять величину радиуса 7?0 остряка с учетом ограничения допускаемых величин непогашенных ускорений ад. 88
Приняв йд в пределах 0,8—1,0 м!сек\ а также скорость движения поездов vu на боковое направление проектируемого стрелочного перевода, можно в порядке первого приближения найти величину радиуса остряка Ro из выражения
Ro = . (63)
°д
Согласно рис. 69 угол рЬг будет
рь = arccos f cos рн— . (64)
После того как найдены или приняты q, т, (> н, Ro и рЬг, следует определить величины: R, к, Lt и Lp, число которых, как видно, больше числа уравнений.
Может быть ряд случаев.
1-й случай. Задана практическая длина стрелочного перевода Lp, например по требованию взаимозаменяемости стрелочных переводов. При этом R и к неизвестны. В этом случае находят в первую очередь Lt из уравнения (57). Это значение Lt подставляют в уравнение (56), а затем уравнения (55) и (56) с двумя неизвестными решают совместно относительно R или к.
2-й случай. Задана величина прямой вставки к, при этом R и Lt неизвестны. В этом случае, пользуясь уравнением (55), определяют R, а затем по уравнениям (56) и (57) определяют Lt и Lp.
3-й случай. Задана величина радиуса переводной кривой; неизвестными являются к, Lt и Lp. В данном случае, пользуясь также уравнением (55), определяют к, а затем по уравнениям (56) и (57) находят Ц и Lp.
Прямая вставка к необходима для того, чтобы обеспечить прямолинейное направление движения экипажа еще до входа в горло крестовины; удалить возможный удар колес от переднего стыка крестовины; предотвратить изгиб усовика. Поэтому во всех случаях рекомендуется для переводов магистральных дорог величину к принимать не ме-неект1п, которая равна
Kmin = «+-y> (65)
где п — практическая длина передней части крестовины;
/н— длина накладки.
Некоторые авторы рекомендуют к принимать больше п на 1,5—2 м. В типовых обыкновенных стрелочных переводах величина к колеблется в пределах от 1 124 до 3 585 мм.
Осевые размеры стрелочного перевода а и b (см. рис. 69), необходимые для его разбивки, определяются следующим образом. Расстояние Ъ от центра перевода до хвостового стыка крестовины, измеренное по оси любого пути, находится по формуле
b - —------Ь т. (66)
, а
89
Расстояние а от центра перевода до переднего стыка рамного рельса, измеренное по оси прямого пути, будет
a — Lp—b. (67)
Б. Определение основных геометрических размеров симметричного стрелочного перевода. Основными элементами одиночного симметричного перевода (рис. 70), как и одиночного обыкновенного перевода, являются: 1) стрелка; 2) комплект крестовин-ной части; 3) соединительные пути и 4) подрельсовое основание.
Отличительные особенности одиночного разностороннего симметричного стрелочного перевода следующие: а) симметричность расположения всех его элементов относительно оси прямого пути или биссектрисы угла крестовины; б) оба соединительные пути перевода боковые; в) при одинаковой длине остряков (прямых) углы, составляемые рабочими гранями остряков с направлениями прямого пути, примерно в два раза меньше, чем в стрелках обыкновенных переводов; г) при оди-
наковых радиусах переводных кривых симметричные переводы получаются короче; при одинаковых прямых вставках перед математическим центром крестовины радиус в симметричном переводе почти в два раза больше, чем в обыкновенном; д) при сохранении длины кривой и радиуса можно применить крестовины с большим углом, чем в обыкновенном переводе. Эти особенности одиночных разносторонних симметричных переводов определили сферу их применения. В США они применяются на главных путях, но при этом ограничиваются скорости движения по обоим направлениям, на дорогах СССР такие переводы получили распространение в стесненных условиях и особенно на подгорочных путях, а также на путях промышленного транспорта.
Представив на рис. 70 в рабочих гранях разносторонний симметричный перевод с прямыми остряками и приняв обозначения размеров, как и для обыкновенных переводов, составим расчетные уравнения.
Проектируя контур АВСОК на горизонтальную ось, получим:
Z0CTP cos |3' +7? ^sin-|-—sinР' ) + kcos-|- - Lt, (68) где Р' — угол, образованный рабочей гранью остряка и продолжением прямолинейного направления рабочей грани рамного рельса, который может быть равным стрелочному углу, а чаще больше половины этого угла.
ео
Проекция того же контура АВСОК (см. рис. 70) на вертикальную ось будет:
, о г i г> I а \ , - а S0CTp
/ocrpS'np +fl(cosP'— COSy j 4-KSin-y = —, (69)
где S0CTp — ширина колеи в начале остряков.
Выражения (68) и (69) являются расчетными уравнениями для определения основных геометрических размеров одиночного симметричного стрелочного перевода.
Соответственно рис. 70 напишем третье дополнительное уравнение:
q Lt tn cos — - - Lp.
(70)
Уравнения (68), (69) и (70) решают так же, как и уравнения при определении основных геометрических размеров одиночных обыкновенных переводов.
Осевые размеры симметричного перевода согласно рис. 70 будут:
6 = —о-фт;
2tg —
2
a = q+Lt— 2tgT
(71)
В. Компоновка эпюры одиночного обыкновенного стрелочного перевода. После расчета стрелки, крестовины, основных геометрических размеров перевода, длин рельсов и координат для разбивки переводной кривой составляют его эпюру, т. е. схематический чертеж в масштабе 1/50 или Vioo- При этом сначала распределяют брусья у стыков, а затем под соединительными путями и определяют длины всех брусьев.
Брусья под стрелкой и соединительными путями раскладываются перпендикулярно оси прямого пути, исключая участок в 5—10 пролетов за центром перевода, где их постепенно поворачивают к положению, перпендикулярному биссектрисе угла крестовины. Пролеты под соединительными путями принимают равными (0,95—1) апер, где — средний шпальный пролет на перегоне, и по возможности одинаковыми. На эпюре (рис. 71) указываются характерные величины, принятые и полученные расчетом.
Кроме эпюры на этом же листе дается спецификация по всему переводу, содержащая следующие данные: а) число элементов стрелки и их вес; б) число элементов крестовины и их вес; в) число элементом переводного механизма и их вес; г) число рельсов, их длины и вес; д) число брусьев и их длины; е) число шпал; ж) количество и вес нормальных скреплений, потребных для одного перевода, которые не входят в комплекты стрелки, переводного механизма и крестовины.
Основные характеристики важнейших из типовых одиночных обыкновенных и симметричных стрелочных переводов дорог СССР приведены в табл. 15.
91
Основные характеристики важнейших из типовых обыкновенных
Тип перевода Марка крестовины Стрелка
Длина рамного рельса, мм Начальный угол (Зн Длина остряка, мм Радиус /?0. мм, до сечения 40 мм Корневое крепление
прямого криволинейного переднего вылета q криволинейного прямого
Обыкновенные
Р65 V’22 25 000 25 000 5 034 0°21'41",49 18 500 18 500 3 308 000 Остряки гибкие
Р65 и Р50 V18 25 000 25 000 3 836 0°25' 15 500 15 500 1 698 000 То же
Р65 21 975 21 884 2 769 0°39'11",83 12 500 12 448 400 000*1 »
Р65 Vn 20 855 20 769 2 769 0°39'll",83 11 000 11 000 400 000*1 »
Р65 Vs 12 500 12 500 2 769 0°39'll",83 8 300 8 300*2 400 000*’ Вклады-шно-нак-ладочное
Р50 V11 21 017 20 927 4 327 0°41'24",66 11 000 11 000 297 259 Остряки гибкие
Р50 Р65 Р65 Р50 Р50 Р50 Р50 Vs V11 Vs Vn Vs Ve Vs 12 500 12 500 12 500 12 500 12 500 12 500 12 500 6 116*4 4 327 4015 4 015 4 327 4 327 2 179 741 0°41'24",66 0°25' 0°25' 0°25' 0°25' 0°25' 0°40' 6515 7 000 7 000 6 515 6 515 5 640 4 340 6 513*2 297 259 Симме 765 000 765 000 765 000 765 000 276 000 200 770 Рад начале До Вкла-дышно -накла-дочное трнчные Вкла-дышно-накла-дочное То же » » » » {усы от остряка корня
*' Радиус остряка до сечения 75 мм.
*2 Стрелка, объединенная для переводов марок */ii и */»•
*3 Радиус до сечения 72,6 мм.
*4 Для подгорочных путей.
92
Угол крестовины а 1 Крестовина 1
Конструкция
передней части п Длина, мм
хвостовой части т
Прямая вставка к, мм
Радиус переводной кривой R, мм
а Осевь; мерь I
ь *• ы
Теоретическая длина Lf ,
мм
Полная длина перевода Lpr
мм
Оптовая цена франко-вагон (судно) станция (порт) отправления, руб.
симметричных стрелочных переводов
«g
jпhjра укладки. ЬруСвеЬ
If rs 1
г; вз
33370
As
28098 2553
11299 16799
9*500
10*590
15*525
12*525
тятти uuuuuuliuUULI
/>74,7ТН-Н 6I1L
ВИ®
U
кж и LI u U [][][][£
wnm
3*2,75
13*3,00
2*9,50
9*5,25
разбивки.
llllllllllllllll
8^3,75 4*4,00 0*425-
7'3’25 й~7*з5о Участок поворота ори-\сье6 во положения, пер-
7*3,50 та ори-
! пенвикулярного к оси. крестовины ” 33 370_________________
28098__________________
ши Ulf
Шпалы
163
11293
16 733
е
2000
8298
Е
2000
Рамный рельс 12500
2000 2000 2000 2000 , 2000 , 2000 3226
*Г 1 153
2550
5,
Р. 10590
1‘W<Mlfn}
98251
8
1000'
2503
Ра
А
Остряк | прямой 8298
Рамный рельс
12500
L 53 по ра-_ Твоя ей грани
Рис. 71
12500
12500
§ 34. Стрелочные переводы для высоких скоростей движения поездов
Одиночные стрелочные переводы для высоких скоростей движения следует рассматривать двух групп: первая — включает переводы наиболее распространенной марки, допускающие высокие скорости движения поездов по прямому направлению; вторая — включает переводы пологих марок, допускающие высокие скорости движения поездов по обоим направлениям.
Первая группа стрелочных переводов по масштабу распространения является главной. По переводам типа Р65 марки 1/11 в настоящее время реализуется скорость движения поездов по прямому направлению 120 кмк.
В 1961—1964 гг. создан новый стрелочный перевод типа Р65 марки ’/'и с цельнолитой крестовиной, позволяющий экспресс-поездам следовать по прямому направлению со скоростью 160 км/ч. Основные характеристики этого перевода приведены в табл. 15. Динамические испытания таких переводов при скоростях движения опытных поездов до 180—200 км/ч, проведенные кафедрой «Железнодорожный путь» ЛИИЖТа и Октябрьской дорогой, и эксплуатация их в пути показали: а) большую плавность движения поездов в сравнении с типовыми переводами, б) меныппе значения деформаций и напряжений в элементах перевода.
Таблица 16
Страна Марка перевода Скорость по боковому направлению, км/ч Форма и тип остряка Длина остряка, мм Начальный угол о стряка Радиус остряка и переводной кривой, м Длина крестовины, мм Полная или практическая длина перевода, м
СССР 1/18 V22 85 120 Секущего типа, гибкий То же 15 500 18 500 0°25' 0°21' 41",49 1 698*1—960 3308*2—1440 6575 11 540 57,519 71,12
США 1/20 1/24*3 80 142 Прямолинейный То же 13 716 11 887 0°22' 0°15' 40",35 1 045 3 000 .9411 11 280 53,31 63 0
Франция 1/20 1/зз 100 140 Секущего типа То же 15 000 16 000 0°25' 0°18' 2 000—1 300 3 000 8 200 58,172
ГДР и ФРГ * 1 До с * 2 До с * 3 Симм 1/1а>5 ечения ечсния етричны 100 )СТрЯК эстряк й пер Касательного типа а 4 0 мм. а 72, 6 мм. гВ0Д. 15 400 0°9' 55",25 1 200 15 000 криволинейная 74,0 64,818
В дальнейшем, очевидно, будет возникать необходимость реализации более высоких скоростей движения поездов по главным путям станций. На перспективу целесообразно создать такие стрелочные переводы, которые были бы лишены разрывов и стыков по прямому
95
Рис. 72
направлению и обеспечивали движение по ним с перегонными скоростями. Для осуществления этой задачи в СССР создан стрелочный перевод, имеющий крестовину с непрерывной поверхностью катания — с подвижным сердечником, типа Р65 марки 1/11, рассчитанный на пропуск поездов по прямому направлению со скоростью 200 км/ч и более.
Эксперименты, проведенные в 1969 и 1970 гг. ЛИИЖТом и Октябрьской дорогой с опытным образцом такой крестовины, позволили констатировать, что по прочности и устойчивости элементов, по обеспечению комфортабельности езды переводы с такой крестовиной могут быть использованы при скоростях свыше 200 км!ч.
Вторая группа стрелочных переводов на дорогах СССР представлена обыкновенными переводами марок 1/18 и х/22 (рис. 72), допускающими движение поездов по боковому пути со скоростью соответственно 85 и 120 км!ч. В табл. 16 даны основные геометрические характеристики самых пологих стрелочных переводов дорог мира.
Масштабы распространения стрелочных переводов пологих марок на сети дорог СССР незначительны. Тем не менее в ряде случаев они и только они настоятельно необходимы.
Очевидно, в перспективе дальнейшее повышение скоростей движения поездов потребует создания новых стрелочных переводов пологих марок, допускающих движение поездов по боковому направлению свыше, чем обыкновенные переводы марок 1!1а и 1/22.
96
По форме в плане переводные кривые стрелочных переводов пологих марок могут осуществляться по круговой кривой и по кривым переменного радиуса. Расчеты для переводов марок 1/18, 1/22 и 1/se показали, что парабола четвертой степени отличается тем, что обеспечивает плавность изменения ускорения в единицу времени, но имеет существенный недостаток—малые конечные радиусы, ввиду чего ограничиваются скорости движения по условиям создания комфортабельности езды; лучшей кривой в этом случае является кривая, разбиваемая по закону синусоиды. Эти же расчеты подтверждают, что во многих случаях целесообразно применять в качестве переводных кривых круговые кривые, а иногда составные—одна часть на определенной длине одного радиуса, затем остальная часть переводной кривой — другого радиуса.
Глава X
ГЛУХИЕ ПЕРЕСЕЧЕНИЯ
§ 35. Прямоугольные глухие пересечения
Глухие пересечения рельсовых путей на дорогах СССР применяются тотько на станциях и путях промышленных предприятий, а в США,
например, и на перегонах.
Глухие пересечения разделяют на две следующие основные группы:
1-я группа — прямоугольные глухие пересечения;
2-я группа — косоугольные глухие пересечения.
Прямоугольные глухие пересечения в свою очередь могут быть: 1) пересечениями путей с одинаковой шириной колеи; 2) пересечениями разноколейных путей (рис. 73).
Прямоугольное глухое пересечение (см. рис. 73) состоит из: а) четырех крестовин, б) четырех контррельсов, в) одного внутреннего замкнутого по контуру контррельса и г) более мелких деталей.
В этих глухих пересечениях колесо при проходе разрыва рельсовой нити может производить резкий удар в сердечник или контррельс, вредный и для ходовых частей подвижного состава. Для предотвращения указанного воздействия колес
в сборных крестовинах в желоб между рельсом и контррельсом помещают иногда вкладыш, по которому колесо катится своей ребордой. Концам вкладышей придается уклон 0,01—0,025. Имеются глухие пересечения типа Р43 (запроектированные Проектно-технологическим конструкторским бюро Главного управления пути) и без вкладыша.
По конструкции прямоуголь-
ные глухие пересечения могут
КресггоЬина
\ I ''-Контурно-замкну
] । тый Внутренний
Узкая- —«
UKOnesr l
нонтррелас
Рис. 73
4 Зак. 6 68
97
быть сплошные цельнолитые, с литыми крестовинами, с литыми сердечниками и сборнорельсовые.
Прямоугольные глухие пересечения для путей с шириной колеи 1 524 мм типов Р50 и Р43 имеют четыре цельнолитых крестовины.
Прямоугольные глухие пересечения в большинстве случаев укладываются на деревянных брусьях. В США в некоторых случаях под такие глухие пересечения укладываются железобетонные плиты.
§ 36. Косоугольные глухие пересечения
Косоугольные, или ромбические, глухие пересечения различают также двух видов: 1) пересечение путей одинаковой колеи (рис. 74) и 2) пересечение разноколейных путей. На магистральных дорогах применяются почти исключительно ромбические глухие пересечения двух прямолинейных путей с одинаковой шириной колеи.
Косоугольное глухое пересечение (см. рис. 74) состоит из: 1) двух острых крестовин, 2) двух тупых крестовин, 3) рельсов, 4) переводных брусьев. Геометрической основой такого пересечения является ромб с вершинами 0к, 1, 0к и 3, показанными на схеме пересечения в рабочих гранях. Основными геометрическими характеристиками его являются: А — большая диагональ (ось) ромба глухого пересечения — расстояние 0к — 0к;
В — малая диагональ (ось) ромба глухого пересечения — расстояние 1—3;
С — сторона ромба глухого пересечения — расстояние 0к—1, измеренное по рабочей грани рельса, усовика (п) и сердечника (mi);
LB — полная, или практическая, длина глухого пересечения; п, т, и т,! — размеры крестовин.
Если глухое ромбическое пересечение предназначено служить как самостоятельное устройство, то обычно принимают угол у равным 75°, 60°, 45°, 30° и 2а, где а — угол крестовины одиночного обыкновенного
Рис. 74
98
стрелочного перевода. Если глухое пересечение предназначено для укладки в перекрестный съезд, то угол у принимается равным 2а.
В тех случаях, когда тупые и острые крестовины глухого косоугольного пересечения имеют угол у = 2а, эти крестовины характеризуются марками 2/N и называются двойными.
Если глухое пересечение предназначено для укладки в перекрестный стрелочный перевод, то угол у принимается равным углу крестовины а одиночного обыкновенного стрелочного перевода.
Острые крестовины глухого косоугольного пересечения в конструктивном отношении принципиально ничем не отличаются от крестовин одиночных стрелочных переводов. Их отличие заключается лишь в размерах, обусловленных величиной угла у.
Тупая крестовина глухого косоугольного пересечения отличается от острой крестовины тем, что в ней имеется два сердечника, а контррельс является составной частью непосредственно крестовины и, как правило, повышен относительно поверхности катания рельсов.
По конструкции тупые крестовины могут быть: а) цельнолитые, б) сборные с литым сердечником (рис. 75) и в) сборнорельсовые.
Из рис. 75 видно, что в тупых крестовинах контррельс возвышается над поверхностью катания сердечников и рельсов. Это возвышение контррельса необходимо для увеличения длины участка, на котором направляются гребни колес в нужный желоб при движении экипажа.
Однако это возвышение не должно выходить за пределы габарита, которым установлено максимальное повышение над рельсом в 50 мм. Поэтому в тупых крестовинах максимальное повышение контррельса принято 45 мм.
Основные размеры глухих косоугольных пересечений дорог МПС приведены в табл. 17.
Рис. 75
4*
99
Таблица 17
Тип рельса Марка пере-сечения Угол пересечения v Большая диагональ ромба А, ЛШ Малая диагональ ромба В, мм Сторона ромба С, мм Расстояние по оси пути от центра пересечения до математического центра острой крестовины, мм
Р65, Р50 и Р43 Р65, Р50, Р43 Р50 и Р43 Р43 Р43 2/и 2/э 2/в 10°23'20" 12°40'50" 18°55'30" 45° 27° 16 833 13 800 9 270 3 982 6 528 1 530 1 533 1 545 1 650 1 567 8 451 6 943 4 699 2 155 3 357 8 382 6 858 4 572 1840 3 174
Глава XI
КОМБИНАЦИИ УКЛАДКИ СТРЕЛОЧНЫХ ПЕРЕВОДОВ И ГЛУХИХ ПЕРЕСЕЧЕНИЙ
К комбинациям укладки стрелочных переводов и глухих пересечений относят: 1) двойные стрелочные переводы, 2) перекрестные стрелочные переводы, 3) съезды между путями, 4) стрелочные улицы и 5) путевые поворотные устройства.
§ 37. Двойные стрелочные переводы
Двойные стрелочные переводы представляют собой комбинации укладки элементов одиночных стрелочных переводов, к которым прибегают в тех случаях, когда из-за стесненности нет возможности для укладки одного за другим двух обыкновенных переводов. Эти переводы разделяют на: 1) разносторонние симметричные, 2) разносторонние несимметричные и 3) односторонние.
1. Двойной разносторонний симметричный стрелочный перевод (рис. 76, а) состоит из двух рамных рельсов, двух пар остряков (из которых внутренние остряки короче наружных), трех крестовин (из которых две задние имеют одинаковые углы). Недостатками этих переводов являются: необходимость значительного ослабления остряков по условиям их взаимной пригонки; сложность обработки и конструктивного оформления стрелок и их содержания. Ввиду этого такие переводы на магистральных дорогах применяются исключительно редко.
2. Двойней разнсстсрснний несимметричный стрелочный перевод (рис. 76, б) заменяет собой два одиночных обыкновенных стрелочных перевода— одного правого, а другого левого, уложенных так, чтобы не было препятствий перевода вторых остряков из одного положения в другое и можно было свободно уложить контррельсы против крестовины. По конструкции стрелки и крестовины двойного разностороннего несимметричного стрелочного перевода принципиально ничем не отличаются от стрелок и крестовин одиночных обыкновенных стрелочных переводов. Эти переводы имеют некоторое преимущество перед двойными симметричными по простоте устройства стрелок. Они также весьма мало распространены на сети дорог.
100
3. Двойной односторонний стрелочный перевод заменяет собой так-же два одиночных перевода и состоит из двух стрелок, трех крестовин, соединительных путей и переводных брусьев. Такие переводы бывают двух видов: а) в одном от прямого основного пути делается первое ответвление, от которого в свою очередь устраивается второе ответвление, б) в другом (рис. 76, в) оба ответвления идут от прямого основного пути. Этот перевод по сравнению с двойным разносторонним симметричным и несимметричным проще в устройстве и эксплуатации и почти не уступает им по длине. Поэтому при необходимости применения двойных стрелочных переводов целесообразнее уложить именно двойные односторонние. Эти переводы иногда применяются на стрелочных улицах сортировочных парков.
101
§ 38. Перекрестные стрелочные переводы
Перекрестный стрелочный перевод (рис. 77—двойной) представ ляет собой комбинацию укладки глухого косоугольного пересечения и элементов (стрелок) одиночных стрелочных переводов. Этот перевод позволяет движение поездов по четырем направлениям и заменяет со-
бой систему, состоящую из двух обыкновенных стрелочных переводов. При этом его длина почти в два раза меньше длины, занятой двумя обыкновенными переводами. Поэтому перекрестные переводы выгодны в стесненных условиях, особенно на тупиковых пассажирских станциях. Однако такие переводы, а также глухие пересечения на линиях, где предусматривается безостановочный пропуск поездов со скоростью более 70 км/ч, укладывать в главные пути станций запрещается.
Перекрестный стрелочный перевод состоит из: 1) двух острых крестовин, 2) двух тупых крестовин, 3) четырех пар остряков, 4) рельсов между крестовинами и рельсов, образующих нити прямых и кривых, 5) переводных брусьев.
Размеры ромба перекрестного стрелочного перевода определяются с учетом того, что в нем у = а.
На перекрестных стрелочных переводах в пределах тупых крестовин марок х/9 наблюдались случаи схода порожних или малозагруженных двухосных вагонов на путях надвига поездов на сортировочные горки. Исследования показали, что причинами схода являются неперекрытие вредного пространства тупых «жестких» кре-
рис 78 стовин и наличие горизонтальных
102
поперечных сил в сжатом поезде. Чтобы предотвратить сходы порожних и малозагруженных вагонов на таких переводах, с 1962 г. начали изготовлять тупые крестовины с подвижными сердечниками-остряками типов Р50 (рис. 78) и Р43 марки 1/9, в которых отсутствует вредное пространство.
Таблица 18
Тип перевода 1 Марка перевода Большая диагональ ромба А, мм Малая диагональ ромба В, мм Сторона ромба С, мм Расстояние по оси пути от центра перевода, мм Радиус переводного пути По упорной нити 7?н, мм Оптовая цена франко-вагон станция отправления, руб.
до математического центра острой крестовины до заднего стыка острой крестовины
Р65 1/9 27 558 1 526 13 800 13 758 15 848 243 000
Р50 1/9 27 558 1 526 13 800 13 758 15 638 243 000 4 086*
Р43 1/9 27 558 1 526 13 800 13 758 15 638 243 000 3 542
* С подвижными сердечниками тупых крестовин. С жесткими крестовинами 4 284 руб.
Основные размеры двойных перекрестных стрелочных переводов, для дорог СССР приведены в табл. 18.
§ 39. Съезды между путями
Съезды устраивают для соединения двух близлежащих рельсовых путей посредством стрелочных переводов. Различают съезды: 1) нормальный между двумя прямыми параллельными путями; 2) сокращенный между двумя прямыми параллель-ными путями; 3) нормальный перекрест- _ ный между двумя прямыми параллельными путями; 4) со- — крещенный перекрестный между пря- — мыми параллельными путями; 5) между двумя прямыми не- 5) параллельными путя- _ ми; 6) между двумя криволинейными путями. Съезды послед- _ них двух видов могут быть и перекрестные-
103
Рис. 80
1. Нормальный съезд между двумя прямыми параллельными путями представляет собой соединение путей посредством двух стрелочных переводов одной марки и одного типа. На рис. 79, а представлена схема такого съезда в рабочих гранях, а на рис. 79, б — в осях (где LH.c — длина съезда, 10 — вставка между переводами). Такие съезды на дорогах СССР наиболее распространены; они просты в устройстве и содержании. Определение элементов для разбивки на местности такого съезда весьма простое и здесь не приводится.
2. Сокращенный съезд между двумя прямыми параллельными путями применяется при больших междупутных расстояниях Е (обычно при £> 7.и), чтобы получить наименьшую величину Lc.c- Достигается это тем, что на соединительном пути между хвостами крестовин делают две обратные кривые, разделенные прямой вставкой 10 (рис. 80).
Из рис. 80 видно, что длины х и Лс.с при сокращенном съезде короче аналогичных длин л:н.с и LH.c при нормальном съезде (показано штриховыми линиями).
Для определения необходимых элементов при разбивке сокращенного съезда прежде всего находят величины углов у и <р.
Из рис. 80 видно, что треугольник O^BD прямоугольный; в нем известны стороны О^В = R и BD = (по построению), а также угол при вершине В, равный 90°.
Из этого следует, что tgy= = 2^ ‘
Откуда
rarctg-Z". (72)
104
Гипотенуза треугольника O1BD будет:
0xD = -|/^ +(73)
Из треугольника 01С02 угол ср найдется по выражению
[2 (R cos а '-Z?sin а)—Elcosv
ср = arccos —--!i. (74)
2/?
Зная углы ср и а, можно найти координаты хь z/r, х2, у2, х3, Уз> х4 и г/4, а также величины х и Ас.с-
3. Нормальный перекрестный съезд между двумя прямыми параллельными путями (рис. 81) представляет собой пересечение двух обыкновенных съездов с помощью глухого ромбического пересечения марки 2/N. Нормальный перекрестный съезд позволяет осуществить движение поездов по четырем направлениям на довольно коротком отрезке стрелочной горловины. Поэтому они и применяются в стесненных местах станций.
4. Сокращенные перекрестные съезды, все съезды между двумя прямыми непараллельными путями, а также все съезды между двумя криволинейными путями осуществляются в необходимых местах только по индивидуальным проектам.
§ 40. Стрелочные улицы
Стрелочной улицей называют путь, на котором расположен ряд стрелочных переводов, а иногда и глухих пересечений на вполне определенных расчетных расстояниях друг от друга. По назначению стрелочные улицы можно разделить на такие две главнейшие категории:
I категория, включающая в себя оконечные стрелочные улицы, т. е. стрелочные улицы, расположенные в конце или в начале парка;
105
II категория, включающая в себя промежуточные или срединные стрелочные улицы, обычно пересекающие парк.
По геометрическим формам их в плане стрелочные улицы каждой указанной категории в свою очередь подразделяются на следующие три группы: группу П — прямолинейные стрелочные улицы, оси которых прямые; группу Л—ломаные стрелочные улицы, у которых оси — ломаные прямые; группу С — смешанные стрелочные улицы, у которых оси состоят из прямолинейных и криволинейных элементов.
Из большого числа вариантов стрелочных улиц в каждой из, указанных групп рассмотрим лишь некоторые из них.
1. Оконечная прямолинейная стрелочная улица (рис. 82) из одиночных обыкновенных переводов с расположением всех переводов на основном или главном пути наиболее часто встречается в практике.
2. Оконечная прямолинейная стрелочная улица, расположенная под углом а к основному пути и состоящая только из одиночных обыкновенных переводов (рис. 83), также имеет значительное распространение.
3. Оконечная ломаная стрелочная улица, состоящая из одиночных обыкновенных переводов, в которых углы наклона каждого ответвляемого пути изменяются на величину а, равную углу крестовины (рис. 84), распространена менее предыдущих. Укладываются такие улицы обыч-
106
но в сортировочных парках. Часто удобно их применять тогда, когда ______________________________________—t
голова парка располо-жена на кривой.---------------------------------------------~~s
4. Оконечные смешан-___________________________________--г
ные стрелочные улицы, состоящие из одиночных L/
обыкновенных переводов, расположенные под уг- Рис. 86
лом р к основному пути (рис. 85), обычно называемые сокращенными, применяются в случаях, когда первое междупутное расстояние имеет значительные размеры.
5. П ромежу точные прямолинейные стрелочные улицы, состоящие из перекрестных и одиночных обыкновенных переводов при параллельных путях (рис. 86), имеют распространение главным образом в тупиковых парках. По эксплуатационным показателям эти стрелочные улицы весьма выгодны, хотя и сложны в содержании.
Выбор, проектирование и укладка наиболее рациональных стрелочных улиц имеют большое значение при устройстве станций. Целесообразно принятая стрелочная улица должна обеспечивать: а) безопасность движения поездов с установленными скоростями; б) наименьшие потери силы тяги при передвижении по ней экипажей; в) наименьшие пробеги подвижного состава при маневрировании; г) простоту в устройстве и содержании; д) возможность удобного переустройства и развития станции; е) наименьшие расходы по устройству и содержанию.
Безопасность движения поездов и эксплуатации стрелочной улицы обеспечивается надлежащей конструкцией переводов.
Для сравнения вариантов стрелочных улиц по дополнительным потерям силы тяги или по дополнительному сопротивлению \\'д движению поезда по стрелочным улицам можно пользоваться выражением
Wx=--nWc + n'WR,
(75)
где Wt. - допслнительнсе удельное сопротивление движению поезда по стрелочной улице, только от стрелки, когда ее остряки поставлены на ответвление, кПпг,
п — число переводов с указанным положением остряков, которые проходит поезд по улице;
ИЦ — дополнительное удельное сопротивление движению поезда от кривой, кПпс,
п' — число кривых (переводные и сопрягающие), которые проходит поезд по улице.
Наименьшие пробеги подвижного состава при маневрировании по стрелочной улице определяются для каждого ее конкретного варианта отдельно.
107
§41. Путевые поворотные устройства
Для поворота на 180° как отдельных единиц подвижного состава, так и целых поездов, служат: 1) поворотные круги, 2) путевые петли, 3) путевые треугольники.
1) Поворотные круги применяются, главным образом, при депо веерного типа, когда имеется лишь небольшая территория для использования под поворотное устройство. Они представляют собой специальные механические устройства для соединения путей, в силу чего подробное рассмотрение их конструкции здесь не приво-
дится.
2) Петли служат для поворота на 180° как целых поездов, так и отдельных единиц подвижного состава. Они весьма удобны для быстрого поворота поездов без переформирования. В зависимости от подходов поворотные петли могут быть: с однопутным подходом при одиночном обыкновенном стрелочном переводе (рис. 87); с однопутным
подходом при одиночном разностороннем симметричном стрелочном переводе и 3) с двухпутным подходом.
3) Треугольники в отличие от петель служат для поворота на 180° только отдельных единиц подвижного состава. Они являются
наиболее распространенным поворотным путевым устройством как
в СССР, так и за границей, ввиду простоты устройства и эксплуа-
меньшей площади для их укладки.
тации, а также потребности
По форме в плане треугольники могут быть:
1) симметричные с прямым основным путем (рис. 88), состоящие из двух одиночных обыкновенных и одного симметричного переводов; 2) несимметричные с прямым основным путем, состоящие из трех одиночных обыкновенных
стрелочных переводов; 3) симметричные с криволинейными путями, состоящие из трех одиночных симметричных стрелочных переводов.
Технико-экономическая оценка каждого из видов поворотных устройств дается на основе сравнений их по: а) суточной пропускной способности; б) длине пробега подвижной единицы при повороте;
108
Таблица 19
Вид поворотного устройства Число стрелочных переводов Занимаемая площадь, га Длина пробега при повороте, м Суточная пропускная способность, единиц подвижного состава
Поворотный круг 0 0,09 30 288
Петля с однопутным подходом и симметричным переводом 1 12,45 1 472 144
Треугольник симметричный с прямым основным путем (см. рис. 88) 3 2,47 1 142 144
в) занимаемой площади; г) сложности поворотного устройства. В табл. 19 приведены характеристики путевых поворотных устройств (по данным инж. В. В. Микони).
Часть четвертая ЗЕМЛЯНОЕ ПОЛОТНО
Земляное полотно является основным элементом нижнего строения железнодорожного пути. Оно представляет собой инженерную конструкцию, выполненную преимущественно из грунта, на которой размещается верхнее строение пути. Земляное полотно предназначено для восприятия давления от подвижного состава, передаваемого через элементы верхнего строения пути. От его состояния зависит работа верхнего строения и в целом пути.
Земляное полотно работает в сложных условиях, находясь с одной стороны, под воздействием динамических нагрузок, и, с другой, под постоянным воздействием агентов природы—влаги, температуры, ветра и др. Поэтому при сооружении и эксплуатации земляного полотна приобретает особое значение регулирование человеком сил природы в нужном направлении.
Значителен удельный вес земляного полотна и по стоимости среди основных сооружений железнодорожного транспорта. Так, из общей стоимости 1 км строительной длины дороги на земляное полотно приходится более 25%.
Исходя из изложенного к земляному полотну предъявляются следующие требования: 1) прочность; 2) устойчивость; 3) долговечность; 4) экономичность постройки и содержания; 5) постоянное исправное и опрятное состояние.
Глава XII
ПОПЕРЕЧНЫЕ ПРОФИЛИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
§ 42. Общие сведения о поперечных профилях земляного полотна
Поперечным профилем земляного полотна называется разрез его плоскостью, перпендикулярной его продольной оси (рис. 89).
Поверхность земляного полотна, на которую укладывают верхнее строение, называется основной площадкой. Линии пересечения основной площадки с откосами называются бровками земляного полотна. Расстояние между бровками представляет собой ширину основной площадки. Боковые части основной площадки, не прикрытые балластом, называются обочинами .
ПО
Берма не менее 7,1
Резерв при ширине „п^оО1! па дну долее Юм ,ри’ ^
Уклон местности
0,02
О, О,
4,7
Основная площадка.
Резерв при. ширине по дну менее 10 м
Рис. 89
В зависимости от положения основной площадки относительно поверхности земли различают следующие виды поперечных профилей: насыпи (см. рис. 89), выемки (рис. 90,а), полунасыпи (рис. 90, б), полувыемки (90, в), полунасыпи-полувыемки (рис. 90, г), нулевые места.
Нулевые места, которые хотя и неизбежны при переходе из выемки в насыпь, при проектировании продольного профиля не допускаются и заменяются насыпями высотой не менее толщины снегового покрова, но не менее 0,6 м, так как путь на нулевых местах легко заносится снегом.
Поперечные профили земляного полотна делят на типовые и индивидуальные. Типовые в свою очередь подразделяются на нормальные и специальные.
Основная
Кювет площадка \Кюрт
111
Типовыми нормальными поперечными и р’о-Филями называют такие, которые применяются повсеместно при сооружении земляного полотна из обычных грунтов, в обычных условиях и проверены многолетним опытом их эксплуатации.
Типовые специальные профили применяются при наличии некоторых особенностей местных условий, но встречающихся сравнительно часто, например, при сооружении земляного полотна на вечной мерзлоте, в горных районах.
Индивидуальные поперечные профили с обоснованием принятого решения технико-экономическими расчетами проектируются в следующих случаях: при высоте насыпей и глубине выемок свыше 12 м\ на крутых или неустойчивых косогорах; при устройстве выемок в переувлажненных грунтах; на болотах; при разработке выемок способами взрыва на выброс; при возведении насыпей способом гидромеханизации и при прочих неблагоприятных условиях.
Поперечные профили земляного полотна характеризуются шириной и формой основной площадки, крутизной откосов, расположением водоотводных устройств, высотой насыпей и глубиной выемок, поперечным профилем земной поверхности в месте устройства земляного полотна.
Основная площадка земляного полотна под один путь (рис. 91) для возможности укладки шпал перед балластировкой устраивается в виде трапеции высотой h0 = 0,15 м с верхним основанием Во = 2,3 м, что несколько менее длины шпалы (2,75 м). Этим исключается образование замкнутых углублений под шпалами при вдавливании их в грунт основной площадки под тяжестью балластных составов. Скопление воды в таких углублениях привело бы к образованию балластных корыт. В скальных и дренирующих грунтах основная площадка делается горизонтальной.
Ширина основной площадки зависит от ширины балластной призмы по низу, радиуса кривой и необходимой ширины обочин. Согласно рис. 91 ширина основной площадки земляного полотна однопутной линии В, может быть определена по формуле
~ +2<7 — Во + 2п0 h0, (76)
где d — ширина обочины;
/г0 — показатель уклона обочины.
112
Минимально допустимая ширина основной площадки земляного полотна однопутных линий эксплуатируемой сети и вновь строящихся приведена в табл. 20.
Таблица 20
Категории вновь строящихся линий Грунт земляного полотна
Все грунты, за исключением перечисленных в графе 3 Грунты скальные, крупнообломочные и песчаные, кроме мелких и пылеватых песков
1 2 3
I и II 7,0 6,0
III 5,8 5,2
IV 5,5—5,8 5,0—5,2
Эксплуатируемая общая сеть 5,5 5,0
На кривых участках пути для сохранения нормальных размеров обочины ширина основной площадки с наружной стороны кривой увеличивается в связи с возвышением наружного рельса на 0,1—0,5 м в зависимости от радиуса кривой.
Очертание основной площадки земляного полотна двухпутных линий делается в виде треугольника высотой 0,2 м (рис. 92) для обеспечения стока воды, проникающей через балластный слой при выпадении дождей и таянии снега.
Ширина основной площадки земляного полотна для дорог с двумя путями и более на прямых, в том числе и на станциях, определяется по формуле
Bn=B1+‘^Ei, (77)
i= 1
где Et — расстояние между осями путей;
п — порядковый номер междупутного расстояния;
Вг определяется по выражению (76).
На кривых участках пути двухпутных и многопутных линий ширина основной площадки земляного полотна дополнительно увеличивается (см. § 29).
Обочины служат для удержания балласта, осыпающегося с откосов, для размещения путевых и сигнальных знаков, устройств связи и контактной сети,
материалов, инструмента, съемных машин и механизмов, а также для нахождения во время проходов поездов рабочих. Ширина обочин должна быть не менее 0,5 м.
На станциях основная площадка и верхняя поверхность балластного
113
Рис. 93
слоя устраиваются при хорошо дренирующих грунтах горизонтальными, а в остальных случаях односкатными, двускатными или многоскатными (пилообразными) с поперечными уклонами 1—2% (рис. 93). При этом крайние скаты должны иметь уклон наружу (к полю, канавам), а остальные (при пилообразном профиле) — к продольному водоотводу. Число путей на одном скате станционной площадки при суглинках и глинах в зависимости от рода балласта и количества выпадающих осадков может быть от 2 до 8; при дренирующих грунтах допускается больше.
Для сокращения общего объема строительных земляных работ или по условиям эксплуатации отдельные пути и парки могут располагаться в разных уровнях (рис. 94, а) на общем или раздельном земляном полотне. Если разница в отметках бровок смежных путей превышает толщину балластного слоя, то в зависимости от размеров междупутья на нем располагают канаву или лоток (рис. 94, б). По условиям обеспечения безопасности работников станции расстояние от оси пути до оси лотка должно быть не менее 2,7 м.
В местах, подверженных снежным заносам, отдельные парки и пути лучше располагать в одном уровне, а горловины парков и станции в целом по возможности на насыпи.
У пакгаузов, высоких погрузочно-разгрузочных платформ с железобетонными подпорными стенами и у низких погрузочно-выгрузочных площадок земляному полотну и верху балласта придается поперечный уклон в сторону от сооружений.
Грузовые дворы, контейнерные площадки, пункты льдоснабжения могут располагаться на двускатном или пилообразном профиле с укладкой в пониженных местах крытых железобетонных прямоугольных лотков, рассчитанных на пропуск по ним автотранспорта.
На складах топлива участки, предназначенные под штабеля угля, устраиваются горизонтальными, земляное полотно планируется с по-
Рис. 94
114
перечным уклоном от штабелей; при этом обязательна укладка продольного междупутного лотка.
Крутизна откосов земляного полотна устанавливается из условия его устойчивости; она зависит от рода грунта, высоты откоса и характеризуется тангенсом угла наклона образующей откоса к горизонту, т. е.
, h 1 tga == — = а п
где h — высота откоса;
а — заложение откоса;
п — показатель крутизны откоса.
В практике принято говорить, что откос имеет одиночную крутизну, если п = 1, полуторную крутизну, если п = 1,5 и т. д.
§ 43. Поперечные профили насыпей
Поперечные профили насыпей (см. рис. 89) характеризуются крутизной откосов, размерами резервов, берм и водоотводных канав.
Крутизну откосам насыпей придают по расчету в зависимости от рода грунтов, геологических, гидрологических и климатических условий. В обычных условиях крутизна откосов назначается: для насыпей из крупного и среднезернистого песков, гравия, гальки, щебенистых и дресвяных грунтов, слабовыветривающихся пород при высоте насыпи до 12 м — 1 : 1,5; из прочих грунтов, кроме скальных, годных для возведения насыпи, при высоте до 6 м, а также при высоте до 12 м в верхней части высотой 6 л/ — 1 : 1,5, в нижней части этой насыпи 1 : 1,75.
При поперечном уклоне местности от 1/5 до 1/3 в основании насыпи устраиваются уступы (см. рис. 90). На косогорах из сыпучих грунтов ограничиваются рыхлением грунта в основании насыпи. На косогорах круче 1/3 сооружение насыпи ведут по индивидуальным проектам.
Насыпи отсыпаются грунтом, получаемым от разработки соседних выемок или из резервов, расположенных около насыпи в полосе отвода.
Резервы одновременно являются водоотводными сооружениями, в связи с чем в первую очередь они закладываются с нагорной стороны. При большой потребности в грунте во избежание одностороннего развития полосы отвода, а также при небольшом поперечном уклоне местности (положе 1/10) резервы закладываются с обеих сторон насыпи. Очертание резервов видно из рис. 89. Продольный уклон резерва во избежание застоя воды и заиливания должен быть не менее 0,003 и в затруднительных случаях не менее 0,002—0,001. В пределах станций резервы не закладываются.
Между подошвой насыпи и резервом оставляют полосу невыбрэнной земли, называемую бермой, для обеспечения устойчивости насыпи и защиты подошвы ее от подмыва. Ширину бермы делают не менее 3 м, а со стороны укладки будущего II пути-—7,1 м. На поймах рек ширина бермы увеличивается до 4—5 м. Поверхность бермы с нагор-115
ной стороны должна иметь поперечный уклон 0,02—0,04 к резерву или канаве (тем круче чем меньше дренирующая способность грунта).
Если грунт на полосе отвода не пригоден для отсыпки насыпи, если отсыпка насыпи поперечной возкой из резервов дороже, чем продольная возка из выемки и если по местным условиям нельзя делать резервы (строения вблизи пути, переезд, косогор и т. п.), то резервы заменяются продольной водоотводной канавой.
Глубину продольных водоотводных канав принимают по расчету, но не менее 0,6 м. Крутизна откосов их в гли нистых и песчаных грунтах назначается 1 : 1,5. Продольный уклон канавы должен быть, как правило, не менее 0,003 и в исключительных случаях не менее 0,002 (на болотах и речных поймах допускают уклон не менее 0,001). Наибольший уклон дна канавы устанавливают таким, чтобы при соответствующей ему расчетной скорости течения воды не происходил размыв грунта или укрепления дна и откосов канавы.
Водоотводные сооружения размещают в полосе отвода, граница которой должна отстоять от полевой бровки резервов и канав не менее чем на 2 м.
§ 44. Поперечные профили выемок
Поперечные профили выемки (рис. 95) характеризуются крутизной откосов, размерами кюветов, кавальеров, банкетов, забанкетных и нагорных канав.
Крутизну откосов выемок устанавливают по расчету в зависимости от физико-механических свойств грунта, геологических и гидрогеологических условий, а также от глубины выемки. В благоприятных инженерно-геологических условиях, допускающих применение типовых профилей, для выемок глубиной до 12 м крутизна откосов назначается согласно СНиП. В наиболее распространенных песчаных и глинистых грунтах она принимается полуторной.
Для сбора и отвода воды, стекающей с основной площадки и откосов выемки, устраивают кюветы глубиной не менее 0,6 м, шириной по дну пссле укрепления не менее 0,4 м (см. рис. 95) и с продоль ным уклоном, равным уклону земляного полотна, но не менее 0,02.
116
В твердой слабовыветривающейся скале вместо кюветов выкладываются бордюры 0,3 X 0,3 м из сухой кладки или бетонных блоков. В та ких выемках для укрытия людей и складывания материалов устраиваются ниши и камеры.
Неиспользуемый от разработки выемки грунт вывозится в отвалы, называемые кавальерами. Чтобы отсыпка кавальеров не повлияла на устойчивость откоса, расстояние от бровки выемки до подошвы внутреннего откоса кавальера делается не менее 5 м, а со стороны устройства будущего II пути — не менее 9, 1 м. В слабых грунтах это расстояние принимается (5 + Н) м, где Н — глубина выемки, но не менее Ю.и. В пределах границ станций кавальеры не отсыпают.
Вода, стекающая к выемке, перехватывается нагорными канавами, отводящими ее к ближайшему искусственному сооружению или в сторону от земляного полотна. Размеры нагорной канавы определяются расчетом по расходу воды, но ширина канавы по дну и ее глубина принимаются не менее 0,6 м. Нагорные канавы закладываются с обеих сторон выемки, если поперечный уклон местности менее 0,02. При наличии кавальера нагорная канава располагается на расстоянии от 1 до 5 м от подошвы его внешнего откоса. При отсутствии кавальера нагорная канава должна отстоять от бровки выемки не менее чем на 5 л с учетом будущего строительства II пути.
Для отвода воды от выемки, стекающей с полосы земли между подошвой кавальера и бровкой выемки с нагорной стороны, отсыпают банкет треугольной формы, и вода поступает в забанкет-н у ю канаву сечением 0,3 X 0,3 м с продольным уклоном дна не менее 0,005, а при отсутствии кавальера вода с этой стороны стекает в нагорную канаву.
Глава XIII
МЕРОПРИЯТИЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТАБИЛЬНОСТИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
§ 45. Общие сведения
Главным врагом земляного полотна является вода. С увлажнением грунта устойчивость его понижается, поэтому в зависимости от местных условий требуется осуществлять мероприятия по обеспечению стабильности земляного полотна. К числу основных таких мероприятий относятся: регулирование поверхностного стока воды, защита земляного полотна от влияния атмосферных факторов, понижение уровня или перехват грунтовых вод, устройство поддерживающих сооружений, укрепление грунтов.
Регулирование поверхностного стока требуется для того, чтобы не происходили размывы земляного полотна и инфильтрация поверхностных вод в грунт. Для этого планируют территорию, прилегающую к земляному полотну, чем обеспечивают сток воды; создают сеть водо-
117
сборно-водсотводных устройств; принимают специальные меры против инфильтрации в грунт воды с поверхности и через дно и стенки водоотводных устройств.
Следует особо подчеркнуть, что предупредить просачивание воды в грунт всегда проще и дешевле, чем удалять воду из грунта.
§ 46. Защита земляного полотна
Для защиты земляного полотна от размывного действия воды, прибоя волн, от выдувания грунтов ветром и вредного влияния других атмосферных факторов применяют: засев травой, одерновку, мощение камнем, каменные отсыпи, бетонные, железобетонные и асфальтовые
покрытия, древесно-кустарниковые насаждения. Окончательное решение в каждом конкретном случае принимается на основе технико-экономического сравнения вариантов.
Рис. 97
Засев травой является основным видом защиты откосов выемок и незатопляемых насыпей. Для засева применяются смеси местных многолетних трав рыхлокустовых (тимофеевка), корневищных (костер безостый) и стержнекорневых или бобовых.
Одерновка откосов земляного полотна также обеспечивает достаточное сопротивление размыву водой. Она может быть осуществлена в клетку и сплошь. Приодерновке в клетку укладывают дер-
Рис. 99
118
Рис. 100
новые ленты под углом 45° к образующей откоса (рис. 96). Клетки 1X1 м засыпаются растительной землей и засеваются травой. При сплошной одерновке дерновые ленты или штучные дернины укладывают горизонтальными рядами с перевязкой швов (рис. 97). Одернов-ка откосов применяется в комбинации с посевом трав при укреплении высоких откосов и как самостоятельная мера в условиях, неблагоприятных для произрастания трав. Откосы мокрых выемок рекомендуется укреплять только сплошной одерновкой.
Мощение камнем (размер камня 0,15—0,3 м) бывает одиночное и двойное (рис. 98). Оно производится по подстилающему слою из мха, волокнистого торфа толщиной 5—10 см в уплотненном состоянии или щебня, гравия толщиной 10—20см. Мощением укрепляют омываемые откосы при скоростях течения воды от 2 до 6 м/сек в зависимости от глубины слоя воды.
Каменные отсыпи применяют для укрепления (в местностях, богатых камнем) подводных частей подтопляемых откосов насыпей. На рис. 99 показана отсыпь, выполненная в процессе постройки.
Для укрепления затопляемых откосов насыпей и берегов горных рек применяют также габионы, представляющие собой ящики из оцинкованной проволочной сетки, заполненные камнем.
Железобетонные покрытия применяют при скоростях течения воды, превышающих 3,0—3,5 м/сек, а также при сильном волновом воздействии. Сборные плиты имеют размеры от 1X1 до 3x3 м, а монолитные (рис. 100), осуществляемые на месте, от 5x5 до 10Х 10 м толщиной 0,15—0,45 м. Для укрепления откосов начинают применять бетонные и железобетонные плитки размерами в плане 0,3X0,3 м, 0,5x0,5 м и более, толщиной 0,08— 0,2 м.
Д р е в е с н о-к устар ников ые насаждения являются хорошим и недорогим видом защиты откосов земляного полотна на поймах рек при скоростях течения воды до 1,5 м/сек. Они снижают скорость течения воды благодаря большому сопротивлению, которое оказывает их крона; корни же связывают частицы грунта, повышая устойчивость откоса; стволы деревьев защищают откосы от ударов крупных льдин. Для посадок используются преимущественно ивовые породы с густой сильно развитой кроной и стелящейся корневой системой.
119
§ 47. Сбор и отвод поверхностных вод от земляного полотна
Сбор и отвод поверхностных вод осуществляются канавами или лотками.
Канавам придают, как правило, трапецеидальное сечение, наиболее удобное для их устройства, ремонта и содержания. Размеры канав устанавливаются расчетом по наибольшему расходу воды.
Расход воды определяется по нормам поверхностного стока в зависимости от размеров бассейна, интенсивности ливней, крутизны дна лога и его боков и водопроницаемости — почвы. Этот расход непостоянен по длине +. J канавы и увеличивается от ферховья к
аН------ ТйТ устью. В длинных канавах (более 100—
-*1—Н- 200 м) расход определяется в нескольких
рис Joi поперечных сечениях, и канава проекти-
руется отдельными участками.
Расчет производится различными способами. Можно задаться (рис. 101) шириной по дну b (не менее 0,6 м), высотой наполнения канавы h (не менее 0,4 м при глубине канавы не менее 0,6 jw) и уклоном дна i в соответствии с уклоном местности. Далее определяется скорость течения воды в канаве по формуле
v = С ) Ri,
(78)
где С — коэффициент шероховатости берется из справочников по гидравлике;
R = — гидравлический радус;
Дренажные отверстия
100
120
Песчано-гравийный фильтр Железобетонные плиты Железобетонные рамы ючосм. РасстояниенежВу осями рам 105см Цементная смазка Забивка тощим, бетоном \ Песчано-гравийна. подготовка Пав готовка из тощего бетона
Рис. 102
120
и — площадь сечения водного потока в канаве;
р — смоченный периметр; р = b + 2/грЛ1 + п2.
Если скорость v превышает допускаемую для данного грунта, то предусматривают укрепление канавы или принимают более пологий уклон дна. Получив скорость течения воды в канаве, находят фактический расход:
<2факт = (79)
который может пропустить канава, и сравнивают его с Qpa04 — расчетным требуемым расходом воды. Если расхождение между Q{J)aKT 11 Фрасч превышает 5%, то изменяют размеры канавы или уклон дна и повторяют расчет.
В неустойчивых грунтах, а также при большой глубине канав для сокращения объема земляных работ вместо канав устраиваюг лотки преимущественно из железобетона (рис. 102), камня, бетона, а в местностях, богатых лесом, как исключение — из дерева.
При крутом уклоне местности, чтобы не делать дорогостоящее укрепление канав, последние проектируют с пологими уклонами, сопрягая отдельные участки быстротоками (рис. 103) или перепадами (рис. 104).
На станциях отвод воды имеет особое значение, так как это — необходимое условие для обеспечения не только прочности и устойчивости земляного полотна, но и нормальной работы стрелочных переводов и всех станционных устройств. Поверхностные воды, стекающие с нагорной стороны окружающей местности к станционной территории, перехватываются нагорными канавами в выемках и продольными водоотводными канавами у насыпей. Собранная ими вода отводится к искусственным сооружениям или
к пониженным местам.
Сбор и отвод воды, попадающей непосредственно на территории путевого
Рис. 104
121
Рис. 105
развития и площадки различных станционных устройств, осуществляется системой продольных и поперечных водоотводов.
При пилообразном профиле земляного полотна станций в пониженных междупутьях укладываются типовые сборные железобетонные лотки глубиной от 0,75 до 2 м. Собранная ими вода поступает в поперечные подземные трубы-коллекторы и отводится ими на поверхность земли, во внешний продольный водоотвод, в продольный коллектор станционной или городской канализации. Дну лотка придают уклон 0,002—0,005. В водораздельной точке глубина лотка должна быть не менее 0,25 м. Расстояние между коллекторами устанавливается расчетами (не менее 100—200 м).
При большом количестве осадков для облегчения стока на станциях к продольным лоткам укладываются через 25—50 м междушпальные деревянные или железобетонные лотки (рис. 105).
От централизованных стрелочных переводов на щебеночном балласте воду собирают вдоль границы их балластной призмы со стороны притока поверхностных вод и выпускают ее в поперечные между шпальные лотки глубиной 0,2 м.
На пассажирских, грузовых и технических станциях в черте городов с развитой системой канализации возможно устройство продольного закрытого водоотвода из труб.
У бортов низких пассажирских платформ при отсутствии свободного стока воды в поперечном направлении за концами шпал укладывают лотки того же типа, что и междушпальные лотки.
§ 48. Сбор и отвод грунтовых вод
Наличие грунтовой воды, протекающей в водоносных слоях и просачивающейся в почву с поверхности, уменьшает сопротивление сдвигу, несущую способность грунта и вызывает другие вредные явления в земляном полотне. Вода оказывает и химическое воздействие на грунт. 122
Она растворяет минеральные частицы, содержащиеся в некоторых грунтах, и образует подземные пустоты (карсты).
Если грунтовые воды угрожают нарушению прочности и устойчивости земляного полотна, то необходимо или перехватить, собрать и отвести их в сторону от земляного полотна, или понизить их уровень. Эти мероприятия осуществляются с помощью дренажных устройств. К ним относятся: открытые дренажные канавы, лотки, закрытые дренажи траншейного типа, штоль
Рис. 106
ни, дренажные колодцы.
Канавы и лотки с открытой водосборной частью одновременно отводят и грунтовые, и поверхностные воды. Грунтовые воды поступают в канаву, просачиваясь через ее боковые стенки и дно, или только с откосов, если канава заглублена в водоупорный слой. В качестве дренажного устройства канавы применяются при неглубоком залегании грунтовых вод. Лотки (см. рис. 102) для фильтрации воды из грунта имеют в боковых стенках отверстия. Нижняя же часть лотка делается без отверстий во избежание инфильтрации воды из лотка в грунт. Дну лотка придается уклон не менее 0,003—0,005, укрепление его производится в соответствии с расчетной скоростью.
Закрытые дренажи траншейного типа (рис. 106) применяют взамен лотков, если необходимо их устраивать глубокими, и вместо лотков в водонасыщенных пучинистых грунтах. Для отвода воды на дне укладывается дрена 1 из гончарных, бетонных или деревянных труб, в которую вода поступает через отверстия в ее нижней и боковых частях. (На рис. 106: 2 — доски, 3 — щебень 50—70 мм; 4 — галька 5—7 мм; 5 — заполнитель; 6 — фильтрующий слой; 7 — глинобетон; 8 — мостовая на мху.) Дну дренажа придается уклон не менее 0,005, и вода выводится на поверхность земли к пониженным местам.
Для очистки трубы и контроля за работой дренажа через 50—75 м, а также на всех углах поворота и в местах перепадов устраиваются смотровые колодцы обычно железобетонные из круглых колец диаметром 1 м и как исключение деревянные. Дренажи траншейного типа глубиной более 6 м называются галереями. Экономичными и долговечными являются сборные железобетонные галереи из звеньев круглого сечения диаметром 1,25 м или прямоугольного—1,3x0,8 м.
123
Шт о л bit я Представляет собой слабо наклонный ход в толЩе водоносного грунта с основанием, заглубленным в водонепроницаемый слой.
Конструкция и размеры поперечного сечения штолен те же, что и у галерей. Вода фильтруется в штольню через боковые стенки. Через 150—250 м по длине штольни закладываются шахты, необходимые для производства работ, осмотра и вентиляции штольни.
На станциях сбор и отвод грунтовых вод осуществляется в зависимости от местных условий. При одностороннем поступлении грунтовых вод и неглубоком залегании водоупорного слоя возможен полный каптаж (перехват) грунтовых вод. При высоком стоянии грунтовых вод понижают их уровень устройством дренажей траншейного типа. Отвод технических и хозяйственных вод от гидроколонок, поворотных кругов, канав депо и других устройств осуществляется канализационными трубами.
§ 49. Специальные способы укрепления грунтов
К основным специальным способам укрепления грунтов земляного полотна относят: цементацию, силикатизацию, клинкеризацию и электрохимическое закрепление.
Цементация грунтов — это нагнетание в грунт под давлением жидкого цементного раствора. Затвердевая в порах и трещинах грунта, цемент укрепляет его. Наиболее целесообразно укрепление цементацией трещиноватых скальных пород.
Силикатизация грунтов основана на химическом взаимодействии жидкого стекла и раствора хлористого кальция, нагнетаемых в грунт поочередно. Искусственное окаменение грунта, достигаемое этим способом, обеспечивает водонепроницаемость и повышение его несущей способности.
Клинкеризация — термическая обработка укрепляемого грунта, заключается в обжиге глин и тяжелых суглинков. При обжиге грунт обезвоживается, теряет способность впитывать воду и при обретает повышенные прочностные характеристики.
Электрохимический способ укрепления грунтов состоит в пропуске через грунт постоянного электрического тока посредством забитых в грунт электродов. Сущность этого процесса заключается в следующем: частицы воды перемещаются от анода к катоду и в зоне, расположенной у анода, влажность уменьшается. При этом, кроме осушения грунтов, происходит изменение их физических свойств — повышение коэффициента трения, увеличение удельного сцепления и сопротивления размокаемости.
Этот способ применим для связных глинистых грунтов и мелких песков с содержанием пылеватых и глинистых частиц более 12—15% по весу.
Расход тока для интенсивного осушения грунта этим способом составляет 60—80 квт-ч на 1 мя грунта.
124
§ 50. Теплоизолирующие покрытий. Поддерживающие сооружения
Теплоизолирующие покрытия против промерзания грунтов обычно делают из шлака, отходов асбеста, мха, волокнистого торфа, тундровой дернины, опилок и т. и. В стадии изучения находится вопрос о применении теплоизолирующих синтетических материалов.
Для глинистых и суглинистых грунтов глубина г (см) промерзания ориентировочно может быть определена по формуле
z = 23/? /2/+ 2,
(80)
где 2/ — средняя за много лет величина суммы абсолютных значений
среднемесячных отрицательных температур воздуха за зиму, °C;
п — для глинистых и суглинистых грунтов равно единице; для супесей, мелких и пылеватых песков п 1,2.
К поддерживающим
сооружениям относятся подпорные стены, контрфорсы, контр банкеты, а иногда и шпоны.
Подпорные стенки (рис. 107, а), выполняемые из камня (всухую или на растворе), из бетона или из железобетона, применяют для обеспечения устойчивости откосов на косогорах.
Контрфорсы представляют собой те же стены, но выполненные не сплошь по длине ограждаемого места, а короткими секциями через интервалы определенного
Рис. 107
размера.
Контрбанкеты (рис. 107, б) представляют собой присыпки к земляному полотну, которые делают из более устойчивых хорошо дренирующих грунтов — камня, шебня, гравия, песка. При затруднительности получения этих материалов их отсыпают и из местного грунта.
Шпоны — прошивные сваи, забивные или набивные, применяют для поддержания сползающих неустойчивых грунтовых масс сравнительно небольшого объема.
Глава XIV
ДЕФОРМАЦИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
§ 51. Основные виды деформаций земляного полотна
В земляном полотне и его основании под действием поездной нагрузки, собственного веса и под влиянием атмосферных факторов возникают упругие и остаточные деформации. Накопление остаточных
125
деформаций при определенных условиях эксплуатации может привести к нарушению целости земляного полотна или отдельных его частей. Деформации могут быть постоянными и временными. Они могут развиваться медленно и равномерно или быстро и неравномерно. Бывают и внезапные деформации.
Проф. Г. М. Шахунянц предложил следующую классификацию деформаций земляного полотна: деформации основной площадки, пучины, оседания, расползания, провалы, оползни и сдвиги, обвалы, осыпи, лавины, размывы и подмывы, повреждения и загромождения.
§ 52. Деформации основной площадки земляного полотна
Углубления в основной плсщадке земляного полотна, расположенные под шпалами, называют балластными корытами (рис. 108). Они образуются из-за неравномерной передачи давления от шпал на земляное полотно при малой толщине балластного слоя и вследствие
недостаточной несущей способности грунта основной площадки. По мере роста в глубину и ширину корыта сливаются и образуют так называемые балластные ложа.
При неодинаковой плотности грунта основной площадки или из-за отсыпки земляного полотна различными грунтами происходит вдавливание балласта в менее плотных местах и образование так называемых балластных гнезд. Местное значительное углубление ложа называется балластным мешком (рис. 109). Глубина балластных лож обыч но не более 1 м\ гнезда и мешки развиваются в глубину до 3 м и более.
Наличие балластных корыт и лож весной и в периоды дождей при водит к просадкам пути, а зимой к появлению пучин. На участках с глубокими балластными гнездами возможны сплывы и обвалы верхней части откосов.
затмо Балластные корыта и не-
— - • -" nec^lJ‘ глубокие ложа могут быть
"‘—к ликвидированы срезкой всего
/ \ верха полотна ниже дна корыт
и лож на 20—25 см и отсып- кой его крупно- и средне-
: - зернистым песком или шла-
ком. Работы при этом сопря-рИс. но жены с перерывами вдвиже-
126
А... А I Аь-А. lA-sAr
Замена Водонепроницаемым грунтом
Рис. 111
нии поездов, сложны и обходятся дорого. Однако сплошная вырезка является весьма радикальной мерой. Широкое распространение получило более дешевое осушение корыт и неглубоких лож срезкой части земляного полотна с последующей засыпкой песком (рис. ПО).
Более глубокие ложа, балластные мешки и гнезда иногда осушают поперечными прорезями, заполняемыми песком. При большой глубине прорези стоят дорого и поэтому целесообразно отводить воду из глубоких мешков и гнезд горизонтальной дренажной трубой, которую заводят сбоку специальной машиной горизонтального бурения. Лучшие результаты при осушении гнезда достигаются забивкой с откоса наклонных металлических труб (с отверстиями в их стенках).
На станционных путях ввиду трудности осушения углублений основной площадки рекомендуется ликвидация корыт и лож вырезкой загрязненного грунта и затрамбовыванием этих мест чистым грунтом (рис. 111).
На дорогах США широкое распространение получило лечение деформаций основной площадки нагнетанием в грунт полотна жидкого цементного раствора, после затвердевания которого образуется прочный водонепроницаемый материал.
§ 53. Пучины
Пучением грунтов называют общее или местное поднятие земной поверхности в результате промерзания грунта и увеличения в объеме замерзающей в нем воды. При неоднородности грунта основной площадки и различных условиях попадания воды высота поднятия грунта по длине пути неодинакова, поэтому на поверхности земляного полотна образуются неровности (бугры, впадины и перепады), называемые пучинами (рис. 112). Соответственно этому искажается и рельсовая колея. Движение по такой колее без ее исправления становится небезопасным. Различают пучины поверхностные (верховые) и грунтовые (коренные).
Поверхностные пучины образуются при замерзании воды, задержавшейся в загрязненном, плохо дренирующем балласте, в углублениях основной площадки. Они появляются в начале зимы, быстро достигают наибольшей высоты—20—4О.юч и исчезают весной с оттаиванием балласта и верха земляного полотна. Эти пучины ликвидируются заменой или очисткой балласта, лечением деформаций рсновной площадки и ремонтом запущенных кюветов.
127
Зона равномерного пучения
Уровень основной площадки зимой /Бугор впадина Перепад
'Продень осноВной площадки летом
Рис. 112
Грунтовые пучины образуются при замерзании в пучащих грунтах воды, не только имевшейся к началу зимы в зоне промерзания, но и воды, поступающей из нижележащих талых слоев грунта в течение всего периода промерзания. Они появляются после поверхностных пучин при более глубоком промерзании грунта и достигают высоты 100—200 льм.
Основными способами ликвидации грунтовых пучин являются: 1) осушение грунта с понижением уровня грунтовых вод ниже горизонта промерзания, 2) теплоизоляция грунта, 3) подъемка пути на песчаный балласт или шлак, 4) замена пучащего грунта крупнозернистым и средней крупности чистым песком.
Осушение грунта с понижением уровня грунтовых вод применяют, если уровень свободной грунтовой воды расположен выше горизонта промерзания в грунтах с небольшой молекулярной влагоемкостью. Для этого устраивают односторонние и двусторонние подкюветные или закюветные дренажи. Глубину заложения дренажа устанавливают так, чтобы из зоны промерзания была выведена не только свободная, но и связанная с ней капиллярная вода. Из расчетной схемы двустороннего дренажа (рис. 113) видно, что глубина заложения дренажа, считая от дна кювета, равна
Н = p-\-e+d + f + h0—к, (81)
где р — глубина промерзания;
е — запас, учитывающий возможные колебания глубины промерзания и принимаемый по местным условиям, но не менее 0,15 м;
d — высота капиллярного поднятия по данным лабораторного исследования (ориентировочно для песков d = 0,2 м, для супесей 0,30 м, для суглинков и глин 0,354-0,5 м);
f — стрела подъема кривой депрессии, величина ее может быть принята по среднему уклону 1 кривой депрессии:
f = nil;
I — для пылеватых песков около 0,02, супесей 0,02—0,05, суглинков 0,05—0,10, глин 0,10—0,15;
т — расстояние от оси пути до стенки дренажа;
h0 — толщина слоя воды, собранной дренажем (расстояние от дна дренажа до верха трубы);
к — расстояние от дна кювета до поверхности балластной призмы.
Формула (81) справедлива и для одностороннего дренажа с учетом того, что стрела подъема кривой депрессии f определяется для сечения, 128
Рис. 113
отстоящего от внешнего торца дальней шпалы на расстояние 0,2— 0,5 м в сторону поля.
Теплоизоляция грунта заключается в укладке под балласт материала малой теплопроводности слоем такой толщины, чтобы грунт под ним не замерзал. На дорогах СССР для этой цели используется просеянный угольный котельный шлак с крупностью зерен от 2 до ЗОш.и и экспериментируются асбестовые отходы. Толщина такой врезной шлаковой подушки определяется расчетом в зависимости от термических характеристик шлака и глубины промерзания [например, по формуле (80)], но ее принимают не менее 0,4 м. При устройстве шлаковых подушек обязателен отвод воды от них в углубленные кюветы или дренажи траншейного типа (рис. 114, а), а также необходимо плавное сопряжение подушки с грунтом земляного полотна в продольном направлении (рис. 114, б) надлине/, равной:
/ = —, (82)
i
где h — высота равномерного пучения;
i — уклон отвода от неликвидированного равномерного пучения к невспученному участку, принимаемый равным 0,001 — 0,0025.
^0.05-В.Ю
И
i Ill'll l‘4lllt’ll"’l'lliilJl'n>lJt'll nrr.hll llllll WlL'illl>l'/j',7l.l
] Углубленный кюВет Засыпка местным грунтвм
Рис. 114
5 Зак. 668
129
Подъемка пути на балласт или ш л а к основана также на принципе удаления пучинистого грунта из зоны промерзания. Высоту подъемки устанавливают специальными расчетами. Производство работ в этом случае проще и дешевле, чем врезка шлаковой подушки.
Замена пучинистого грунта непучинистым на всю глубину промерзания является целесообразной в условиях постройки. На эксплуатируемых дорогах ввиду большой трудоемкости и необходимости в длительных «окнах» она применяется редко.
§ 54. Другие виды деформаций земляного полотна
Оседания земляного полотна происходят или вследствие уплотнения грунта основания под нагрузкой веса насыпи и проходящих поездов или из-за выпирания грунта из-под основания насыпи (рис. 115). В первом случае просадки пути исправляют подъемкой на балласт в течение всего периода уплотнения. Во втором случае
отсыпаются бермы а, препятствующие выпиранию грунта. Если недостаточная несущая способность основания вызвана высокой влажностью грунта, то принимаются меры к его осушению. Просадки могут возникать также над горными выработками из-за деформации крепления шахт и штолен.
Расползание насыпи возникает главным образом из-за грубых нарушений технических условий на сооружение земляного полотна, например, отсыпка насыпи из мокрых грунтов или зимой из грунтов с комьями мерзлой глины. До восстановления нормального профиля расползшийся грунт осушается обычно поперечными дренажными прорезями.
Провалы насыпей случаются вследствие разрыва торфяной корки на болотах (рис. 116), а также из-за разрыва кровли над гор-
Рис. .1.1 (5
130
Рис. 117
ними выработками. При восстановлении разрушенной насыпи принимаются меры для ее стабилизации или трасса переносится в обход провала.
При обвалах происходит падение с опрокидыванием грунтовых масс. Обвалы отдельных камней и глыб, а также снега, каменные и снеговые лавины, осыпи продуктов разрушения в горных районах могут привести к загромождению пути. Меры предупреждения и борьбы с этими явлениями обеспечиваются по специальным проектам.
Оползнями называют перемещения грунта по грунту без падения или опрокидывания смещающихся грунтовых масс. Оползни могут происходить: в однородных грунтах при большой крутизне склонов и откосов и в результате чрезмерного увлажнения; в разнородных грунтах, когда поверхность скольжения предопределена геологической структурой склона (рис. 117) и если недостаточна прочность и устойчивость нижележащих наклонно расположенных слоев. Борьба с оползнями включает обширный комплекс мероприятий по регулированию поверхностного стока, отводу и понижению уровня грунтовых год, укреплению грунтов, устройству поддерживающих сооружений и др.
5*
Часть пятая
СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ
Повышение скоростей движения пассажирских и грузовых поездов является наиболее эффективным способом дальнейшей интенсификации перевозочного процесса.
В нашей стране удовлетворение потребностей народного хозяйства и в связи с этим повышение скоростей движения поездов являются программными задачами государства. В программе КПСС записано: «Важнейшими задачами в области транспорта являются: расширение транспортно-дорожного строительства и полное удовлетворение потребностей народного хозяйства и населения во всех видах перевозок; дальнейшее техническое перевооружение железнодорожного и других видов транспорта; значительное повышение скоростей на железных дорогах, морских и речных путях; согласованное развитие всех видов транспорта как составных частей единой транспортной сети»1.
В этом аспекте в пятой части даются некоторые соображения о допускаемых скоростях движения поездов.
Глава XV
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
§ 55. Краткие сведения о скоростном движении на железнодорожном транспорте
Повышение скоростей движения поездов всегда представляло большой интерес технического и экономического характера. Первые опыты по скоростному движению в Европе и Америке начали проводиться еще в прошлом столетии.
В капиталистических странах повышение скоростей движения поездов диктуется в основном конкуренцией железных дорог с другими видами транспорта и даже между отдельными железнодорожными обществами и компаниями. Поэтому там внедрение скоростного движения поездов шло скачкообразно и выливалось в борьбу за отдельные рекорды по скоростным поездам.
1 Программа Коммунистической партии Советского Союза. Политиздат, 1964, стр. 71—72.
132
Таблица 21
Страна Год Протяженность (км) железных дорог, где поезда обращались ежедневно по расписанию со скоростями, км[ч
88 и выше 91 и выше 94 и выше 1 00 и выше 106 и выше .J 14 * выше
США 1932 8 798 3 081 691
1935 — 29 380 17 571 6 041 1 425 181
1936 -- 45 791 29 481 13 237 3 691 586
Великобри- 1931 3 581 1 312 117 117 — —-
та ни я 1932 6 919 3 252 966 117 117 —
1933 7 938 3 619 878 117 117 —
1934 8 438 3 973 1 138 117 117 —
1935 11 894 8 185 2 846 185 826 —
1936 14 164 8 488 3 452 1 185 826 —
Германия 1932 589 .— .— — —
1933 1 240 1 085 1 085 816 542 542
1934 7912 4 322 3 061 1 085 542 542
1935 16 776 9 561 7 799 5 549 3 485 2 350
1936 18 373 12 170 8 504 5 651 4 088 2 604
Франция 1931 6 983 1 932 144 — — —
1932 8 947 3 616 1 246 225 — —
1933 13 197 8 324 4 873 449 — —
1934 15 073 8 929 4 642 1 249 106 —
1935 18 425 11 295 7 085 2 674 1 271 —
1936 26 947 19 030 13 094 6 272 2319 —
Так, в США в 1892 г. на дороге Philadelphia — Reading поезд в течение 6 мин прошел со скоростью 145 км/ч, а на линии New — Lersey поезд (паровоз и 4 вагона) достиг скорости 156 км!ч. В 1893 г. на линии Montreal — New-York курьерский поезд достиг скорости 165 км/ч.
В Англ ии в 1883 г. поезд прошел расстояние между Лондоном и Эдинбургом со средней скоростью 92 км/ч, развивая наибольшую скорость 122 км/ч. В 1889 г. на восточной линии железных дорог поезд на отдельных элементах пути имел скорость 123 км/ч.
Аналогичные примеры по отдельным опытам со скоростными поездами можно было бы привести из практики германских, итальянских и французских железных дорог.
В Р о с с и и в 1913—1914 гг. на участке Москва — Рязань по инициативе Б. Н. Ведеписова было совершено несколько опытных поездок с пассажирскими поездами небольшого состава со скоростями, превышающими 107 км!ч.
Наиболее интенсивно развитие скоростного железнодорожного транспорта в Европейских странах и в США началось с тридцатых годов текущего столетия. Это подтверждают данные табл. 21. В эти годы уделялось большое внимание ускорению движения не только
133
Таблица 22
Страна Маршрут следования Длина участка, /,'.И Максимальная скорость, км/ч
Япония Токио— Осака 515 210
Франция Париж — Лимож 400 200
СССР Москва — Ленинград 650 160
ФРГ Фрейбург —Карлсруэ 134 160
США Устфорд—Ранкорн 262 160
Италия Рим— Неаполь 210 140
пассажирских, но и грузовых поездов (США, Англия, Германия). Особенно большое внимание повышению скоростей движения уделялось в Германии перед второй мировой войной. Несомненно это объяснялось ее усиленной военной подготовкой.
В С С С Р повышение скоростей движения перед второй мировой войной в отличие от капиталистических государств побуждалось большим размахом социалистического строительства, создающего условия бурного роста грузопотоков и пассажиропотоков на железных дорогах. Характерными мероприятиями по ускорению движения поездов в указанный период являлись: а) ускорение движения пассажирских поездов на больших расстояниях; б) специализация линий по виду и характеру перевозок; в) создание мощных сквозных направлений массовых грузовых перевозок; г) перевозки тяжеловесными поездами.
К концу 1941 г. рост скоростей движения поездов приостановился на всех дорогах Европы в связи с разразившейся второй мировой войной.
В послевоенное время интерес к повышению скоростей движения поездов не уменьшился, а, наоборот, повысился.
В ряде стран скорости пассажирских поездов на отдельных направлениях достигли 100—120 км/ч и выше. Рекордная скорость, равная 331 км/ч, была установлена во Франции в марте 1955 г. В США на линии Нью-Йорк — Вашингтон — Бостон в 1967 г. совершались опытные поездки со скоростью до 250 км/ч. В ФРГ проводились опытные поездки с рельсовым цеппелином со скоростями до 230 км/ч. В Японии создана скоростная магистраль, на которой установлена эксплуатационная техническая скорость 210 км/ч.
В СССР проводились испытания в 1957—1971 гг. главным образом на Октябрьской дороге, при которых поездами развивались скорости 160, 180, 200 км/ч и более.
Помимо рекордных на дорогах многих стран имеются линии, на которых допускается движение поездов свыше 140 км/ч, что видно из табл. 22.
Анализ развития и состояния железнодорожного транспорта указывает на тенденции увеличения скоростей движения поездов во всех странах.
Исследования ЦНИИ МПС показали, что ежегодная экономия, которую может дать повышение скоростей движения грузовых поездов от 80 до 100 км/ч составляет 140 млн. руб., а поднятие средней маршрут-134
ной скорости только дальних и местных пассажирских поездов с 40 до 80—100 км/ч на каждые 100 млрд, пассажиро-км дает экономию 15 млн. руб. в год.
По данным Института комплексных транспортных проблем, повышение участковой скорости только на 10% на каждые 100 км решающих направлений дает экономию: на локомотивном парке — 60 тыс. руб., на вагонном — 60 тыс. руб., на пропускной способности — около 300—400 тыс. руб. При этом эксплуатационные расходы увеличиваются примерно на 30 тыс. руб. в год.
Еще в начале текущего столетия В. И. Ленин в работе «Аграрный вопрос и «критики Маркса» писал: «И в настоящее время, когда возможна передача электрической энергии на расстояние, когда техника транспорта повысилась настолько, что можно при меньших (против теперешних) издержках перевозить пассажиров с быстротой свыше 200 верст в час, — нет ровно никаких технических препятствий тому, чтобы сокровищами науки и искусства, веками скопленными в немногих центрах, пользовалось все население, размещенное более или менее равномерно по всей стране»1.
Таким образом, можно констатировать, что рациональное и систематическое увеличение скоростей движения поездов есть исторически необходимое технико-экономическое мероприятие.
§ 56. Факторы, обусловливающие пределы скоростей движения поездов
Как известно, изменение скоростей движения поездов вызывает изменения в состоянии людей — пассажиров, в конструкции пути, подвижного состава, обустройств автоматики, связи, энергоснабжения и т. п. и в формах и методах эксплуатации железных дорог. Например, потеря кинетической энергии на удар при взаимодействии пути и подвижного состава пропорциональна квадрату скорости. А физиологические изменения у людей — пассажиров и обслуживающих поезда — в зависимости от изменения скорости движения до сих пор во многом еще не изучены. Повышение скоростей движения вызывает и финансово-материальные затраты. Это вызывает необходимость рассмотрения факторов, ограничивающих скорости движения поездов. Задача эта чрезвычайно сложная. В первом приближении такими факторами, или критериями ограничения скоростей движения, в зависимости от характеристик пути возможно считать:
1) экономическую целесообразность повышения скоростей;
2) комфортабельность езды пассажиров и безопасность движения;
3) прочность и устойчивость пути.
1. Экономическая целесообразность повышения скоростей движения поездов для каждого конкретного направления железнодорожной линии определяется технико-экономическими расчетами.
1 В. И. Ленин. Поли. собр. соч , 1. 5. стр. 150—151.
135
2. Под комфортабельностью езды пассажире в в данном случае понимается степень переносимости раздражающих факторов без нарушения физиологических функций организма подавляющего числа пассажиров. Эти факторы возникают при движении поезда и зависят от конструкции и содержания пути и подвижного состава.
В общем виде ограничение скорости движения поездов по условию обеспечения комфортабельности езды пассажирам можно представить следующим выражением:
МЧМд)- (83)
где ад — величина допускаемого непогашенного горизонтального ускорения;
FK — величина допускаемого показателя влияния вертикальных колебаний железнодорожного экипажа на человека.
Насколько известно, скорость движения, когда она достигла определенной величины, не оказывает какого-либо влияния на организм человека (например, мы движемся вместе с Землей со скоростью около 30 км/сек, т. е. более 100 000 км/ч, и даже не ощущаем это). К большим скоростям движения человек привык при полетах на самолетах, скорость которых превышает 800—1 000 км/ч.
Если достигнутая равномерная скорость движения не оказывает влияния на организм человека, то линейное и центробежное ускорения, а также их изменения в единицу времени определяют собой по существу степень нарушения физиологических функций организма человека и его раздражения.
Когда организм человека испытывает ускорение, на него воздействуют определенные силы. Независимо от того, в каком направлении действуют силы, их влияние сказывается главным образом на мягких опорных тканях, костной ткани, органах, подвешенных в полостях тела, и на жидкостях организма. Эти силы давят на поверхности тела, что может в некоторых случаях явиться причиной травмы.
При действии центробежных сил более тяжелые органы, расположенные в полостях тела, либо несколько смещаются из обычного положения, либо испытывают противодавление со стороны соответствующих частей скелета. Из тканевых жидкостей в значительной мере подвержена воздействию ускорения кровь. Силы ускорения вызывают перераспределение крови и давления внутри крупных и мелких сосудов.
Таким образом, скорости движения поездов по условиям обеспечения комфортабельности езды пассажирам должны определяться в зависимости от допускаемых величин ускорений.
Создавая надлежащие условия пассажирам, одновременно следует определять скорости и по условиям обеспечения безопасности движения поездов.
3. Прочность и устойчивость пути необходимо рассчитывать при установлении скоростей движения поездов, а также проверять экспериментальными исследованиями.
136
Глава XVI
СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПО УСЛОВИЯМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОМФОРТАБЕЛЬНОСТИ ЕЗДЫ ПАССАЖИРАМ И БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ
§ 57. Скорости движения поездов по условиям обеспечения комфортабельности езды пассажирам
Как известно, при движении экипажа по кривой радиуса 7? возникает центробежная сила
I = т— -та. R
Отсюда видно, что ускорение
т|2
(84)
При отсутствии переходной кривой и возвышения наружного рель-са, например на стрелочных переводах, величина а = является непогашенным центробежным ускорением.
В § 26 указывалось, что на основании выполненных исследований для дорог СССР принята осредненная величина непогашенного центробежного горизонтального ускорения ад — 0,7 м/сек1.
Исследованиями ЛИИЖТа установлено, что при движении поезда по стрелочным переводам на боковое направление можно принять ад = 2 л/сек2 как импульсное, кратковременное, а при следовании поездов по перегону с небольшим числом, кривых (~20%) ал — 1 м/сек2.
Следовательно, зная для тех или иных конкретных условий величины ад и R, из выражения (84) можно найти скорость в кривой при h, равном нулю:
%ax = l aKR. (85)
В настоящее время величины допускаемых непогашенных горизонтальных ускорений в различных странах приняты в пределах от 0,5 до 1 м/сек2.
При возвышении наружного рельса h в кривых центробежная сила частично гасится и поэтому непогашенное горизонтальное ускорение будет
а__.
R S\ ’
где Sj — расстояние между осями головок рельсов (принимаемое обычно 1 G00 мм)',
g — ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/сек2', h — возвышение наружного рельса в кривой радиуса R.
137
При известных значениях ап, R, h, S, и g из выражения (86) максимальная скорость движения на кривой с наличием h по условиям обеспечения комфортабельности езды пассажирам будет
t’max=|/ + - Л ) R. (87)
В СССР при h = 150 мм, 5Х = 1,6 м и а„ — 0,7 м/сек2 параметр А = 4,6.
Воздействие вертикальных ускорений на организм человека так же, как и горизонтальных, вредное. Это ускорение появляется в результате вертикальных колебаний кузова вагона при его движении. Эксперименты показали, что вертикальное ускорение F до 60 см/сек2 переносится большинством пассажиров, при F = 80 см/сек2 требуется, чтобы повторяемость воздействий не превышала 20% общего числа воздействий и амплитуда колебаний была 10—15 мм, а при F = = 100 см/сек2 — чтобы эта повторяемость была не более 10%.
§ 58. Скорости движения поездов по условиям обеспечения безопасности их движения
Для обеспечения безопасности движения поездов на участках, где бывают сильные ветры, направленные наружу кривой, допускаемая скорость движения по кривой определяется по приближенному выражению
^ах = 3,6 1/ , (88)
V L Kg Sj kQ
где к — коэффициент, учитывающий неравномерное сжатие наружного и внутреннего рессорных комплектов, равный в среднем 1,2—1,3;
со — боковая поверхность кузова вагона;
W — давление ветра на 1 м2 боковой поверхности вагона;
Q — вес вагона;
X — отношение боковой поверхности ходовых частей к боковым поверхностям кузова;
g,R,Sxwh— имеют те же значения, что и в формулах (86) и (87).
Формулой (88) пользуются только на некоторых участках при выдаче предупреждений об ограничении скоростей следования на время штормовых ветров.
В ряде случаев возникает необходимость проверки допускаемых скоростей движения поездов в кривых по устойчивости экипажа против опрокидывания.
При принятом коэффициенте запаса п на устойчивость допускаемую скорость движения на кривой можно определить по следующей приближенной формуле:
- 3,6
(1 t-A) li7 kQ
(89)
138
где
b — расстояние от центра тяжести кузова до плоскости, проходящей через поверхность катания рельсов;
п — в нормальных условиях должен быть не менее 2;
h, g, R, Sx, к,) , zoo,
го Л W и Qj — имеют те же значения, что и в формуле (88).
Глава XVII
СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ ПО УСЛОВИЯМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЧНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ ПУТИ
§ 59. Скорости движения поездов по условиям обеспечения прочности пути
Как известно действующие на путь нагрузки зависят от скорости движения поездов и обусловливают его напряженное состояние. Если показатели напряженного состояния элементов пути превышают допускаемые, то, очевидно, необходимо либо усилить эти элементы, либо ограничить скорости движения поездов.
Допускаемые напряжения в кромках подошвы рельсов в результате совместного действия вертикальных и горизонтальных сил от колес подвижного состава, вызывающих изгиб рельса в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также его кручение, установлены из следующего условия:
о
сг>
К
(90)
где ст(. — динамические напряжения в кромках подошвы рельса при его изгибе и кручении;
«Го,2 — условный предел текучести рельсовой стали, определяемый при растяжении стандартных сбразцов как напряжение при котором остаточное удлинение образца достигает 0,2%. Для всех рельсов старых типов, т. е. типов 1а, Па, Ша, IVa и других более легких, принято Oq,2 = 3 ООО кПсм\ а для рельсов типов Р43, Р50, Р65 Оо,2 = 3 500 кПсм2', ка—коэффициент запаса, принятый равным 1,3;
<5t — напряжение в рельсах, возникающее в результате их растяжения под действием изменяющейся температуры; для рельсов всех типов длиной до 12,5 м оно принято равным 350 кПсм2 и длиной до 25 м равным 700 кГ/см2.
Допускаемые напряжения [<т] в элементах пути МПС установлены следующие:
1) в кромках подошвы рельсов типов Р43, Р50 и Р65 длиной до 12,5 м — 2 400 кПсм2, а длиной до 25 м — 2 050 кПсм", для рельсов типов 1а, Па, Ша, IVa и более легких— 2 000 кГ!см2\
139
2) на смятие под подкладками сосновых и еловых шпал —22 кГ/см\ пихтовых — 20 кПсм\ буковых — 35 кПсм\ дубовых — 44 кПсм2\ 3) на смятие железобетонных шпал — 200 кПсм2', 4) на балласт — под локомотивными и под вагонными нагрузками: щебень из камня и металлургических шлаков — 5 и 3,25 кГ1см2\ щебень мелкий (25—7 мм) и сортированный гравий — 4 и 2,6 кПсм2', гравий и ракушка — 3 и 2,25 кПсм2', песок — 2,75 и 2 кПсм2.
Допускаемая скорость по условиям обеспечения прочности элементов пути устанавливается расчетом и экспериментами, в которых определяются кромочные напряжения.
Динамические напряжения в элементах пути в соответствии с Правилами производства расчета пути на прочность, разработанными ЦНИИ МПС, в которых использованы зависимости между силовыми факторами и характеристиками напряженно-деформированного состояния пути, справедливые для балки бесконечной длины на сплошном упругом основании, определяются по следующим формулам:
а) кромочные напряжения изгиба в подошве рельса
ак =-^~(Pei) + 2,5S + SPcpp); (91)
4A’vv
б) напряжения смятия шпалы под подкладкой
= ^(Pcp + 2,5S + SPcpn); (92)
в) напряжения сжатия в балласте непосредственно под шпалой аб= ^-(Pcp + 2,5S + SPcpn). (93)
В этих формулах:
4/ДГ
^=1/4£7 — коэффициент относительной жесткости рельса и рельсового основания при вертикальном изгибе, см~х (и — модуль упругости рельсового основания при вертикальном изгибе, кПсм2, Е — модуль упругости рельсовой стали, равный 2,1 • 106к77си2); / — момент инерции рельса относительно нейтральной оси, параллельной его подошве, см11;
f — коэффициент, учитывающий горизонтальные силы (колеблется от 1,1 до 2,25 и берется из таблиц Правил производства расчета пути на прочность);
U7 — момент сопротивления рельса, си3; I — расстояние между осями шпал, см', со — площадь подкладки, см2;
Q — площадь полушпалы, си2;
а — коэффициент изгиба шпал;
р — ординаты липни влияния моментов под соответствующими грузами (рис. 118, а);
1] — ординаты линии влияния перерезывающих сил под соответствующими грузами (рис. 118, б);
140
(Рср + 2,5S) — максимальное давление расчетного колеса на рельс, кГ;
S — суммарное среднеквадратичное отклонение воздействия переменных сил;
2Рсрр и 2Рср г] — эквивалентные грузы, учитывающие влияние соседних (с расчетным) колес в их среднем значении; значения р и г] берутся из таблиц в функции kx, где х — расстояние от расчетного колеса Plf находящегося над максимальной ординатой р или г], равной единице, до следующего колеса, где эти ординаты тр, ц2, Лг и т- Д- меньше единицы и имеют свой знак. Таблицы приводятся в Правилах производства расчета пути на прочность.
При определении напряжений в элементах пути от действия электровозов, тепловозов и вагонов величины Рср и S будут находиться следующим образом.
Среднее значение вертикального давления расчетного колеса на рельс Рср определяется по выражению
Рср = Рст + С, (94)
где Рсг — статическое давление колеса на рельс (берется из паспортных данных расчетного экипажа), кГ;
РрР — среднее значение дополнительной силы (кГ) от колебания рессор в расчетном сечении, равное 0,75 ж zmax;
ж — жесткость рессор, приведенная к колесу; численные значения ее берутся из паспортных данных расчетного экипажа (в зависимости от экипажа она находится в пределах 73 4- 531 кГ/мм);
гшах — максимальный динамический прогиб рессор (згл/), величина которого зависит от скорости движения и типа экипажа и определяется по эмпирическим формулам, приведенным в Правилах производства расчета пути на прочность.
141
Суммарное среднеквадратичное отклонение воздействия переменных сил определяется по формуле
S = ]/ I Sp2 + S„n + J- S„2HK + f 1 S„hk , (95)
f \ 1 (JU 1UU /
где Sp — среднеквадратичное отклонение дополнительной вертикальной силы Рр от колебания рессор. Опытным путем установлено, что Sp = 0,08 Рр = 0,08 ж zmax;
SHn — среднеквадратичное отклонение дополнительного инерционного вертикального давления на рельс от влияния изолированной неровности на пути:
SHn = 0, 707Днп. (96)
Для участков пути с деревянными шпалами значение Рт определяется по формуле
Днп = 0,8 • Ю-з рт/„ Дср |/ | Vq. v, (97)
где 0,8 — коэффициент, учитывающий усредненную форму неровности;
Р — коэффициент, учитывающий влияние типа рельсов на возникновение динамической неровности, он находится в пределах 0,8—1,3;
у — коэффициент, учитывающий влияние рода балласта на образование динамической неровности; его принимают равным для щебня и сортированного гравия 1,0; для карьерного гравия и ракушки — 1,1; для песчаных балластов — 1,5;
/п — расстояние между осями шпал, см;
Рср — среднее значение вертикального давления расчетного колеса на рельс [см. формулу (94)], кГ;
k — коэффициент относительной жесткости рельсового основания;
и •— мсдуль упругости подрсльсового основания;
q — неподрессоренный вес экипажа, приходящийся на одно колесо; берется из паспортных данных;
и — скорость движения.
Для участков пути с железобетонными шпалами кафедра Железнодорожного пути ДИИТа рекомендует РП11 определять по следующей формуле:
Т’нп = 0,01058 Дср у | Vq.v. (98)
Подставляя значения /’1|П г, 1ыргж(нпе (96), получим
SHII = 0,565-10 L (96')
142
Величина SIInI( представляет собой среднеквадратичное отклонение давления Рвак колеса на рельс, вызванного силами инерции неподрессоренных масс вследствие наличия изолированных неровностей на колесе.
Исследования изменения Ринк показывают, что среднее значение этой силы равно нулю, а наибольшее — примерно четырем среднеквадратичным отклонениям, т. е.
откуда
5ИНК = 0,25 (Рицк)тах, (99) где
р — 2и
"инк Утах &
Утах — берется из графика дополнительного прогиба рельса от дополнительных инерционных сил;
— глубина неровности.
Величина SHHK представляет собой среднеквадратичное отклонение давления колеса на рельс, возникающего от сил инерции неподрессоренных масс Рпвк вследствие наличия непрерывных неровностей на колесе.
Исследования изменения Рннк показывают, что его среднее значение равно нулю, а максимальное примерно 4,5 среднеквадратичного отклонения, т. е. (BnHK)max — Or 4,5SHnK, откуда
5Ш1К = 0,225 (PHHK)max. (100)
По формуле проф. М. Ф. Вериго
р___________fei uv2Vq
* Ш1К _ /......... . »
d2 Д/ ku — 3,26 k- q
где — коэффициент, равный для ведущих колес паровозов 0,92, для сцепных колес паровозов 0,46, для вагонных, тепловозных, электровозных и тендерных колес — 0,23;
d — диаметр колеса.
Итак, пользуясь формулами (91), (92) и (93) определяют расчетные напряжения и строят их графики, подобные показанным на рис. 119, для определенной конструкции пути и расчетного экипажа. Из графика видно, что с повышением скорости при прочих равных условиях напряжения растут по линейному закону. Однако в современных условиях скорости движения поездов по расчетным напряжениям коррек
143
тируются экспериментальными проверками этих напряжений. Следует отметить, что согласно экспериментальным данным при высоких скоростях движения, например свыше 160 км!ч, изгибные напряжения с увеличением скорости либо уменьшаются, либо весьма незначительно растут. Следовательно, Правила расчета пути на прочность, видимо, для этого уровня скоростей движения не могут быть полностью применимы и поэтому экспериментальная проверка фактических напряжений настоятельно необходима.
§ 60. Скорости движения по условиям обеспечения устойчивости бесстыкового пути
При установлении скорости движения поездов по состоянию пути особое значение придается обеспечению прочности и устойчивости бесстыкового пути. В связи с этим приведем краткие сведения из Технических условий на укладку и содержание бесстыкового пути.
Рельсовые плети бесстыкового пути должны работать так, чтобы сумма напряжений в рельсе от воздействия подвижной нагрузки (<тк) с учетом коэффициента запаса прочности и от изменения температуры (<Т() не превосходила допускаемого [сг].
Напряжения в кромках подошвы сгк определяются по формуле (91) для зимних условий работы пути при модулях упругости его на деревянных шпалах и = 455 и 490 кГ.'см1 и на железобетонных и = 1 700 и 1 850 кПсм2 (соответственно для 1 840 и 2 000 шпал на 1 км).
Напряжение в головке <тг определяют по формуле
(101>
I L zn Од J
где zv и za — расстояния от оси, проходящей через центр тяжести рельса, до наиболее удаленных волокон соответственно на головке и подошве рельса;
bv и Ьп — ширина соответственно головки и подошвы;
f — коэффициент, учитывающий изгиб рельса в горизонтальной плоскости и кручение.
Так как сгк определяется в зависимости от скорости движения, то, следовательно, и сгг зависит от скорости движения.
Температурное напряжение равно
oz - £a А/ж 25А/, (102)
где£=2 100 ООО/сГДци2—модуль упругости рельсовой стали;
а — коэффициент линейного расширения, равный 0,0000118;
А/ — разность между температурой, при которой определяют напряжение, и температурой закрепления плети на шпалах, ° С.
Допускаемые изменения температуры рельсов при растяжении Д/р и сжатии А/о по сравнению с температурой их закрепления принимают в сторону понижения А/р — А/пп; в сторону повышения 144
А/с — Л/ + 6, если А/ + 6 < Л/ или А/ — А/ если А/ +
-I- 6 > А/". ' '
Здесь наибольшие допускаемые по условию прочности изменения температуры рельсов по сравнению с их температурой при закреплении:
в сторону понижения (по прочности подошвы)
*, _ [a]—fen__ 3 500—1,3 ак ^гпп — о? ’
Еа 25
в сторону повышения (по прочности головки)
д , _ [о] —fenffr _ з 500 — 1,3 <>г . пг ~ Еа ~ 25 ’
А^у — допускаемое повышение температуры по условиям устойчивости пути против выброса, устанавливаемое теоретически и экспериментально; берется из Технических условий на укладку и содержание бесстыкового пути;
6°С — повышение температуры по сравнению с расчетной, которое допускается при необходимости снятия ограничений по укладке бесстыкового пути за счет некоторого повышения напряжений в головке рельса в период максимальных температур.
Возможность укладки и эксплуатации бесстыкового пути устанавливается сравнением допускаемой температурной амплитуды [Т] для данных условий с фактически наблюдавшейся Та.
Величина Та определяется как разность между наивысшей /тах тах и наинизшей /т1п т1п температурами рельса, наблюдавшимися за ряд лет:
Т А =- ^max max ^mlnmln'
Допускаемая температурная амплитуда
+ (103)
где [А/3] — интервал температур, в котором можно закреплять бесстыковые плети.
Если по расчету получится ТА [Г], то бесстыковой путь можно укладывать и эксплуатировать без сезонных разрядок напряжений. В этом случае расчетный интервал закрепления рельсовых плетей будет
А/3- А/р-|-Д/с — ТА.
Границы интервала закрепления будут: нижняя
min /3 ^max max А/с, верхняя
max /3 — Л/р -J- /п1)п min.
В Технических условиях на укладку и содержание бесстыкового пути даются указания для определения условий укладки и эксплуатации пути с сезонными разрядками.
145
Часть шестая ПУТЕВОЕ ХОЗЯЙСТВО
К путевому хозяйству относятся собственно железнодорожный путь со всеми сооружениями и устройствами, а также хозяйственные предприятия и производственные формирования, обеспечивающие исправное содержание, ремонты и бесперебойную работу пути. Путевое хозяйство тесно связано и взаимодействует со всеми другими отраслями железнодорожного транспорта.
Предприятиями путевого хозяйства являются все подразделения служб пути дорог: дистанции пути, путевые машинные станции, дистанции защитных лесонасаждений, шпалопропиточные заводы, карьеры и щебеночные заводы, ремонтно-механические заводы и мастерские, рельсосварочные поезда и др.
Глава XVIII
ОСНОВЫ ВЕДЕНИЯ ПУТЕВОГО ХОЗЯЙСТВА И ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ
§ 61. Классификация путевых работ. Сроки ремонтов пути.
Паспортизация путевого хозяйства
Железнодорожный путь должен быть всегда в исправном состоянии, чтобы поезда по нему могли двигаться вполне безопасно и плавно с максимальными скоростями. Это обеспечивается правильной организацией текущего содержания пути и своевременным производством ремонтов пути.
Действующей классификацией, введенной Госстроем СССР в 1964 г., установлены следующие виды путевых работ: текущее содержание, подъемочный ремонт, средний ремонт, капитальный ремонт, сплошная смена рельсов новыми и старогодными, капитальный ремонт переездов. Кроме этих основных работ, по планам МПС производится: смена стрелочных переводов новыми, смена переводных брусьев, постановка стрелочных переводов на щебень, очистка щебня на переводах, сварка рельсов, шлифовка рельсов, ремонт шпал и др.
Главной задачей текущего содержания пути является исправное его содержание непрерывно на всем протяжении, 146
выявление и устранение причин, вызывающих неисправности, обеспечение длительных сроков службы всех элементов пути.
Подъемочный ремонт главных и станционных путей обеспечивает равноупругость основания рельсо-шпальной решетки и восстановление дренирующих свойств балластной призмы. При этом виде ремонта производятся сплошная подбивка шпал с необходимой подъемкой пути, частичная очистка щебня в шпальных ящиках и у торцов шпал в местах выплесков на глубину не менее 10 см ниже уровня их постелей, замена негодных и ремонт шпал, пополнение и замена негодных скреплений, выправка кривых, очистка водоотводов.
Средний ремонт выполняется на главных и станционных путях, требующих оздоровления или усиления балластного слоя и шпального хозяйства. При этом щебеночный балласт очищают на глубину 20—25 см, асбестовый, гравийный и ракушечный обновляют на глубину не менее 15 см под шпалой. Шпалы заменяются и ремонтируются с таким расчетом, чтобы одиночная их смена не потребовалась в течение не менее 2 лет после ремонта. Эпюра шпал приводится в соответствие с типом верхнего строения пути. Кривые и стрелочные переводы выправляются по проекту. Ремонтируются переезды и водоотводные сооружения, ликвидируются пучины, расчищаются русла малых и средних искусственных сооружений.
Капитальный ремонт пути предусматривает обновление основных его элементов: сплошную замену рельсов и скреплений новыми, более мощными или того же типа, замену стрелочных переводов на главных путях новыми в соответствии с типом укладываемых рельсов; ремонт или установку новых рельсосмазывателей; сплошную замену шпал, кроме железобетонных, с доведением их эпюры до установленной для данного типа верхнего строения пути (железобетонные шпалы заменяются по истечении срока их службы); усиление кривых; очистку и пополнение балласта; постановку круговых и переходных кривых по проекту; улучшение элементов плана и профиля; оздоровление земляного полотна; ремонт водоотводов, мостового полотна; расчистку русл мостов и труб; ремонт переездов. На участках с грузонапряженностью более 50 млн. ткм'км брутто в год, на пригородных участках с густотой 100 и более пар поездов в сутки, а также на линиях, которые подготавливаются к скоростному движению, производится улучшение плана и профиля линии и переустройство стрелочных горловин, ограничивающих скорости движения поездов.
При капитальном ремонте верхнее строение пути приводится в соответствие с грузонапряженностью. На станционных путях капитальный ремонт не производится.
Сплошная смена рельсов новыми выполняется на главных путях для усиления рельсового хозяйства при хорошем состоянии балластного слоя и шпал.
Сплошная смена рельсов старогодными производится на главных и станционных путях и сопровождается работами в объеме подъемочното или среднего ремонтов пути. При этом в главные пути укладываются рельсы типа Р50 и тяжелее, а в станционные — не легче типа Р38, сваренные в плети не короче 25 м.
147
Таблица 23
Тип верхнего строения пути Тип рельсов Балласт Периодичность ремонтов, млн. т брутто (нарастающим итогом)
подъе-мочиый средний капитальный
Особо тяжелый Р75 — Нормы Ориенти 200; 525 гще не ут эовочно м нять: 350 верждены. эжно при- 700—750
Т яжелый Р65 Щебень, сортированный гравий, асбестовый 150; 400 280 500
Нормальный Р50 То же НО; 280 200 350
» Р50 Карьерный гравий, ракушка 80; 150 и 290 210 350
Р75 переложенные Щебень, сортированный гравий, асбестовый 150 280 400
То же Карьерный гравий, ракушка 100; 180; 350 260 400
Р65 переложенные Щебень, сортированный гравий, асбестовый 100 200 280
» То же Карьерный гравий, ракушка 80;150 210 290
Р50 переложенные Щебень, гравий, ракушка, асбестовый 70; 190 130 190
Капитальный ремонт переездов включает в себя следующие работы: замену или укладку железобетонного настила, ремонт подходов, водоотводов, надолб, шлагбаумов, переездных постов, при необходимости оборудование переездов автоматическими шлагбаумами, автоматической светофорной, оповестительной и заградительной сигнализацией.
Сроки от одного капитального ремонта до другого определяются количеством прошедшего по пути груза, при котором достигнут предельно допустимый износ рельсов или при котором начинается усиленный эксплуатационный выход рельсов по изломам и другим дефектам (см. § 4).
Сроки среднего ремонта пути определяются количеством прошедшго груза, при котором достигается предельно допустимая загрязненность балластного слоя и возникает необходимость его очистки или замены (см. § 15), а сроки подъемочного ремонта—количеством груза, после пропуска которого заметно ухудшается несущая способность балластного слоя. Подъемочный ремонт производится не реже одного раза в 5 лет.
Периодичность среднего и подъемочного ремонтов пути зависит от удаленности участков от мест массовой погрузки таких сыпучих грузов, как уголь, руда, торф и др. Чем ближе участок расположен к местам массовой погрузки указанных грузов, тем интенсивнее балластный слой засоряется, тем чаще требуется средний ремонт пути. Периодич-148
ность ремонтов пути после его укладки или капитального ремонта в млн. т брутто груза для участков, удаленных от мест массовой погрузки угля, руды, торфа и других сыпучих грузов на расстояние более 200 км, приведена в табл. 23.
В период между капитальными ремонтами в кривых радиуса от 1 000 до 651 м производится одна и в кривых радиуса 650 м и менее две сплошных смены рельсов новыми.
Путь в целом, как и другие железнодорожные сооружения и обустройства, на каждой дистанции имеет технический паспорт. Паспорт содержит 27 таблиц, отражающих сведения о границах путевых подразделений, негабаритных местах, плане и профиле пути, водоотводах, характеристиках рельсов, шпал, балласта, скреплений, стрелочных переводов, переездов, земляного полотна, искусственных сооружений, зданий, снеговых защит, машин и оборудования. Паспорт показывает не только количественную, но и качественную характеристику элементов пути и сооружений: износ элементов верхнего строения пути, неустойчивые места земляного полотна, вид, места и время проведения ремонтов и др. В него ежегодно по состоянию на 1 января вносятся данные, взятые с натуры. Паспортные данные позволяют судить о качестве текущего содержания пути и планировать необходимые ремонтные работы.
§ 62. Структура управления путевым хозяйством
Всеми отраслями путевого хозяйства руководит Главное управление пути Министерства путей сообщения (ЦП МПС).
На каждой железной дороге руководство путевым хозяйством осуществляется службой пути, возглавляемой начальником службы (П). В службе имеются следующие основные отделы: технический, производственный, механизации, путевых машинных станций, инженерных сооружений, планово-финансовый. Служба пути руководит дистанциями пути (ПЧ), путевыми машинными станциями (ПМС), балластными карьерами, ремонтными мастерскими, дистанциями защитных лесонасаждений и другими предприятиями путевого хозяйства.
Железная дорога делится на отделения (НОД), которые руководят производственной и финансовой деятельностью предприятий и организаций, находящихся в границах отделения. В отделении дороги имеется отдел пути (НОДП).
Основной эксплуатационной хозяйственной единицей в путевом хозяйстве является д и с т а н ц и я п у т п. Она обеспечивает безопасное движение поездов с установленными скоростями, выполняет работы по текущему содержанию пути и сооружений и некоторые работы по ремонту пути.
Дистанция пути может иметь различную организационную структуру своих подразделений в зависимости от того, является ли она механизированной или немеханизированной. Немеханизированная дистанция пути делится на околотки протяженностью 20—30 км развернутой длины, которые возглавляются дорожными мастерами (ПД). Околотки состоят из рабочих отделений во главе с бригадирами пути (ПДБ).
149
Рис. 120
Развернутая длина рабочего отделения 6—10 км. Бригадиру подчинены монтеры пути и путевая охрана.
В зависимости от сложности и местных особенностей на однопутных линиях приведенная длина* 1 путей механизированной дистанции составляет 150—200 км, околотка 20—25 км; на двухпутных и многопутных линиях соответственно 200—300 км и 22—30 км.
Примерная организационно-административная структура механизированной дистанции пути представлена на рис. 120. В пределах перегонов и малых станций применяют следующие структурные формы околотков.
Форма № 1 — околоток имеет две бригады: укрупненную механизированную для производства планово-предупредительных работ и малую (5—6 человек) для выполнения неотложных работ. Эта структура применима при здоровом земляном полотне и соответствии типа верхнего строения пути грузонапряженности и скорости движения поездов.
Форма № 2 — на околотке создают две-три механизированные отделенческие бригады в составе 10—12 человек на каждом отделении. Бригады выполняют весь комплекс работ по текущему содержанию пути в пределах своего рабочего отделения. Эта структура применима при всех эксплуатационных условиях и при всех типах верхнего строения пути.
Форма № 3 — па околотке организуют рабочие отделения с бригадами в составе не менее 5 человек и механизированную бригаду (пли механизированное звено). Механизированная бригада работает
1 I[рнведенная длина in ieii исчисляется следующим порядком: 1 км первого главного пути приравнивается к 1 1 км второго главного in ги --0,75 км;
1 км станционных путей — 0,33 км; 20 стрелочных переводов — 1 км.
1 50
по скользящему графику, она объединяется с отделенческой бригадой и работает под общим руководством бригадира местного отделения.
На узлах и крупных станциях структурные формы видоизменяются.
Форма № 1 с т. — на околотке создают механизированную околотковую бригаду в составе 17—20 человек и специализированную бригаду по содержанию стрелочных переводов и изолирующих стыков в составе 5—6 человек.
Форма № 2 ст. — на околотке имеются два-три рабочих отделения, каждое из 5- 6 человек, и механизированная бригада, которая по усмотрению дорожного мастера периодически объединяется с отделенческой и производит планово-предупредительные работы на стрелочных переводах и станционных путях.
При всех структурных формах бригаду возглавляет освобожденный бригадир пути.
Дорожный мастер отвечает за состояние пути и сооружений, безопасность движения поездов, планирование и организацию работ, расходование материалов, соблюдение правил техники безопасности на околотке, а бригадир пути несет такую же ответственность в пределах рабочего отделения.
На крупных станциях и узлах, а также при значительной протяженности дистанции разрешается два-три околотка объединять в механизированный участок, возглавляемый дорожным мастером (начальником механизированного участка).
На механизированной дистанции пути могут также создаваться специализированные подразделения: по текущему содержанию искусственных сооружений, текущему содержанию земляного полотна, выправке кривых, ремонту шпал, переводных и мостовых брусьев, а также механизированные колонны для производства работ по подъемоч-ному ремонту пути.
На каждой дистанции пути имеются дистанционные механические мастерские, гаражи, кладовые и др.
§ 63. Обеспечение безопасности движения поездов при производстве путевых работ
На железнодорожном транспорте все путевые работы выполняют, как правило, без нарушения графика движения поездов. Для производства больших по объемам работ (ремонты пути) в графике движения поездов предусматриваются «окна».
В зависимости от характера нарушения целостности и устойчивости пути место путевых работ ограждается: а) сигналами остановки, б) сигналами уменьшения скорости, в) знаками «Свисток».
Места работ, опасные для следования поездов, во всех случаях ограждаются с обеих сторон. Запрещается приступать к работам до ограждения сигналами мест их производства, если имеется опасность для следования поездов, а также снимать сигналы до полного окончания работ и проверки состояния пути. Ответственность за безопасность движения поездов несет руководитель работ.
151
Г ' /; н n и; /и' .л ile и и я
lB
(lemopdbi НИ
И
Петарды
2l>
Сигналами ui. ни ио (Ул а на аокотнпннм участка
'Сигналисты с крисныпа ручными сигналами ?р, »*Гг
। л "Место робот । jg геем so | ______g
и менее
20 Сигналами ос танов каки на одном пути двухпутного 20 ZO, 1TI \'>Сигнплисты с красными ручными сигналанид‘/ас:гп,<И^
Ж 1-п1Пj*fg __• к к • -• ,
Петарды
к oonee [ZOOM
Место pubom
—-d—
Пети du bi
Z00
SO
SO
500-1500 й
Сигналами остановки на крайнем пути трехпутного участки ~20~
_ Б
^р-Сигналист
Петарды
50
50_
~к~
б zer
Сигналист-?^ ~ -------------о---- Петарды
'Месторабот cs
<У
гоом менее
6
к
500-1500
500-1500
Сигналами уменьшения скорости на однопутном участке
А_________ I
Ж ей
50 I
@4
А
ь-@ 'место работ \so
Сигналами уменьшения скорости на одном пути двухпутного
! 500-1500 I I 500-1500 участка
------------------Н г----------------------
Место работ
Л 50 ,
Сигнальными знаками,, Свист о к" на однопутном уиастке (SD-
500-1500 ‘'Месторабот 500 -1500
Сигнальными Знаками „Свисток' на ои ном пути двухпутного участка
I Место работ
Т--------Ф4Ш==12Г
Н13 500-1500 I I 500-1500
V* »п г— -Н
Условные обозначения'
СЗ место работ 5* желтый щит
I* красный щит Сигнальный знак „Свисток
О начало оппечиго место ® коней опасного места
Рис. 121
152
Таблица 24
Руководящий спуск Максимальная скорость движения поездов, км/ч А, м Б, м
грузовых пассажирских
До 0,006 До 80 До 100 800 1 000
До 80 100—140 1 000 1 200
80—90 100—140 1 100 1 300
90—100 140—160 1 400 1 600
От 0,006 До 80 До 100 1 000 1 200
до 0,010 80 100—140 1 100 1 300
80—90 100—140 1 300 1 500
80—90 140—160 1 500 1 700
Круче 0,010 Устанавливается начальником дороги
На рис. 121 представлены некоторые схемы ограждения мест работ сигналами остановки, сигналами уменьшения скорости и сигнальными знаками «Свисток» на перегонах. Расстояния А и Б в зависимости от руководящего спуска и максимальной скорости движения поездов на перегоне приведены в табл. 24.
На станционных путях при необходимости оградить место работ сигналами остановки все ведущие к этому месту стрелки устанавливаются в такое положение, чтобы на него не мог попасть подвижной состав. Стрелка в таком положении запирается на замок или зашивается костылями.
Перечень работ с указанием, какими сигналами их ограждают, когда и как устанавливают сигналы, как осуществляют руководство работами, с какой скоростью пропускают поезда по месту работ, приводится в Инструкции по обеспечению безопасности движения поездов при производстве путевых работ.
Особое внимание уделяется безопасности монтеров пути. В соответствии с требованиями Правил по технике безопасности при производстве работ в путевом хозяйстве работающие должны сходить с пути и находиться не ближе 2 м от крайнего рельса, когда до подходящего поезда остается не менее 400 м. На участках, где поезда следуют со
Рис. 122
153
скоростью более 120 км/ч, не менее чем за 10 мин до прохода скоростного поезда работы прекращают, путь приводят в исправное состояние, материалы и инструмент с пути убирают и бригада уходит в полевую сторону на расстояние не менее 4 м от пути.
§ 64. Контроль состояния пути.
Методы проверки и оценки состояния пути
Нормы содержания пути и сооружений, сроки и порядок их осмотров и проверок установлены Инструкцией по текущему содержанию пути. Контроль за его состоянием осуществляется натурным осмотром, путеизмерительными вагонами и тележками, дефектоскопными вагонами и тележками.
Бригадир пути проверяет путь один раз в неделю; дорожный мастер совместно с бригадиром пути — один раз в две недели; старший дорожный мастер — не реже одного раза в месяц. Обходчики железнодорожных путей и искусственных сооружений, дежурный по переезду осматривают путь непрерывно. Кроме этого, проводятся комиссионные месячные и квартальные, весенние и осенние осмотры и проверки.
Для проверок колеи по ширине и уровню применяются путевые шаблоны и путеизмерительные вагоны.
Путевые шаблоны различают: рабочие, которыми пользуются при перешивке колеи, и контрольные (рис. 122).
Путеизмерительные вагоны фиксируют на ленте: состояние пути по уровню и шаблону, горизонтальные и вертикальные толчки и состояние колеи в плане. На дорогах применяют путеизмерительные вагоны системы Ляшенко и ЦНИИ. Путеизмерителем Ляшенко проверяют состояние пути при следовании по перегону со скоростью до 35 км/ч, а путеизмерителем ЦНИИ — со скоростью до 120 км/ч.
На дорогах СССР установлены 4 качественные оценки содержания пути: отличная, хорошая, удовлетворительная и неудовлетворительная. Отличная, хорошая или удовлетворительная оценка может быть дана, если:
Таблица 25
Тип рельсов Оценка Сумма баллов на 1 км в зависимости от рода балласта
Щебень, гравий, ракушка, асбестовый Крупно- и среднезернистый песок Мелкозернистый песок
Р50 и тяжелее Отлично 0-15 0—15 0—20 И
Хорошо 16—30 16—30 21—40
Р43 Отлично 0-15 0-20 0—25
Хорошо 16—30 21—40 26—50
1а и близкие к ним Отлично 0—20 0—25 0—30
Хорошо 21—35 26—50 31—60
При всех типах Удовлетворитель- Не более Не более Не более
рельсов НО 250 250 250
То же Неудовлетворительно Более 250 Более 2!>0 Более 250
J 54
а) путь находится в исправном состоянии, что определяется натурным осмотром и оценивается натурными показателями;
б) число баллов, начисляемых за отклонения от установленных норм по показаниям путеизмерительного вагона, не превышает значений, указанных в табл. 25.
Все неисправности пути разбиты на четыре степени. Отклонения в пределах установленных норм являются неисправностью I степени. Наибольшие и недопустимые отклонения относятся к IV степени. Оценка неисправностей ведется по системе возрастающих баллов. Каждая неисправность в зависимости от ее величины получает определенный балл. Величина балла возрастает не пропорционально величине неисправности, а быстрее. Возрастанию балла соответствует показательная функция
у -Av— 1, (104)
где у — величина балла неисправности;
х — величина неисправности пути;
А -- коэффициент эквивалентности, предельные значения которого являются катастрофической неисправностью.
В табл. 26 приведена оценка уширения и сужения колен.
Оценка состояния пути в пределах околотка, дистанции и т. д. дается по среднеарифметическому значению баллов на каждом километре при условии, что на участке не имеется ни одного километра пути с неудовлетворительной оценкой. В противном случае, даже при средней отличной или хорошей оценке участок относится к удовлетворительному.
Для своевременного обнаружения дефектов в рельсах, лежащих в пути, используются магнитные и ультразвуковые рельсовые дефектоскопы, смонтированные на тележках, перемещаемых вручную (рис. 123) и дефектоскопные вагоны. Принцип действия магнитных дефектоскопов основан на намагничивании рельсов постоянным магнитным полем и фиксации возникающих у дефектов локальных возмущений магнитного поля (полей дефектов) с помощью расположенных над рельсом поисковых устройств. При наезде на дефектное место рельса дефектоскоп дает звуковой сигнал.
Магнитные дефектоскопные вагоны в рабочем состоянии следуют по перегону с отдельным локомотивом со скоростью 70—80 км/ч. Для создания намагничивающего поля в них применены сравнительно мощные электромагниты, питаемые постоянным током, а непрерывная
Таблица 26
Вид неисправности и ее оценка Степени неисправности и их оценка в баллах
1 1 11 1 IV
Уширение колен, мм Оценка за 1 м пути с уширенной 0-6 7-11 12—16 Более 16
колеей 0 1 100 1 000
Сужение колеи, мм Оценка за 1 м пути с суженной ко- 1—4 5-6 7-8 Более 8
леей 0 1 100 1 000
155
Рис. 123
регистрация полей дефектов производится с помощью поисковой катушки индукционного типа и магнитоэлектрического осциллографа с записью на негативную фотопленку или на обычную бумагу.
Действие ультразвуковых дефектоскопов основано на прозвучива-нии рельса импульсами ультразвуковых колебаний. Внутренние трещины в головке, шейке или подошве рельса являются препятствием для распространения ультразвука и могут быть обнаружены как по исчезновению сигнала, соответствующего ультразвуковому импульсу, отраженному от подошвы рельса, так и по появлению сигналов, соответствующих попаданию в приемное устройство импульсов, отраженных и рассеянных гранями дефекта. Чувствительность устройства обеспечивает выявление внутренних дефектов на ранней стадии их развития.
Ультразвуковой метод используется в съемных рельсовых дефектоскопах УРД-52, УРД-58, УЗД-НИИМ-6М, а также в портативном однониточном контрольном дефектоскопе УРД-63 и дефектоскопах для контроля сварных стыков ДУК-11-ИМ и ДУК-13-ИМ. Для сигнализации о наличии дефекта в ультразвуковых дефектоскопах используются электронно-лучевые трубки или устройства, дающие звуковой сигнал.
Глава XIX
МЕХАНИЗАЦИЯ ПУТЕВЫХ РАБОТ
§ 65. Машины, механизмы, приборы и инструмент для выполнения путевых работ
Механизация и автоматизация работ является технико-экономической основой путевого хозяйства, обеспечивающей снижение их трудоемкости и себестоимости, повышение производительности труда и качества работ.
156
Большинство имеющихся на дорогах СССР путевых машин (например, путеукладчики, щебнеочистительные машины Драгавцева, ВПО-ЗООО) по производительности и качеству работ значительно превосходят новейшие зарубежные машины.
При ремонтах и содержании пути наиболее часто выполняются следующие работы: сборка и укладка новых и разборка снятых рельсовых звеньев; подъемка пути на балласт и уплотнение балласта под шпалами; смена элементов верхнего строения, стрелочных переводов; исправление положения колеи в плане (рихтовка); содержание и лечение земляного полотна; очистка загрязненного слоя щебня; содержание балластной призмы; перешивка колеи; исправление толчков и перекосов и др.
Классификация путевых машин, механизмов и инструмента представлена на рис. 124.
К путевым машинам тяжелого типа относятся такие, которые при выполнении путевых работ занимают перегон. Для пропуска поезда эти машины снять с пути нельзя, поэтому их переводят на станцию.
К путевым машинам и механизмам легкого типа относятся такие, которые для пропуска поезда можно снять с пути, например моторный гидравлический рихтовщик, рельсорезный станок и др.
Электробалластеры (рис. 125) при перемещении локомотивом дозаторами 1 захватывают балласт, выгруженный предварительно вдоль пути, и распределяют его равномерным слоем заданной толщины по всей поверхности пути. После поднятия пути электромагнитным подъемником 5 при втором проходе машины балласт просыпается в ящики между шпалами, разравнивается под ними специальными струнками, и путь оказывается поднятым на балласт на заданную высоту. Кроме этого, электрсбалластеры могут сдвигать рельсо-шпаль-
Рис. 124
157
Рис. 125
ную решетку на проектную величину, оправлять балластную призму и поднимать малые пролетные строения. Применяют три типа электробалластеров: ЭЛБИ, ЭЛБ-3 и ЭЛБ-ЗМ, отличающихся друг от друга конструкцией отдельных узлов и мощностью. Широкое распространение получил электробалластер ЭЛБ-1 (см. рис. 125), но более мсщными являются ЭЛБ-3 и ЭЛБ-ЗМ.
Электробалластер состоит из двух ферм, соединенных между собой междуферменным шарниром ,3 и расположенных на трех двухосных тележках. Основными рабочими органами являются дозаторы 1, электромагнитный подъемник 5, балластерные рамы 6. Для сметания балласта имеются шпальные щетки 4 и рельсовые щетки 2. Магниты, электродвигатели механизмов и приборов получают электроэнергию от электростанции 7 мощностью до 100 кет. При подъемке пути на балласт путевая решетка вывешивается до 350 мм. Максимальная высота задозированного слоя балласта достигает 300 мм выше головки рельсов. Управление исполнительными механизмами — кнопочное, с поста управления 8. Рабочая скорость при выполнении работ колеблется от 5 до 15 км/ч. Применение электробалластеров позволяет сократить затраты труда в сравнении с работами вручную на каждом километре до 175—200 чел.-дней.
щ ебнеочистительная машина системы А. М. Драгавцева (ЩОМ-Д) смонтирована на базе электробалластера и предназначена для очистки балласта от загрязнителей на глубину до 25 см, удаления их и укладки очищенного щебня в путь. Машина также может вырезать песчаный балласт и удалять его за пределы пути, выправлять продольный профиль с подрезкой земляного полотна, поднимать путь и дозировать балласт. Производительность ЩОМ-Д достигает 2 000 м?!ч, т. е. в 5—8 раз превышает производительность лучших зарубежных машин.
На ферме 1 (рис. 126, а), кроме дозатора 2, балластерной рамы 3, электромагнитного подъемника 4, имеющихся у электробалластера, установлен кран 5 для подъема ножа и сетки (находящихся в транспортном положении на палубе машины) и щебнеочистительное устройство 6.
Щебнеочистительное устройство (рис. 126, б) состоит из подрезного ножа 7, бесконечной решетчатой ленты 10 с электрическим при-158
7
водом 12, роликовых батарей 9, закрылков 8, увеличивающих ширину захвата щебня до 4,5 м, барабанов 11 с системой рычагов и цилиндров, обеспечивающих натяжение ленты, наклонной плоскости 13 и бункера для очищенного щебня.
Щебень с подрезного ножа 7 под путевой решеткой направляется на решетчатую ленту 10, перемещающуюся в плоскости, перпендикулярной оси пути, со скоростью 12 м/сек. Под действием центробежной силы на криволинейном участке ленты грязь и мелкие фракции щебня отделяются от балласта и выбрасываются через отверстия ленты в сторону от пути. Очищенный щебень центробежной силой прижимается к ленте и поднимается вверх до отклоняющего устройства, при подходе к которому отбрасывается на наклонный щит 13 и поступает в бункер, а из бункера под путевую решетку. За подрезным ножом установлены два планировщика, равномерно распределяющих очищенный щебень под путевой решеткой.
Машина заменяет до 750 рабочих, приводится в движение тепловозом ТЭ2, одна секция которого используется для перемещения машины, а другая для питания электропривода очистительного устройства. В целях увеличения глубины очистки щебня на пути с тяжелым и особо тяжелым типом верхнего строения ведутся работы по созданию новых и модернизации существующих щебнеочистительных машин.
Выправочно-подбивочно-отделочная машина (ВПО-ЗООО) предназначена для уплотнения балласта, выправки и отделки пути при ремонтах и текущем содержании. Уплотнение балласта под шпалами основано на непрерывном обжатии всей балластной призмы со стороны торцов шпал. При этом производится оправка балластной призмы и уплотнение откосов. Машина (рис. 127) смонтирована на однопролетной ферме, установленной на двух двухосных тележках. На ферме размещены рабочие органы: дозатор 1 для выпра-вочной дозировки выгруженного на путь балласта и нарезки траншеи на междупутье, облегчающей проход подбивочных плит, рельсовые щетки 2, очищающие головки рельсов от балласта, первый механизм подъема, сдвига и перекоса 3 для черновой выправки и такой же механизм 4 для окончательной выправки пути, уплотнительные плиты 5, .планировщики откосов 6, уплотнители откосов 7, механизм обметания ,59
Рис. 126
пути 8. Управление рабочими органами автоматическое и ручное. Для питания рабочих органов машина имеет электростанцию мощностью 200 кет. Производительность машины достигает 3 000 м/ч. Перемещается машина тепловозом.
Уплотняющая машина УМ конструкции ЦНИИ (рис. 128) применяется для уплотнения балласта при снятой рельсо-шпальной решетке. Она работает совместно с путеукладочным или путеразборочным краном и получает питание от дизель-генератор-ной установки крана через кабель. Уплотняющую машину доставляют к месту работ на путеукладочном кране.
На раме машины 1 имеется 24 лыжи-балки 3, насаженных на три эксцентриковых вала. Ширина уплотняемой призмы составляет 2,85 м с пропуском в средней части 0,58 м. Приводом служит электродвигатель мощностью 55 кет. Вращение от электродвигателя через редуктор 4 и бортовые цепные передачи 2 передается на валы с эксцентриками. 160
6 3jk. 668
161
Рис. 128
Причем каждый эксцентрик смещен относительно другого на 60, 120 и 180°. За один оборот вала каждая лыжа-балка 3 совершает колебание с амплитудой по вертикали в 25 мм и перемещается по горизонтали на 65 мм. При этом вес машины (8 850 кг) передается динамически на балластную призму, что и создает уплотняющий эффект. При шаге машины 65 мм за время ее прохода каждая лыжа-балка ударяет по одному и тому же месту 29 раз. Скорость движения УМ составляет 700—900 м/ч.
Шпалопо'дбивочные машины уплотняют балласт подбойками, расположенными по обе стороны шпал. Применяют шпало-подбивочные машины ШПМ-02 и испытывается опытный образец АШПМ-1200. Производительность ШПМ-02 составляет 350—400 шпал!ч, а АШПМ-1200 — от 800 до 1 200 шпал/ч. Машина ШПМ-02 снабжена двумя подбивочными блоками, а АШПМ-1200 — четырьмя.
Машина АШПМ-1200 (рис. 129) имеет силовую установку 1 с дизелем мощностью 230 л. с., две колесные пары 2 с рессорным подвешиванием, раму 3, кабину управления 4 и выносной пульт управления, тормозной магнит 5, подбивочные блоки 6 и 7, электромагнит 8 и гидравлический цилиндр для подъема путевой решетки.
Выправка пути с постановкой на заданную отметку контролируется автоматическим устройством, основанном на применении модулированного луча. Это устройство состоит из излучателя света, расположенного на тележке на расстоянии до 100 м от машины, и приемного устройства. Приемное устройство находится на машине там, где фотоприемник, контактируясь с рельсом, подает команду на исполнительные устройства подъема и опускания путевой решетки. Управление машиной сводится к нажатию кнопки для подачи команды на опускание подби-вочных блоков. Остальные операции производятся автоматически.
Путеукладчик Платова, укладывающий в путь готовые звенья, собранные на базе, а также снимающий с пути старую рельсо-шпальную решетку и транспортирующий ее к месту разборки (на базу), наиболее распространен на дорогах СССР. В комплект путеукладчика входят укладочный кран (рис. 130), одна или две моторные платформы, обычные платформы, оборудованные роликовыми транспортерами, погрузочный кран. Количество платформ, входящих в комплект путеукладчика, определяется длиной разбираемого и укладываемого участков пути и количеством звеньев в каждом пакете.
162
6*
163
Рис. 131
Укладочные краны и моторные платформы имеют одинаковое оборудование: два дизеля мощностью по 150 л. с., два генератора по 100 кет и четыре тяговых двигателя мощностью по 43 л. с., каждый из которых приводит в движение одну колесную пару, по два компрессора для питания тормозной системы, пневматические тормоза.
Моторные платформы используются для перевозки пакетов в пределах фронта работ и для перетяжки звеньев вдоль состава. Грузоподъемность моторной платформы 32 Т, длина 16,24 м, ширина 3,25 м.
Для укладки звеньев длиной 25 м с деревянными шпалами предназначен укладочный кран УК-25 (см. рис. 130), звеньев с железобетонными шпалами — УК-25/21. Эти же краны используются для разборки старого пути и погрузки звеньев на платформу. Производительность этих кранов достигает 1 000 м!ч. При деревянных шпалах пакет комплектуют из 10 звеньев, а при железобетонных — из 5. Кран смонтирован на платформе 1 грузоподъемностью 40 Т и кроме силовых установок имеет стрелу (ферму) решетчатой конструкции 2, крановые тележки 3, подъемную лебедку 4, тяговую лебедку 5, кабину управления 6, грузовые блоки 7 и тормоза. Управление механизмами кранового оборудования производится с верхнего поста 6, а механизмами платформы и передвижением крана — с нижнего поста.
Применение путеукладчиков по сравнению с ручной укладкой пути снижает затраты труда на 1 км на 150—175 чел.-дней.
Погрузочный кран (рис. 131) предназначен для штабелирования и погрузки собранных на базе рельсовых звеньев на подвижной состав путеукладочного поезда.
Струг-снегоочиститель (рис. 132) предназначен для очистки и нарезки кюветов, срезки обочин, оправки балластной призмы, разработки откосов выемок летом и для очистки от снега путей на станциях и перегонах зимой, околки льда. Струг-снегоочиститель имеет раму из сварных ферм, опирающихся на переднюю трехосную 164
6В Зак. 663
22850
Рис. 132
Рис. 133
пй
и заднюю двухосную тележки, два главных крыла 7 с телескопическими распорками 4 и 6 и цилиндрами раскрытия 8 и наклона крыла 9, откосные части крыльев 5 с телескопическими распорками 3, снегоочистительное устройство 1, будку управления 10 и хозяйственную будку 2. Основными рабочими органами машины являются снегоочистительное устройство 1, расположенные по бокам главные крылья 7, имеющие выдвижную кюветную часть, балластные подкрылки и откосные части крыльев 5. Балластным подкрылком осуществляется планировка откосов балластной призмы, а откосной частью крыла — срезка грунта на откосах выемок.
Управление машиной — пневматическое. Сжатый воздух подается от локомотива, которым передвигается струг.
Рабочая скорость машины на земляных работах колеблется от 3 до 15 км/ч, при очистке путей от снега на перегонах до 40 км/ч и при перевалке снега с одного станционного пути на другой от 2 до 4 км/ч.
Наибольший вылет главного крыла от оси пути достигает 7,5 м. Расстояние от оси пути до кюветной части крыла может меняться от 3,6 до 4,2 м. При нарезке и очистке кюветов нижняя точка кюветной части опускается ниже головки рельса до 1,9 м. Главными крыльями можно планировать поверхность выше головки рельса до 0,2 м и ниже головки рельса до 1 м.
Уборочная машина конструкции В. X. Б а-л а ш е н к о, Е. В. Л ы ч е в о й после модернизации названа снего-землеуборочной машиной (ЗУМм). Схема ее представлена на рис. 133. Для питания рабочих органов в кабине 12 поставлена электростанция мощностью 100 кет. Высокое качество работ и максимальная производительность (800 .и3 грунта в 1 ч) достигаются при одновременном включении в работу дисковых рыхлителей 10, собирающего устройства 9, среднего 8 и боковых элеваторов 7, щеточного питателя 5, транспортеров 1 и 6, рельсовых щеток 11. Рабочие органы приводятся в действие электромоторами. Машина имеет скалыватель льда 3 и боковые щетки 4. Грунт, загрязненный балласт и снег погружаются в специальные полувагоны 2.
Для лечения больных мест земляного полотна используются п р о-резекопатели, станки для бурения горизонтальных и наклонных скважин для выпуска в о д ы из балластных корыт или мешков. Особенно эффективным для этой цели оказался пневмопробойник конструкции Института горного дела Сибирского отделения Академии наук СССР. Пневмопробойник работает по принципу пневматических машин ударного действия (отбойного молотка и др.). Корпус имеет форму гладкого цилиндра, заостренного в передней части, и при работе движется подобно забиваемой свае, уплотняя грунт вперед и в стороны и оставляя за собой скважину диаметром до 200 мм. После пробивки скважины в нее можно ввести дренажную трубу или дренажный заполнитель. Вес пневмопробойника 80 кг, скорость пробивания скважин в грунтах II категории 15—30 м!ч, а в грунтах III категории — 8—15 м/ч.
Для контактной сварки рельсов, лежащих в пути, восстановления целости рельсовых плетей при изломах применяют п е р е д в и ж-166
ную рельсосварочную машину ПРМС (рис. 134), производительность которой достигает 12 стыков в 1 ч.
Для ликвидации волнообразного износа поверхности головок рельсов используется рельсошлифовальный поезд, состоящий из локомотива, рельсошлифовального вагона и цистерны с водой для охлаждения и смачивания абразивных камней. На тележках вагона размещается 24 и на тележках цистерны 16 шлифовальных камней, прижимаемых к головке рельса с усилием 10—14 Т. Рабочая скорость поезда колеблется от 30 до 65 км/ч. Управляют механизмами шлифовального оборудования с пульта управления, находящегося в шлифовальном вагоне, при помощи электронно-пневматической системы. Для удаления неровностей на рельсах на величину до 1 мм поезд совершает до 35 проходов.
В путевом хозяйстве большое распространение получил инструмент с гидравлическим приводом (гидравлические приборы) и электрифицированный инструмент. Источником электрического тока служат передвижные электростанции или постоянные линии энергоснабжения.
Электрические вибрационные шпалопод-бойки (рис. 135) предназначены для уплотнения балласта под шпалой. На отечественных дорогах применяют электрошпалоподбойки трех типов: ЭШП-3, ЭШП-6, ЭШП-7 с мощностью двигателей 250 вт. При работе мотора на корпус вибратора действует неуравновешенная центробежная сила инерции, возникающая вследствие вращения дебаланса. Колебания корпуса вибратора передаются подбивочному полотну 1 и наконечнику 2. За счет вибраций и давления наконечника балласт приходит в движение и заполняет пустоты под шпалой.
Шурупно-гаечные ключи применяют двух типов: с вертикальным расположением шпинделя (ШВ-1, ШВ-2 и ПМУ-1) и с горизонтальным расположением шпинделя (КБ-1 и ЭК-1). Шуруповерт ШВ-1 и гаечный ключ ЭК-1 имеют электрический двигатель,
Рис. 134
6В*
167
а универсальный путевой механизм ПМУ-1 и гаечный ключ КБ-1 — одноцилиндровый бензиновый двигатель мощностью 3 л. с. Все шурупногаечные ключи имеют специальные ролики для перемещения по рельсам, так как вес их значителен (от 24 до 90 кг). Шуруповерт ШВ-1 служит для отвинчивания и завинчивания шурупов, гаек клеммных и закладных болтов, сверления отверстий в шпалах и брусьях.
Электрические рельсорезные станки имеются двух типов: РМ-2 и РМБ. Последний предназначен для распиловки рельсов Р50 и более легких.
Электрические рельсосверлильные станки применяют типов: ЭРС-0,6 (в настоящее время не выпускаются), 1024-Б и 1024-В. Вес станков 35—37 кг.
Рельсошлифовальные станки могут быть электрические МРШ-3 и с бензиновым двигателем РТ-2. Применяются также станки для затески шпал, моторный гидравлический рихтовщик МГР-1.
Гидравлические домкраты предназначены для вывески пути. Наибольшее распространение получили домкраты ДГ-6 и ДГ-08 грузоподъемностью 6 Т, вывешивающие путь с деревянными шпалами на высоту до 200 мм, и домкраты ДГП-8 грузоподъемностью 8 Т для вывески пути с железобетонными шпалами. Вес их составляет 17—20 кг.
Рихтовочный прибор УРГ-01 предназначен для выправки пути в плане. Он имеет грузоподъемность 4,5 Т, ход поршня до 100 мм, вес 10,5 кг.
Гидравлические приборы для разгонки зазоров (рис. 136) имеются трех типов: PH-01, РН-02 и СРПШ-1; они создают распорное усилие соответственно 25, 12 и 15 Т, обес-
Рис. 135
печивая передвижку рельсов до 150, 100 и 125 мм за одну установку. Вес этих приборов соответственно составляет 78, 37 и 100 кг. Приборы передвигаются по рельсам на роликах. При работе середина прибора устанавливается против стыка.
Рис. 136
168
§ 66. Энергетическая база путевого хозяйства
Энергетическая база железнодорожного транспорта в целом включает локомотивы и специальные энергетические установки. В путевом хозяйстве локомотивы используются как тяговые единицы, а в ряде случаев — и для питания приводов рабочих органов путевых машин тяжелого типа. Например, одна секпия тепловоза ТЭ2 перемещает машину ШОМ-Д, а другая секция приводит в движение решетчатую ленту. В энергетическую базу путевого хозяйства входят также постоянные линии электроснабжения, переносные и передвижные электростанции, двигатели внутреннего сгорания, автомобили, тракторы и др.
В качестве источника электроэнергии для электроксполнительного инструмента и механизмов применяются переносные и передвижные электростанции ЖЭС-2, АБ2-Т/230Ж мощностью 2 кет. Для питания силовых и осветительных линий используются передвижная электростанция ЖЭС-ЗОС, а также дизель-генераторная установка У14-ГС мощностью 200 кет; для наплавки изношенных концов рельсов и крестовин — электростанции на тракторах ДТ-54 и Т-74 соответственно мощностью 37,5 и 50 кет.
В последние годы для питания электроисполнительного инструмента и механизмов переходят на использование высоковольтных и низковольтных воздушных линий электропередачи, пролегающих вдоль железных дорог.
Из воздушных электрических цепей, по которым подают электроэнергию от стационарных электростанций или от подстанций к потребителям, наиболее простыми по способу подключения путевых инструментов являются трехфазные низковольтные линии, т. е. линии с напряжением 220 и 380 в. Высоковольтные воздушные линии, т. е. линии напряжением более 380 в, могут быть переменного (трехфазные и однофазные) и постоянного тока.
Вдоль железнодорожного пути прокладывают преимущественно высоковольтные линии электропередачи, называемые продольными линиями электропередачи (ЛЭП).
Напряжение продольных ЛЭП составляет 6 тыс. в (6 кв) или 10 тыс. в (10 кв). От ЛЭП напряжением 6 кв питаются только устройства автоблокировки. ЛЭП напряжением 10 кв используются для нужд путевого хозяйства с применением соответствующих приспособлений для отбора электрического тока. Опоры ЛЭП напряжением 6 кв могут служить для подвешивания проводов трехфазной ЛЭП.
Контактная сеть электрифицированных участков также может служить для снабжения электроэнергией путевого инструмента и других потребителей. Железные дороги электрифицированы на постоянном токе напряжением 3 кв или переменном однофазном токе напряжением 25 кв, поэтому для подключения электрифицированного инструмента применяют преобразователи.
Для отбора электроэнергии от низковольтных сетей трехфазного тока напряжением 380 в применяют понижающие трансформаторы ТМ-2,5/10 и ТС-2/10 мощностью 2,5 и 2 кет, с первичной обмоткой на
169
10 кв, вторичной на 230 вис переносным подключающим устройством. На участках электротяги с переменным однофазным током напряжением 25 кв для понижения напряжения до 230 в используют понизительную установку, состоящую из подключающей штанги, однофазного трансформатора типа ТК-27р и преобразователя однофазного тока в трехфазный. Для использования постоянного тока контактней сети предназначены преобразователи постоянного тока в трехфазный переменный, например преобразователь ЭПУ-18, смонтированный на тракторе, состоящий из высоковольтного двигателя постоянного тока мощностью 18 кет и генератора переменного тока напряжением 230/400 в.
§ 67. Транспортные средства
Транспортные средства в путевом хозяйстве используются для доставки к месту работы рабочих, инструмента, материалов. Материалы на короткие расстояния перевозят на путевых вагончиках, однорельсовых тележках. Для транспортировки материалов и рабочих на значительные расстояния используются моторные дрезины и мотовозы.
Автодрезина типа АСГ может перевозить до 32 человек и типа АС-1 до 24 человек со скоростью до 90 км/ч, съемная дрезина ТД-5 с двумя прицепами — до 20 человек или груз весом до 1 Т, съемная мотодрезина СМ-4 — 4 человека при скорости до 50 км/ч.
Большое распространение имеют дрезины АГМу грузоподъемностью до 5 Т, оборудованные поворотным краном грузоподъемностью 1 Т, и дрезины ДГКУ с краном грузоподъемностью до 3,5 Т, имеющие скорость до 85 км/ч.
Для осмотра пути имеется инспекторская дрезина типа ИД-1; скорость ее составляет 50 км/ч.
На грузонапряженных участках, где занятие перегона сопряжено со снижением пропускной способности, наряду с транспортными средствами на железнодорожном ходу все шире внедряется безрельсовый транспорт (автомашины и тракторы).
К местам путевых работ балласт доставляется в полувагонах и на платформах. Однако наибольший технико-экономический эффект достигается при использовании хопперов-дозаторов ЦНИИ (рис. 137),
Рис. 137
170
производящих механизированную разгрузку балласта одновременно с дозировкой и разравниванием его. Управление хопперами-дозаторами пневматическое. Снабжение сжатым воздухом осуществляется от локомотивов. Емкость хоппера-дозатора ЦНИИ-ДВЗ при загрузке с «шапкой» достигает 40 ма. В составе обычно имеется 20 хоппеоов-дозаторов.
Перевозка длинных рельсов осуществляется на сцепах из нормальных платформ, а длинных плетей — на специальных составах, оборудованных роликовой аппарелью.
Глава XX
ТЕКУЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ ПУТИ
§ 68. Планирование работ по текущему содержанию пути
Главная задача текущего содержания пути состоит в создании условий для обеспечения бесперебойного движения поездов с установленными скоростями и длительных сроков службы всех элементов пути.
Организация и планирование текущего содержания пути осуществляются на основе трех принципов:
1) непрерывность выполнения работ в течение года;
2) предупреждение неисправностей пути, так как объем работ при ликвидации неисправности в начальной стадии ее развития значительно меньше, чем при исправлении в последующих стадиях;
3) непрерывный контроль и изучение состояния пути.
Виды планирования. Работы по текущему содержанию пути осуществляются в соответствии с составленными годовыми, квартальными и полумесячными планами.
Номенклатура (состав) работ по текущему содержанию пути, их объем зависят от грузонапряженности, скоростей движения поездов, нагрузок на оси, характера перевозимых грузов, рода тяги, степени износа элементов верхнего строения, загрязненности балластного слоя, плана и профиля пути, климатических и других местных особенностей. В связи с сезонными особенностями, изменчивостью упругости и прочности пути по длине, разными условиями работы состав и объемы работ в течение года меняются. Общие объемы работ по текущему содержанию пути регламентируются нормами расхода труда, выраженными в человеко-годах на 1 км пути.
Полумесячное планирование осуществляется по данным сплошной натурной проверки и осмотра пути дорожным мастером совместно с бригадиром. Неисправности, угрожающие безопасности движения поездов (остродефектные рельсы, излом накладок и др.), устраняются немедленно, затем планируется выполнение неотложных работ — ликвидация отступлений по ширине колеи сверх установленных норм, резких толчков и др. В остальные дни полумесячного периода планируется выполнение предупредительных работ. По результатам промежуточных осмотров в план могут быть внесены коррективы.
171
Квартальный план составляется начальником дистанции пути с учетом сезонности. В нем указывается порядок и сроки выполнения комплекса предупредительных работ, свойственных данному сезону (например, сплошная выправка кривых весной и осенью и др.).
Годовой план разрабатывается на основании данных производственно-финансового плана, плана поступления материалов верхнего строения с учетом утвержденного плана производства работ по капитальному, среднему и подъемочному ремонтам пути.
Сезонность работ. В летние планов о-предупредительные работы входит регулировка зазоров, замена негодных и подкрепление ослабших противоугонов, одиночная смена шпал, выправка пути по уровню и в продольном профиле, рихтовка, перешивка, планировка балластной призмы и обочин, очистка рельсов и скреплений от грязи, уборка грязи с пути, очистка водоотводных канав и кюветов.
В осенний период выполняется комплекс работ для подготовки пути к периоду дождей и к зиме: выправка пути с подбивкой шпал, сплошная рихтовка, сплошная смазка болтов, закрепление пути от угона, проверка рельсовых цепей, планировка балластной призмы, отвод воды и др. Наряду с этим ведется подготовка к снегоборьбе: устанавливаются знаки для снегоочистителей, колья и снеговые щиты, ремонтируются снегозащитные заборы, на раздельных пунктах с междупутий убираются все препятствия для работы снегоуборочных машин и др.
В зимние планово-предупредительные работы входит замена дефектных рельсов, перешивка пути, регулировка зазоров, исправление пути укладкой карточек. Неотложными работами являются исправление пути на пучинах и в период метелей контроль за работой снеговых защит, перестановка щитов, очистка пути от снега и др.
В конце зимы вскрывают от снега канавы и кюветы, русла малых мостов и труб, очищают от снега откосы больных насыпей и выемок.
Весной в первую очередь отводят воду от земляного полотна и балластной призмы и выполняют работы по предупреждению размывов и подмывов при проходе весенних вод. Путевые работы производятся в два этапа. На первом этапе для предупреждения угона пути при оттаивании балласта до подошвы шпал регулируют зазоры и приводят в порядок противоугонную систему, добивают костыли, исправляют путь на пучинах, подтягивают болты. На втором этапе, после оттаивания балласта ниже постелей шпал, производятся одиночная смена шпал для «разрядки кустовой гнилости», зачистка заусенцев на шпалах, устранение толчков и перекосов, перешивка колеи, очистка рельсов, скреплений и верха балластной призмы от грязи, исправление пути на пучинах вплоть до полной их осадки, сплошная рихтовка, приведение в порядок водоотводов после прохода вод.
Планирование контингента рабочей силы. Потребность в монтерах пути определяется дифференцированными нормами расхода рабочей силы на 1 км развернутой длины главных путей, станционных путей 172
и на один стрелочный перевод в зависимости от грузонапряженности,, типа рельсов и рода балласта. Для главного пути на деревянных шпалах они изменяются от 0,45 до 1,5 человека на 1 км. По станционным путям нормы расхода рабочей силы зависят от категории этих путей и колеблются от 0,45 до 0,8 человека на 1 км развернутой длины.
На содержание одного стрелочного перевода нормы расхода рабо чей силы составляют: на один централизованный перевод 0,23—0,34 человека, на нецентрализованный перевод — 0,065 человека на глав ных и станционных путях первой и второй категорий и 0,045 человека-на прочих путях.
Основные нормы корректируются повышающими и понижающими коэффициентами.
Повышающие коэффициенты учитывают дополнительную потребность в рабочей силе в особо трудных условиях (крутые кривые, интенсивное пригородное движение, скоростное движение и др.). Понижающие поправочные коэффициенты учитывают снижение контингента в зависимости от уровня механизации работ, а также для пути с железобетонными шпалами, для бесстыкового пути и с рельсами длиной 25 м.
При определении потребного количества монтеров пути для текущего содержания искусственных сооружений пользуются нормами, дифференцированными в зависимости от типа сооружений.
Для стимулирования роста производительности труда рассчитанный по нормам контингент разрешается уменьшить до 15 % без снижения фонда заработной платы.
Для руководства оперативной и производственной работой на дистанциях пути установлены типовые штаты инженерно-технических работников и служащих.
Фактическое количество монтеров пути в бригадах и на околотках определяется не расчетным контингентом, а плановым с уменьшением расчетного контингента на 7% для компенсации затрат на отпуска и выполнения государственных и общественных обязанностей.
§ 69. Организация работ по текущему содержанию пути
Работы по текущему содержанию пути, как правило, должны производиться без нарушения графика движения поездов в интервалы между поездами 20 мин и более. На линиях с большой интенсивностью движения поездов для работ по текущему содержанию пути выделяют «окна» в графике движения поездов продолжительностью 1—2 ч (скользящие). На двухпутных линиях «окна» выделяются по каждому пути. Используются также «окна», предоставляемые для ремонтов пути и контактной сети. В «окна» производят работы, которые невозможно по условиям технологии и безопасности движения поездов выполнять в интервалы времени между поездами, а также работы с применением путевых машин тяжелого типа.
Организация работ по текущему содержанию пути должна обеспечить их комплексную механизацию и высокое качество, ликвидацию причин, вызвавших неисправности пути, такую последовательность 173
работ, при которой исключается их повторность, повышается устойчивость пути и увеличиваются сроки службы элементов верхнего строения, используются внутренние ресурсы.
Одним из действенных средств улучшения текущего содержания является внедрение в практику передовых методов и опыта работы путейцев-новаторов. Широкое распространение получил метод дорожного мастера И. И. Нефедова, в основе которого лежит точное оперативное планирование, своевременная подготовка рабочего места, специализация труда в бригаде, использование внутренних ресурсов, совершенствование технологии работ, увеличение срока службы элементов верхнего строения пути. Метод И. И. Нефедова творчески развивался многочисленными его последователями. Опыт Лозовской дистанции показал, что при хорошем состоянии пути в летний период эффективно выполнение профилактических работ на каждом километре через 1—1,5 месяца с затратами труда до 10—15 чел.-дней (малое «кольцо»). На Дебальцевской дистанции успешно применено большое «кольцо» — более редкие проходы (1—2 раза за летний период), но с большим расходом труда (около 50 чел.-дней на 1 км) за один проход. Частота проходов и объемы работ определяются с учетом конкрет-яых местных эксплуатационных условий данного участка.
§ 70. Содержание стрелочных переводов^ пути на искусственных сооружениях, бесстыкового и на участках с автоблокировкой и электрической тягой
Наличие в стрелочных переводах подвижных частей, кривых малых радиусов и ярко выраженных геометрических неровностей обусловливает более жесткие требования к их содержанию, чем к содержанию пути на перегоне.
Исправность переводов обеспечивается: содержанием их в чистоте; тщательным закреплением от угона; отводом воды; контролем за состоянием по ширине колеи, уровню и в плане, за износом металлических частей, шириной желобов; систематическим проведением плановых работ по предупреждению появления неисправностей; немедленным устранением появившихся опасных неисправностей, при которых запрещается эксплуатировать стрелочные переводы. К таким неисправностям относятся: а) разъединение стрелочных остряков; б) отставание остряка от рамного рельса на 4 мм и более (измеряется против первой тяги); в) выкрашивание остряка по длине более 200 мм на главных, более 300 мм на приемо-отправочных и 400 мм на прочих путях и во всех случаях, когда создается опасность набегания гребня независимо от длины выкрашивания; г) понижение остряка против рамного рельса на 2 мм и более (измеряется в сечениях, где ширина головки остря ка поверху 50 мм); д) когда расстояние от рабочей грани головки контррельса до рабочего канта сердечника крестовины менее 1 477 мм, а до рабочей грани усовика более 1 435 мм и сумма размеров желобов контррельса и крестовины менее 89 мм; е) изломы остряков, рамных рельсов, крестовины или трещины в них; ж) разрыв одного и более контр-174
рельсовых болтов; з) вертикальный износ крестовин, рамных рельсов и остряков, боковой износ остряков и рамных рельсов сверх норм.
Нормы содержания стрелочных переводов изложены в Инструкции по текущему содержанию пути.
На мостах укладывают сварные плети. На металлических мостах с пролетами более 33 м в бесстыковом пути плети должны иметь уравнительные приборы на каждом температурном пролете. На мостах с температурным пролетом более 100 м применяются уравнительные приборы. Запрещается держать уравнительные приборы, имеющие выкрашивание остряка на длине 200 мм и более.
Содержание бесстыкового пути сводится к предупреждению возникновения в рельсовых плетях дополнительных (сверх расчетных) продольных сил и к обеспечению достаточной его устойчивости при производстве работ во избежание выброса пути при высоких температурах и разрыва плетей при низких температурах.
Предупреждается возникновение дополнительных температурных продольных сил разрядками температурных напряжений. Периодически разрядка производится весной и осенью, в строго определенные (расчетные) температурные интервалы. Работы по текущему содержанию, связанные с ослаблением сопротивления бесстыкового пути боковым и вертикальным перемещениям или с уменьшением жесткости путевой решетки, запрещается производить, если температура рельсов превышает в прямых участках температуру закрепления плетей на 15° С, а в кривых радиуса 800 м и менее на 10° С.
При изломах рельсовой плети дефектное место вырезается, укладывается короткий рельс, который соединяется с концами плети шести-дырными накладками. Непрерывность рельсовой плети затем обеспечивается изъятием этого рельса, опиловкой концов плети с просверленными отверстиями, укладкой рельса без отверстий и сваркой его с концами плети. Сварка производится в установленном температурном интервале закрепления плетей.
Особенность путевых работ на линиях с автоблокировкой, электротягой и электрической централизацией определяется тем, что рельсовые нити используются как токопроводящие цепи, а также тем, что имеются контактный провод, опоры контактной сети, светофоры и напольные устройства. Разъединение рельсовых цепей нарушает работу автоблокировки, а на участках электротяги опасно для людей. Поэтому при производстве работ с разрывом колеи устанавливают временные перемычки с гибким тросом сечением до 120 мм2 при постоянном тяговом токе и 50 мм2 при переменном токе. Для исключения замыкания рельсовых цепей путевой инструмент, тележки, съемные дрезины, вагончики должны иметь электрическую изоляцию. Не реже раза в год перебираются изолирующие стыки. Настил на переездах внутри колеи устраивается на 30—40 мм выше головок рельсов. На линиях с автоблокировкой подъемка или рихтовка пути на величину более 60 мм, а на электрифицированных участках при любых их значениях согласовывается с начальником участка энергоснабжения и начальником дистанции сигнализации и связи.
Глава XXI
ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ ПО РЕМОНТАМ ПУТИ
§ 71. Особенности производства работ, способы их организации
Организация работ должна обеспечивать: безопасность движения поездов (без нарушения графика движения); высокое качество работ при наименьших затратах труда, материалов и энергии; эффективное использование средств механизации и автоматизации производственных процессов; соблюдение правил техники безопасности и охраны труда.
Все работы по ремонтам пути разделяются на предварительные, подготовительные, основные и отделочные.
К предварительным относятся работы по лечению больных мест земляного полотна, ликвидации пучин. Они выполняются за год до основных работ, чтобы земляное полотно за этот период стабилизировалось.
К подготовительным работам относятся: обмеры пути для уточнения объемов работ, относ путевых знаков, обрезка длинных концов шпал, добивка костылей, смазывание болтов, сборка рельсовых звеньев на базе и др.
Основные работы определяют сущность данного вида ремонта. Так, при капитальном ремонте основными работами являются смена рельсов и шпал, очистка и усиление балластного слоя. При подъемке пути на щебень основной операцией будет подбивка шпал.
Отделочные работы обеспечивают состояние пути, полностью отвечающее требованиям технических условий, установленных для данного вида ремонта.
Важное значение при составлении технологических процессов имеет выбор методов и способов производства работ и расстановки рабочей силы.
При комплексном методе все основные работы, например сплошная смена рельсов, шпал, очистка балласта, на данном участке выполняются одновременно в «окно» в графике движения поездов.
При раздельном методе сначала выполняется один вид работ, входящих в число основных, например сплошная смена рельсов, потом другой, например смена шпал, и т. д.
Комплексный метод обеспечивает более полный охват работ механизацией, четкую специализацию труда, исключает повторность однородных операций, создает лучшие условия для руководства работами, снижает поездные потери.
По расстановке рабочей силы различают три способа работ: звеньевой, поточный, смешанный (поточно-звеньевой).
Звеньевым способом называется такой, при котором каждый рабочий или группа рабочих выполняет на своем участке весь комплекс работ. Производство работ начинается одновременно по всему фронту (рис. 138, а). Этот способ применяют на простейших (одна—три операции) немеханизированных работах.
176
Поточным способом называется такой, при котором бригады делятся на группы по числу последовательно выполняемых операций. Все операции, входящие в состав отдельной работы, а следовательно, и все работы, объединяемые в потоки, выполняются в одном темпе, равном темпу ведущей работы, за которую при-
138
нимается механизированная и трудоемкая (рис. 138, б). Только при этом способе возможна комплексная механизация и автоматизация путевых работ.
На рис. 139 показан график производства работ по капитальному ремонту пути с очисткой щебня машиной ЩОМ-Д, сменой рельсошпальной решетки путеукладчиками, выгрузкой щебня из хопперов-дозаторов и выправкой пути машиной ВПО-ЗООО в «окно». Здесь работы по замене рельсо-шпальной решетки выполняются поточным способом.
Однако поточный способ имеет и недостатки. Группы монтеров пути вступают в работу и заканчивают ее неодновременно, а последовательно одна за другой, в результате чего затрачивается много времени на развертывание и свертывание работ.
Если работы не полностью механизированы, то может оказаться целесообразным применение смешанного способа, при котором часть операций или работ выполняется звеньевым способом, а часть поточ
ным.
§ 72. Технологические процессы производства путевых работ
Все путевые работы выполняются по заранее разработанным технологическим процессам.
В технологическом процессе приводятся: условия производства работ (в «окно» или на открытом для движения поездов перегоне, число проходящих поездов, порядок доставки материалов и машин к месту работ, ограждение места работ); характеристика пути по показателям, влияющим на организацию и объем работ; расчеты трудоемкости, количество монтеров пути на выполнение отдельных операций, продолжительность операций и работы машин; описание и графики организации работ; производительность и численный состав производственной единицы; перечень машин, механизмов, инструментов, приборов и инвентаря. Составление технологического процесса начинается с расчета затрат труда по технически обоснованным нормам времени, которые учитывают труд квалифицированного монтера пути, необходимый на выполнение данной операции в условиях достигнутого уровня техники и передовой организации производства, без учета времени на переходы, отдых и пропуск поездов. Для учета этих факторов определяют поправочный коэффициент а к техническим нормам по формуле
а = —-—, (105)
Т—
177
Обеденный перерыв
Рис. 139
178
Условные обозначения
И Подготовка места для зарядки и разрядки щебнсочиститель-161 ной и выправочно-подбивочно-отделочной машин.
| Оформление закрытия перегона и пробег машин к месту работ.
Разборка переездного настила с укладкой временного, в конце рабочего дня.
1 Зарядка щебиеочистительной машины ЩОМ-Д.
иугг гт Очистка щебня щебнеочистительной машиной.
|||| Выправка пути после работы щебнеочистительной машины для пропуска путеразборочного поезда.
—9-Е—• Разболчиваиие стыков, постановка штырей ОПМС-8 в сты-
ках.
|Ш Разрядка щебнеочистительной "машины.
I" Разборка пути путеукладчиком, снятие накладок и укладка их на звено, уборка оторвавшихся шпал.
Планировка щебеночного слоя.
Укладка пути путеукладчиком, установка нормальных сты-1 ковых зазоров приборами ПМС-62, погрузка стыкователей
и оторвавшихся скреплений.
---I Постановка накладок, сболчивание стыков с закрытием пазух графитовой мазью, перегонка шпал по меткам.
----I--Постановка инвентарных противоугонов.
। Рихтовка пути с постановкой на ось, выправка пути в местах
___I, препятствий для работы машины ВПО-ЗООО с подбивкой шпал электрошпалоподбойками.
Выгрузка щебня из хопперов-дозаторов.
5 Оборудование изолирующего стыка.
Выправка пути со сплошной подбивкой шпал, рихтовкой л I ь и оправкой балластной призмы выправочно-подбивочно-отделочной машиной ВПО-ЗООЭ.
£ Перестановка 50?о пружинных противоугонов по схеме.
Заготовка и укладка рельсовых рубок на отводе.
,! ,, Перестановка противоугонов до нормы, снятие инвентарных '• '• противоугонов с погрузкой в контейнеры.
111 Частичная выправка пути после обкатки поездами с подбив---ш кой шпал электрошпалоподбойками.
' ' —” Рихтовка пути, подтягивание ослабших болтов.
,—, с ,—. Пополнение щебня в шпальных ящиках с грубой оправкой балластной призмы в местах препятствий для работы машин
179
где Т — продолжительность рабочего дня, мин',
S/ — затраты времени на переходы в рабочей зоне, отдых и пропуск поездов, мин', эти затраты принимают равными: на переходыв рабочей зоне — 15мин за смену, на физиологический отдых — 25 мин, на пропуск поездов по табл. 27.
Таблица 27
Вид ограждения места работ Нормы времени на пропуск поезда, мин
грузового пассажирского моторвагонного локомотива
Сигналами остановки с пропуском поездов со снижением скорости 5 3 2,5 1,5
Сигналами остановки с пропуском поездов без снижения скорости 2,5 1,5 1,3 1,0
Сигнальными знаками «Свисток» 1,8 1,3 1,0 0,7
Сигналами уменьшения скорости 3 2 1,6 1,2
Пропуск поездов по соседнему пути при всех видах ограждения места работ 1,5 1,0 0,7 0,5
Прим ечание. Время на пропуск скоростных поездов увеличивается на 10 мин, а по соседнему пути на 5 мин.
Расчет затрат труда ведется по форме, приведенной в табл. 28 (пример для сплошной подбивки шпал).
Просуммировав данные графы 7 табл. 28, получим общую затрату труда
Q = a
Общее количество монтеров пути в бригаде (группе) к составит
к =
Q
Л’
Таблица 28
Наименование работ Измеритель Технические нормы времени, чел-мин Технические нормы времени работы ма- шин Объем работ Затраты труда Число монтеров пути Продолжительность работы Tit мин 1 Продолжительность । работы машин, ма-| ишно-мин № бригады
। без учета потерь с учетом по- | терь
1 о 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Добивка костылей Отрывка ящиков Перегонка шпал Вывеска пути Подбивка шпал Засыпка ящиков Костыль Ящик Шпала Установка Шпала Ящик со ю с а а а а за 1'1 v2 V3 v4 V5 v. aiVi a2V2 азУз a4V4 a,Ve аа5^5
180
Оо
Наименование работ Врсмч в мин(на 1остряк) b W 16 70 75
Подготовительные Снятие шплинтов, опробование болтов стрелочных тяг, корневых болтов и закладных болтов, клемм и упарок 7-7
Основные Снятие болтов корневого вкладыша, закладных болтов, клемм и корневой упорки г-з
Снятие болтов стрелочных тяг 1
Уборка старого остряка и установка нового 1-3
Установка болтов соединительных тяг 1
Установка болтов в стыке корневого крепления Z
Установка клемм корневой упорки и заболачивание закладных болтов 3
Заключительные Довертывание болтов и постановка шплинтов 1-3
I
Рис. 140
Условные обозначения;
1 Вывешивание пути и добибки костылей
2 Отрывка ящиков
з Подбивка шпал
ч Подброска щебня,перенос кабеля
.5 Засыпка ящиков щебнем
Рис. 141
Составление технологического процесса на отдельные механизированные работы подчиняется требованию эффективного использования ведущей машины.
После составления расчетной таблицы (см. табл. 28) вычерчивается график технологического процесса. На рис. 140 представлен график работ по замене остряка, а на рис. 141 — график сплошной подбивки шпал электрошпалоподбойками. На первом из них (горизонтальном) не видно места нахождения монтеров пути во время работ. Такая форма графика применяется для работ на узком фронте.
§ 73. Организация ремонтов пути
Капитальный и средний ремонты пути выполняются путевыми машинными станциями (ПМС), которые оснащены машинами тяжелого типа, средствами малой механизации и имеют звеносборочные базы. На этих базах выполняется весь комплекс механизированных работ, связанных со сборкой новых рельсовых звеньев, стрелочных переводов и других блочных элементов, с разборкой снятых звеньев, ремонтом старых шпал. На базах создается зимний запас материалов верхнего строения (балласта, например, до 40°о годовой потребности), расходуемых при основных работах в «окно». Звеносборочные базы оснащаются звеносборочным комбайном ХабИИЖТа с производительностью до 200 м/ч, или полуавтоматическими поточными звеносборочными линиями (ППЗЛ) с производительностью до 65 м!ч и разборочными стендами ПКБ ЦП МПС с такой же производительностью. Для погрузочно-разгрузочных работ имеются козловые и стреловые краны. На базах выполняется до 40% работ от общей трудоемкости капитального ремонта пути. Схемы звеносборочных баз ПМС могут быть разнообразными и зависят от размеров площадки, отводимой под базу, рельефа местности, оснащения технологическим оборудованием и др. Производство работ на базе позволяет обеспечить высокий уровень их механизации и высокое качество, снизить себестоимость.
На рис. 142 в качестве примера приведена схема базы ПМС для сборки звеньев с рельсами длиной 25 м и железобетонными шпалами комбайном ХабИИЖТа при оснащении базы четырьмя козловыми кранами грузоподъемностью 10 Т, с пролетом 16 м. На схеме представлены пути: 1 — ходовой, 2, 5, 6 а 10 — погрузочно-разгрузочные: 3 и 4 — сборочные для комбайна; 7 и 8 — разборочные для комбайна; 9 и 13 — стоянки платформ и машин; 11 и 12 — ремонта и стоянки машин; 14 — вытяжной; 15, 16 и 17 — стоянки жилых вагонов; 18 и 19 — подкрановые. На базе размещаются здания: 1 — механическая мастер ская; 2 — гараж; 3 — цех ремонта машин тяжелого типа; 4—топливозаправочный пункт; 5 — площадка мойки автомашин; 6 — площадки для складирования материалов и металлолома; 7 — раздаточная смазки; 8 — склад дизельного топлива; 9 — котельная; 10 — трансформаторная; 11 — диспетчерская; 12 — стрелочный пост; 13 — контора с бытовыми помещениями и медпунктом; 14 — пожарный сарай; 15 — баня с прачечной; 16 — магазин и столовая; 17 — клуб; 18 — резервуары противопожарного запаса воды и др. 182
77-
Условные обозначения
Рельсы ниш новые шпалы
EZZ3 Старогодные шпалы ।—। ГатоВые звенья
О75
tm Звенья, снятые с пути. И Брусья
Скрепления Я блоки.
Рис. 142
Капитальный ремонт пути планируется участками надлине тягового плеча и выполняется ПМС по индивидуальным проектам. Ведущее место занимают основные работы, выполняемые в «окно». На рис. 139 в качестве примера представлен график производства основных работ капитального ремонта пути на щебеночном балласте и деревянных шпалах в 5-часовое «окно» комплексным методом. На перегоне работает цепочка машин, образующих поточную линию: ЩОМ-Д очищает загрязненный щебень; разборочный кран Платова снимает звенья старой рельсо-шпальной решетки и грузит их на платформы; укладочный кран собранные на базе звенья укладывает в путь; выгружается балласт из хопперов-дозаторов; машина ВПО-ЗООО выправляет, подбивает и отделывает путь.
Средний ремонт планируют участками длиной не менее перегона, а на станциях—с охватом всех путей парка. Этот ремонт выполняется ПМС или дистанционными колоннами по объемным ведомостям и калькуляциям, а на участках, где путь переводится на щебеночное основание, — по индивидуальным проектам. Организация работ по среднему ремонту со сплошной сменой рельсов старогодными с применением путеукладчиков такая же, что и при капитальном ремонте.
Подъемочный ремонт главных и станционных путей со стрелочными переводами планируется выборочно на отдельных участках или километрах и выполняется дистанционными колоннами или укрупненными бригадами по объемным ведомостям, калькуляциям и принятым технологическим процессам.
Определение «окна» оптимальной продолжительности. Для установления оптимальной организации работ при ремонте пути определяют продолжительность «окна». При капитальном и среднем ремонтах пути «окна» продолжительностью менее 2 ч нерациональны, так как значительная часть этого времени затрачивается на развертывание и свертывание работ и на непосредственное их выполнение времени остается мало. Чем больше продолжительность «окна», тем рациональнее оно используется. Однако продолжительность «окна» более 6 ч нецелесообразна, так как повышается утомляемость рабочих, снижается производительность труда и пропускная способность участка и осложняются другие условия эксплуатационной работы.
На участках с резервами в пропускной способности до 15 % могут быть выделены «окна» продолжительностью до 3 ч. Иначе решается вопрос о продолжительности «окон» на участках с ограниченными резервами в пропускной способности. В каждом конкретном случае определяют «окно» оптимальной продолжительности, при которой суммарные потери от задержек графиковых поездов, простоя рабочих, машин и механизмов будут минимальными.
Оптимальная продолжительность «окна» определяется следующей последовательностью:
1) находят потребное количество «окон» для выполнения заданных годовых объемов работ по капитальному, среднему и подъемочному ремонтам;
184
2) подсчитывают общую продолжительность «окон» за сезон путевых работ отдельно для капитального, среднего и подъемочного ремонтов. Подсчеты сводят в табл. 29;
3) по общей продолжительности «окон» устанавливают, какой вид ремонта на рассматриваемом участке является наиболее трудоемким и требует предоставления наибольшего количества «окон»;
4) при различной продолжительности «окон» подсчитывают потери: а) по службе пути, б) по службе движения.
Потери по службе пути складываются из потерь времени ?пР от простоя рабочих, машин и механизмов.
По технологическим процессам для каждого вида ремонта пути при «окнах» различной продолжительности устанавливается численный состав подразделений, выполняющих работы. Среднюю часовую ставку монтера пути принимают равной 73,9 коп. (с учетом надбавки неосвобожденным бригадирам
Рис. 143
пути и за разъездной характер работ) и учитывают поясной коэффи-
циент.
По технологическим процессам устанавливается перечень потребных машин и механизмов. По калькуляции стоимости машино-смен
на путевые машины и механизмы определяется суммарная стоимость эксплуатируемых локомотивов, машин и механизмов, а затем потери от простоя их при различной продолжительности «окон».
Время простоя
Л1Р ~ 10 ^0’
где /раб — продолжительность рабочей смены;
t0 — продолжительность «окна» и время следования к месту работ и обратно.
Потери от простоя рабочих, машин и механизмов определяются отдельно для одного «окна» и за весь период путевых работ. Затем строится график (рис. 143) зависимости этих потерь от продолжительности «окна».
Таблица 29
S J3 « t- > г- <-> . Фронт основных работ в «окно», м, при ремонтах Потребное количество «окон» за сезон для ремонтов Общая продолжительность «окон» за сезон, ч, при ремонтах
Продо. тельнс <окна», капитальном [сред- под'ье-нсм мочном капитального среднего подъемочного капитальном среднем подъе-мочном
t ^кап ^Ср 1 ^под ^кап ,!ср ,!под Т кап Тер Т под
Примечание. Продолжительность «окон» берется от 2 до 6 ч с интервалами через 0.5 ч
7 Зак .668.
185
Потери Nt от задержек графиковых поездов, поездо-ч, за время одного «окна» на двухпутном участке при двустороннем движении по временно однопутному участку определяются зависимостью, установленной Ю. А. Антоновым:
/2 / Т ______/ \
МДВ = Гпер-U ( 1 + - (Ю6)
1 пер \ *Р ‘ )
где ta — продолжительность «окна», ч;
7'Пер — период однопутного графика при двустороннем движении, ч;
I — интервал блокировки между поездами, ч (при автоблокировке 8—10 мин)-,
<р — расчетный интервал между поездами, ч:
. _ 1440 .
Zp - 6(Wmax 1
A7max — размеры движения до предоставления «окна», пар поездов.
Потери поездо-ч за время одного «окна» на двухпутном участке при одностороннем движении по временно однопутному перегону определяются зависимостью
ДГ/одн = к ( 1 -7 'j. (Ю7)
2 \ ip — I )
Стоимость поездо-ч задержек берется из Справочника экономической оценки работы дороги.
На рис. 143 представлены зависимости указанных потерь за сезон путевых работ от продолжительности «окна»: 1 и 2 — потери от простоя соответственно путевых машин и монтеров пути; 3 и 4 — потери от задержек графиковых поездов при соответственно одностороннем и двустороннем движении по временно однопутному перегону; 5 и 6 — общие потери соответственно при одностороннем и двустороннем движении поездов. По минимуму суммарных потерь определяется величина «окна» оптимальной продолжительности.
Для снижения потерь в поездной работе при производстве основных работ осуществляется ряд мероприятий: устанавливают временные блокпосты с укладкой съездов, организуют пакетное движение поездов, стыкование двух и даже трех поездов, устанавливают временную двустороннюю автоблокировку и др.
В последние годы на дорогах широко используются «совмещенные окна», когда на смежных перегонах участка одновременно работает две и более ПМС, дистанционные колонны, выполняющие капитальный, средний, подъемочный ремонт, ремонт искусственных сооружений и др. При «совмещенных окнах» представляется возможность сократить потребное количество «окоп» и потери от задержек графиковых поездов.
Важной составной частью научной организации труда в путевом хозяйстве и, в частности, на работах по ремонтам пути в «окно», является применение метода сетевого планирования и управления, объединяющего работу путейцев, движенцев, связистов, работников кон-186
тактной сети и др. Отражение в сетевом графике таких моментов, как выпуск последнего графикового поезда, подготовка рабочих поездов к отправке на перегон и подвод их с производственной базы к месту работ, снятие и подача напряжения, регулировка подвески контактной сети, имеет большое значение, поскольку для всех служб, связанных с «окном», точно определяются сроки выполнения работ. Сетевой график позволяет выявить резервы, которые могут быть использованы при возникновении непредвиденных затруднений.
Во время «окна» эффективным является диспетчерское руководство работами по пооперационному графику, особенно при радиофикации фронта работ.
Главе XXII
БОРЬБА С ЗАНОСАМИ ПУТИ СНЕГОМ, ПЕСКОМ И С РАЗМЫВАМИ ПРИ ПРОХОДЕ ВЕСЕННИХ ВОД
§ 74. Заносимость пути снегом
Снежные отложения образуются: при снегопаде в безветренную погоду; при верховой метели, т. е. снегопаде во время ветра с переносом выпавшего снега; при низовой метели, когда ранее выпавший снег ветром поднимается на высоту до 2 м и более и переносится им в виде снежного потока; при поземке, когда ранее выпавший снег гонится по поверхности на высоте до 10—20 см; при общей метели. Наблюдения показывают, что перенос снега начинается при скорости ветра более 4 м/сек.
Различные профили земляного полотна по-разному подвержены снежным заносам. Над насыпью скорость снегового потока вследствие его сжатия увеличивается (рис. 144, а), и путь не заносится. Снежные отложения образуются в зоне затишья у подошвы откосов насыпи. На двухпутных и многопутных насыпях высотой 12 м и более возможны отложения снега с подветренной стороны из-за отклонения снеговетрового потока вверх и образования зоны затишья за бровкой.
В выемках образуется основной вихрь и два мелких в кюветах. Мелкие вихри способствуют быстрому отложению снега в кюветах. Основной вихрь способствует отложению снега на откосах выемки (рис. 144, б). В выемках глубиной более 8,5 м основной вихрь имеет большую скорость, при которой циркуляция потока не допускает отложения снега на пути.
Интенсивной снежной заносимости подвержены участки путей на перегонах, расположенные в разных уровнях (более 15 см).
Станционные территории также заносимы, так как подвижной состав, здания и другие обустройства создают условия завихрения, снижения скоростей снеговетрового потока и отложения снега.
На дорогах СССР установлены три категории снегозаносимости: к первой категории (наиболее быстро заносимые) относятся выемки глубиной от 0,4 до 8,5 м, участки на перегонах с путями в разных уровнях, территории станций и нулевые места, расположенные на
7* 187
косогорах, ко второй категории (начинают заноситься с середины зимы) — мелкие выемки глубиной до 0,4 м и нулевые места; к третьей категории — мелкие насыпи высотой до 0,65 м, а на косогорах и сильно заносимых участках, высотой до 1 м. Этим определяется очередность ограждения заносимых мест.
По степени снегозаносимости участки пути делятся: на слабозано-симые при переносе к пути до 200мЧпог. м снега за зиму; среднезано-симые при переносе от 200 до 400 мЧпог. м', сильнозаносимые при переносе от 400 до 600 м. пог. м; особо сильнозаносимые при переносе более 600 м3!пог. м снега.
§ 75. Защита пути от снега
Для ограждения путей от снежных заносов используются естественные леса, лесные насаждения (живые защиты), переносные решетчатые щиты, решетчатые заборы и надоткосные щиты.
Принцип действия всех снеговых защит (кроме надоткосных щитов) основан на снижении скоростей снеговетрового потока при встрече с преградой, выпадении снега из потока с образованием снежных отложений.
Естественный лес является наилучшим видом защиты пути от снежных заносов. Живая защита также эффективна и сравнительно недорогая. Естественный лес и лесные насаждения также защищают поезда от воздействия бокового и лобового ветров, уменьшая этим сопротивление их движению. Кроме того, они обеспечивают защиту пути от ветра и улучшение культурных и санитарно-гигиенических условий для работников железнодорожного транспорта.
Ширина снегозащитной полосы должна быть такая, чтобы она могла собрать весь приносимый к пути снег ровным слоем, исключающим 188
снеголом. В этом случае потребная ширина полосы определяется следующей зависимостью:
L = —, (108)
^раб
где (о — площадь снежных отложений, л*2;
Араб — высота рабочей части насаждений, зависящая от почвенных условий; принимается равной на черноземах 2,5—3 м, на каштановых почвах 2—2,5 м, на среднесолонцеватых 2—1,5 м.
Наиболее эффективны полосы с разрывами по ширине (кулисные), при которых достигается экономия в посадочном материале, создаются «магазины» влаги в разрывах, необходимой для произрастания посадок. Принципиальная схема снегозащитных полос с разрывами представлена на рис. 145. Для предотвращения выноса снега на путь крайняя со стороны пути (путевая) полоса должна быть наиболее густой и иметь ширину 10—15 м, а для равномерного отложения снега —• полевая и промежуточные полосы должны быть редкими и иметь ширину не более 10 м.
Снегозащитные насаждения располагаются параллельно пути с одной или с двух сторон в зависимости от направления и режима поземко-метелевых ветров. Ассортимент древесно-кустарниковых пород определяется климатическими и почвенными условиями района.
Щитовые снегозащитные линии состоят из кольев, забиваемых в грунт, и прикрепленных к ним щитов. Снеговые щиты изготовляют трех типов:
тип I — размером 2 X 1,5 м с площадью просветов 47% — при-
Рис. 146
185
меняется ограниченно на дорогах, где метели бывают с плотным и мокрым снегом и сопровождаются сильными ветрами;
тип II — размером 2 X 2 м с площадью просветов 43% — применяется на всех дорогах СССР (рис. 146);
тип III — размером 2 X 1,5 м с площадью просветов 37% — применяется на дорогах Сибири, для которых характерны сильные ветры, сухой и подвижный снег.
Первоначально щиты (стандартные) устанавливаются на расстоянии от уреза откоса выемки (и на нулевых местах от бровки полотна пути) не менее 30 м при трех перестановках за зиму и не менее 50 м при большем числе перестановок.
Переносные щиты обладают малой снегосборностью (до 30— 35 м*1пог.м). При образовании у щитов снегового вала более 2/3 высоты щита основание последнего начинает заноситься, резко возрастает вынос снега на путь (до 75—50% переноса с поля) и щиты надо переставлять. Первый раз их переставляют в сторону поля на расстояние 20—30 м от первоначальной установки. Последующие перестановки (II, III, IV) делаются на верх снежного вала в сторону пути каждый раз, когда высота снежного вала достигает 2/8 высоты щита (рис. 147).
Снегосборность щитовых линий можно увеличить в шесть—восемь раз, если поставить двойную линию щитов. У двойной линии наи-
Рис. 148
190
большая снегосборность и минимальный вынос снега на путь будет при установке первого ряда щитов от оси пути на расстоянии, равном 12—15-кратной высоте щита, и расстоянии между щитами, равном 20—24-кратной высоте щита.
В последнее время получили распространение щиты с увеличенной площадью просветов в нижней части, которые обеспечивают большую снегосборность, особенно в районах с продолжительными метелями.
Снегозащитные заборы являются надежным видом защиты пути от заносов при длительных метелях с сильными ветрами на участках, где лесные насаждения не могут произрастать. Максимальная снегосборность достигается при прямом угле между забором и направлением господствующих ветров и снижается при меньших углах. При угле менее 30° установка снегозащитных заборов оказывается малоэффективной.
Различают три типа снегозащитных заборов: с вертикальной (рис. 148), горизонтальной и комбинированной обшивкой. Тип обшивки существенного влияния на работу решетчатых заборов не оказывает. Однако при вертикальной обшивке в период таяния снег лучше скользит по обшивке и после таяния не вызывает разрушений или обрывов обшивки.
На дорогах СССР строятся деревянные и железобетонные снегозащитные заборы высотой 4,2; 5,2; 6,2 и 6,7 м. Заборы устанавливают на расстоянии от оси пути, равном 12,5—13-кратной высоте их при площади просветов 34—40%, и на расстоянии, равном 15-кратной высоте при площади просветов 47%. Решетчатые заборы высотой 6,7 м имеют снегосборность до 350—400 мЧпог. м. Заборы высотой более 6,7 м экономически применять нецелесообразно.
При переносе к пути в конце зимы более 400 л^/пог. м снега целесообразна постройка двойных решетчатых заборов с расстоянием между ними, равным 20—24-кратной высоте забора. Двойные заборы высотой 4 м собирают до 650—700 м^Ьгог. м и высотой 5 м—до 1000л«3/пог.л1.
Чтобы предотвратить образование заносов в выемке, возможно использовать силу ветра для изменения направления струй у поверх-
Рис. 149
191
ности полотна. Это достигается установкой внутри выемки так называемых надоткосных щитов (рис. 149), способствующих сжатию потока и прохождению его над железнодорожным полотном со скоростями, большими, чем в поле, в результате чего снег выносится не только с пути, но и с откосов выемки. Однако эти щиты обеспечивают надежную работу только на однопутных участках в районах, где не бывает оттепелей и снег сухой и подвижный; при открытой местности перед ограждаемым участком; при метелях со скоростями ветра более 6—8 м/сек’, при угле между осью пути и направлением господствующих ветров от 60 до 90° и удалении щитов от оси пути на 4,8 м.
Экономическую эффективность различных видов снеговых защит определяют величиной Р среднегодовых затрат денежных средств на 1 км ограждаемого участка по выражению
Р=Л+-" +d + f, (109)
к
„ С
где А = — — ежегодные амортизационные отчисления;
к — срок службы рассматриваемого вида защиты;
С — стоимость постройки или создания 1 км защиты;
192
b — стоимость капитального ремонта 1 км защиты;
п — количество капитальных ремонтов за срок службы защиты;
d — стоимость текущего ремонта 1 км защиты;
f — среднегодовые затраты на установку, перестановку, уборку дополнительных снегозащит в случае недостаточной снегоемкости данной защиты, а также затраты на очистку 1 кмл ограждаемого участка от отложений снега на пути.
Экономическая эффективность снегозащиты для различных районов будет различной в зависимости от стоимости материалов. Для дорог Урала и Сибири она ориентировочно может характеризоваться данными графика, представленного на рис. 150 (/ — одиночная линия стандартных переносных щитов; 2 — одиночная линия переносных щитов с разреженной обрешеткой в нижней части; 3 — двойная линия переносных щитов; 4, 5,6,7 — решетчатый забор высотой соответственно 4,2; 5,2; 6,2; 6,7 м; 8 — двойной решетчатый забор; 9 — надоткосные щиты; 10 — снегозащитные насаждения).
§ 76. Очистка пути от снега на перегонах
На перегонах путь от снега очищают снегоочистителями. Ручная очистка допускается только в тех местах, где нельзя пропустить снегоочистители в рабочем положении (переезды, мосты и др.).
Наибольшее распространение получили плуговые снегоочистители СДП (рис. 151), предназначенные для очистки снега с высотой слоя до 1,5 м с двухпутных и многопутных участков при рабочей скорости до 70 км!ч. Снегоочиститель имеет цельнометал -лический кузов, смонтированный на сварной раме 1, установленной на двух двухосных тележках. Передний щит 3 при закрытых крыльях 2 позволяет даже при больших заносах пробить траншею по габариту подвижного состава. Управление машиной пневматическое и ручное. Нож 4 в рабочем положении опускается ниже головки рельса на 50 мм.
Для расчистки снежных заносов высотой до 4,5 м используются трехроторные электрические снегоочистители (рис. 152), рама 1 которых установлена на две ходовые тележки 2. Снегоочистительное устройство состоит из двух горизонтально расположенных питателей (роторов) 3, рассекателя 5, выбросного ротора 6 с валом 7, подрезного ножа 4, боковых крыльев с подкрылками. Питатели и подрезной нож режут снег, последний под напором подается на выбросной ротор. Под действием центробежной силы вращающегося (выбросного) ротора снег выбрасывается через верхнюю заслонку в сторону от пути до 50 м.
Питатели приводятся во вращение от электродвигателей, вмонтированных внутри барабана питателей, а выбросной ротор — электродвигателем 9 через редуктор 8.
193
CD
Рис. 151
OOtb
195
§ 77. Очистка пути от снега на станциях
Снегоуборочные машины подразделяются на две группы: с ножевым заборным органом и со щеточным.
Машина СМ-2 служит головной машиной снегоуборочного поезда, в состав которого, кроме нее, входят два промежуточных и один концевой полувагон с общей емкостью 400 м3. Для погрузки снега могут быть использованы также полувагоны конструкции Федотова и Бала-шенко.
Машина СМ-2 (рис. 153) представляет четырехосный полувагон без торцовых стенок. На раме 1, опирающейся на две двухосные тележки 2, впереди размещено заборно-очистительное устройство, состоящее из щеточного барабана-питателя 16 и подрезного ножа 14 с цилиндром его подъема 13, двух боковых крыльев 19 с цилиндрами подъема 21 и поворота 20. На раме также размещены защитный козырек 17 щеточного барабана-питателя 16, механизм подъема козырька 18, цилиндр подъема питателя/5, ленточный транспортер Ис электроприводом 25 и цилиндром подъема носовой его части 12, боковые щетки 4 с цилиндром подъема и поворота 5, средний 9 и два боковых 7 льдоскалывающих устройства с цилиндрами 8 и 10 подъема и 6 поворота, пневматическое оборудование с кранами управления 22, дизельная электростанция 3 мощностью 200 кет, кузов машинного помещения 24 и кабина управления 23. Привод щеточного барабана-питателя, продольного транспортера, боковых щеток — электрический, а других механизмов — пневматический. Стрелочные переводы очищают при поднятом подрезном ноже и опущенном щеточном барабане. В летний период машина СМ-2 может быть использована на уборке с пути и междупутий мусора и загрязненного балласта, а также для сметания с балласта загрязнителей (угля, руды и др.).
Снегоуборочная машина СМ-2 снабжена промежуточными полувагонами с емкостью кузова по 150 м3, имеющими, помимо основной рамы, специальную, на которой смонтирован транспортер. Лента транспортера составлена из волнистых металлических пластин. Наибольшая толщина снега на ленте транспортера 1,95 м.
Рис. 153
196
Концевой разгрузочный полувагон (рис. 154) отличается от промежуточного наличием трех транспортеров: загрузочного 1, транспортера-питателя 2 и разгрузочного, каждый из которых имеет скорость перемещения ленты в несколько раз большую, чем предыдущий. При вод транспортеров осуществляется через редукторы электродвигателями. Выбросной транспортер — поворотный, может поворачиваться поперек пути.
Щеточный снегоуборщик конструкции ЦНИИ МПС (рис. 155) предназначен для очистки горловин и уборки снега со станционных путей, производительность его достигает 800 м3!ч. Он представляет собой полувагон с емкостью кузова 140 м3, оборудованный заборным устройством, состоящим из щеточного барабана-питателя 8, отражателя 10, наклонного транспортера 11, боковых крыльев 9. На раме полувагона смонтирован кузов 5, кабина управления 6, будка 2, боковые крылья 9, воздуходувное устройство 12 с двумя соплами над каждым рельсом для обдувки стрелок, рыхлитель плотного или обледненного снега 7 (перед щеточным барабаном 8), загрузочный транспортер 4 для перемещения и накопления снега. В конце полувагона имеется выбросной ротор 1 с транспортером-питателем 3. Снег может выбрасываться в любую сторону. Привод рабочих органов уборщика — электрический. Питание он получает от мотовоза-электростанции мощностью 200 кет.
Рис. 155
197
Рис. 156
Снегоуборочный поезд конструкции М. Ф. Гавриченко состоит из головной машины, пяти — семи промежуточных полувагонов и разгрузочного полувагона. Поезд передвигается локомотивом, прицепленным в хвост. Головная машина (рис. 156) представляет собой двухосный полувагон без торцовых стенок с каркасом 4, наклонной рамой 3, опирающейся на колесные пары 2 и 10, сцепными приборами 16, кабиной управления 20. На раме 3 установлены два наклонных транспортера 11 и 5 (с натяжными устройствами 6 и 7), которые через редукторы.? и 1 посредством цепной передачи 9 приводятся в движение от колесных пар 2 и 10. Впереди на раме укреплен подрезной нож 14, два крыла 15 для уборки снега с междупутий и подачи его к переднему транспортеру И. Крылья открываются и закрываются пневматическими цилиндрами 18, поднимаются и спускаются совместно с подрезным ножом пневматическими цилиндрами 19 или лебедкой 17 через рычажную передачу 13.
Промежуточные полувагоны, выпущенные до 1947 г., снабжены транспортерами с деревянной лентой. В настоящее время они заменены полувагонами системы В. X. Балашенко или В. X. Федотова (рис. 157) с наклонными транспортерами, имеющими волнообразную металлическую ленту.
Концевой полувагон предназначен для транспортировки и разгрузки снега. Он дополнительно оборудован разгрузочным устройством и кабиной управления. В конце разгрузочного полувагона установлены крылья для отбрасывания разгружаемого снега в стороны.
Для очистки станций от снега применяются также путевые струги, струг и- снегоочистители, снеготаялки, снегоочистители, путевые уборочные машины конструкции В. X. Балашенко, снегоза-вальщики, электрические и газовые обогреватели, а также пневматические устройства для обдува стрелок.
198
Электрообогреватель представляет собой трубку, в которой помещена спираль из нихромовой проволоки, изолированной от внутренней стенки трубки окисью магния, обладающей большой теплопроводностью. На стрелку ставят два обогревателя. Поверхность трубок нагревается до 350° С, снег тает и испаряется. Питание обеспечивается переменным током напряжением 220 в. Потребляемая мощность в зависимости от климатических условий колеблется от 3,5 до 8 кет.
Газовые обогреватели стрелок находят применение там, где легко подвести газ. Действие их основано на сжигании пропана или пропан-бутана в специальных горелках. На стрелке устанавливается 8—10 обогревательных элементов. Разводящая газовая сеть монтируется из стальных труб диаметром 12—18 мм, укладываемых в земле.
Пневматических устройств для очистки стрелок от снега имеется два типа: управляемые при помощи электрического тока конструкции «Гипротранссигналсвязь» и сжатым воздухом — системы инж. Беличенко. Воздухопроводы к ним укладываются от компрессоров вдоль путей.
Наиболее эффективным оказалось устройство конструкции «Гипротранссигналсвязь». Оно имеет дистанционное управление. Стрелка обдувается за 3 сек. В комплекте аппаратуры управления обдувкой имеется ячейка с шаговым искателем (реле), поочередно включающая электропневматические клапаны обдуваемых стрелок.
Кроме этого используются ручные воздуходувки, представляющие собой отрезок трубы диаметром 12 мм, длиной 1—1,1 м с насаженным соплом, имеющим обдувное отверстие 30 мм2. Подключение воздуха к магистрали осуществляется посредством гибкого шланга.
Для снегоборьбы на станциях может быть применено и снеготаяние. Однако, оно экономически эффективно при использовании отбросов тепла (теплых вод, отработавшего пара и др.) и при наличии на станции канализации для спуска талых вод.
199
§ 78. Оперативный план организации снегоборьбы
Работы по снегоборьбе организуют по заранее разработанному оперативному плану, в который входят: а) схематическая карта ограждения заносимых участков пути, б) ведомости расстановки и использования снегоочистителей и других машин и механизмов, в) план привлечения рабочей силы и транспортных средств для очистки и уборки снега, г) план организации снегоборьбы по всем крупным станциям и узлам.
Схематическая карта ограждения заносимых участков составляется в масштабе 1 : 50 000 по длине и 1 : 2 000 по ширине с указанием на ней по каждому заносимому месту категории заносимости и расположения средств снегозащиты.
В ведомости расстановки и использования снегоочистителей и других машин указывают: типы механизмов, места их приписки и районы работы; порядок работы снегоочистителей на перегонах и промежуточных раздельных пунктах; состав постоянных и резервных бригад и фамилии руководителей; станции, на которых используются пневмообдувка и электрообогрев стрелочных переводов.
План организации снегоборьбы на крупной станции разрабатывается начальником дистанции пути вместе с начальником станции. Разработку технологических процессов очистки и уборки снега ведут на основе: расписания движения поездов, технико-распорядительного акта, технологических процессов работы каждой станции, технологических процессов работы снегоуборочных машин и механизмов. Эффективным при этом оказывается использование метода сетевого планирования, позволяющего координировать деятельность работников всех'служб, а также диспетчеризация работ. Примером может служить опыт станции Лосиноостровская Московской дороги и Пермского отделения Свердловской дороги.
Технологические процессы разрабатываются в трех вариантах — для толщин снежного покрова 10, 20 и 30 см, чтобы можно было выбрать наиболее приемлемый вариант.
В плане организации работ устанавливают очередность очистки путей. К первой очереди относятся пути приема и отправления пассажирских и грузовых поездов со всеми примыкающими стрелочными переводами, горловины, подгорочные парки, пути переработки составов, пути, ведущие в локомотивное депо, пути экипировки, пути стоянки пожарных и восстановительных поездов. Во вторую очередь очищаются пути грузовых дворов, отстоя пассажирских поездов, пути, ведущие к складам и мастерским, и др., в третью очередь — все прочие станционные пути. Для наглядности пути, очищаемые в первую очередь, обозначают красным цветом, во вторую—синими в третью — зеленым.
Очистка путей от снега и уборка его со станций должна производиться без нарушения графика движения поездов. Ответственность за беспрепятственный пропуск машин по установленным маршр утам несут работники станции.
200
В плане организации работ по очистке станции указываются: а) очередность, объем и порядок работ по очистке путей, стрелочных переводов, горловин с разделением территории станции на отдельные, однородные по способу выполнения работ участки с указанием лиц, ответственных за организацию работ как от дистанции пути, так и от станции; б) потребность в механизмах, подвижном составе, инвентаре и рабочей силе из расчета очистки всей территории станции и уборки снега в срок не более трех суток; в) расстановка машин и механизмов, порядок выезда на работу, маршруты вывозки снега и места их выгрузки; г) пункты сбора и порядок вызова, прибытия и расстановки рабочих и автогужевого транспорта, фамилии руководителей, пункты снабжения рабочих инструментом, места отдыха и получения горячей пищи, места заправки и стоянки автомашин и др.
На каждой крупной станции должно быть не менее двух снегоразгрузочных тупиков, полезная длина которых должна обеспечить достаточную снегоемкость и быть не менее 850 м.
Работы по очистке путей станции и уборке снега ведутся в 2—3 смены.
§ 79. Борьба с заносами пути песком
В районах Средней Азии, Закавказья и Астраханской области железные дороги пролегают в зонах пустынь и полупустынь, где под влиянием ветра пески перемещаются и образуют заносы пути.
Защита пути от песчаных заносов ведется двумя способами. Наиболее надежней защитой является посев на песках травяной или древесной растительности на полосе шириной до 1 600 м по обе стороны пути. Породы растительности подбираются по местным почвенным и климатическим условиям. Наибольшее распространение получили кустарники: саксаул, черкез, песчаная акация, гребенщики-тамариксы, шелюга и травы: песчаный овес, песчаная полынь и др.
Другой способ заключается в установке искусственных защит в виде сплошных или решетчатых заборов, щитов, досок, камыша, ветвей кустарника, по принципу своей работы аналогичных защитам, применяемым при борьбе со снежными заносами. Искусственные защиты выставляются на расстоянии до 50 м от пути в один, два ряда и более в зависимости от местных условий. Однако они не в состоянии остановить накопление песка и поэтому применяются как временная мера. Иногда поверхность песков закрепляют битумной эмульсией, а также устилочными защитами из пучков трав.
§ 80. Защита пути от размывов при проходе весенних вод и ливнях
Весенние и ливневые воды могут нарушить целостность земляного полотна, повредить искусственные сооружения, вызвать перерывы в движении поездов. Поэтому каждый километр пути, каждое сооружение тщательно подготавливают к моменту таяния снега, подъему уровня воды в реках и ледоходу.
201
До начала таяния снега по опыту предыдущих лет устанавливают перечень опасных мест и заготавливают в этих местах кули, мешки, песок, камни, бревна и другие материалы.
При первых признаках таяния снега все водоотводные канавы и кю-веты вскрывают, т. е. очищают от снега. Отверстия малых мостов и труб открывают, очищают их русла на длине не менее 20 м во избежание подпора воды. У опор мостов и ледорезов скалывают лед.
У насыпей и выемок, где имеется опасность сплывов откосов, очи щают откосы от снега, чтобы не допустить переувлажнения грунтов.
Для предохранения откосов пойменных насыпей от ударного воз действия льдин и волн, если они не имеют надежной защитной одежды, применяют временные защитные меры, к числу которых относится покрытие откосов пучками фашин, камнем, кулями с песком. При начавшихся подмывах или размывах земляного полотна места разрушения забрасывают камнем, габионами, мешками, заполненными песком или грунтом.
На дистанции пути формируют поезд-летучку, состоящий из нескольких платформ с погруженными на них камнем, шпалами, бревнами, кулями, веревками и др.
За проходом воды и льда устанавливают непрерывный надзор, периодически промеряют русла рек в местах возможных размывов и записывают отметки горизонтов воды.
В поймах больших рек при стеснении русла организуют бригады для подрывания льда, снабженные лодками, взрывчатыми веществами, канатами, шестами, ломами, спасательными принадлежностями и др.
Летом бывают ливневые паводки, которые могут вызвать переполнение кюветов, подъем уровня воды в реках и др. Меры по пропуску ливневых вод аналогичны вышеописанным.
Глава XXIII
ПЛАНИРОВАНИЕ, ФИНАНСИРОВАНИЕ И ОТЧЕТНОСТЬ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ПУТЕВОГО ХОЗЯЙСТВА
§ 81. Основные принципы планирования в путевом хозяйстве
Хозяйственная жизнь СССР определяется и направляется государственным народнохозяйственным планом. Планы железнодорожного транспорта, в том числе путевого хозяйства, являются частью единых государственных планов. Определяет производственно-финансовую деятельность каждого предприятия производственно-финансовый план
Главными разделами производственно-финансового плана являются: а) объем работы; б) план эксплуатационных расходов; в) план по труду; г) план доходов и расходов по деятельности подсобных предприятий; д) план расходов по капитальному ремонту и капитальным вложениям; е) баланс доходов и расходов.
202
В новых условиях хозяйствования для дистанций пути отделение одроги утверждает фонд заработной платы, суммы прибыли и рентабельности. Кроме того, для дистанций пути устанавливают объемы работ по ремонтам пути, задание по балльности, расчетную цену за объемные показатели. Остальные показатели разрабатываются самими дистанциями. Для ПМС устанавливается общий объем работ по ремонтам пути в денежном и количественном выражении.
Производственно-финансовый план разрабатывается на основании данных о наличии и состоянии устройств, обслуживаемых дистанцией пути, технически обоснованных норм, учитывающих грузонапряженность участков, уровень механизации работ, местные условия и другие факторы.
К объемным показателям дистанции пути относятся: развернутая длина главных и станционных путей, количество стрелочных переводов, протяженность искусственных сооружений, а также длина участков, на которых проводится снего-водоборь-ба. Качественными показателями служат: балльная оценка состояния главных путей, количество отремонтированных шпал, степень выполнения задания по снижению количества и длительности предупреждений, количество дефектных рельсов, протяженность пути, закрепленного от угона.
Эксплуатационные расходы планируются по нормам на отдельные статьи установленной номенклатуры расходов с подразделением на следующие элементы затрат: заработная плата, отчисления на социальное страхование, материалы, топливо, электроэнергия, амортизация основных фондов и прочие расходы. Эксплуатационные расходы подразделяются на основные и накладные. К основным расходам относятся прямые затраты по текущему содержанию пути и сооружений, охране пути, снего-водо-пескоборьбе (заработная плата, материалы и т. п.). Накладные расходы необходимы для обслуживания и управления производством, они подразделяются на общехозяйственные и административно-управленческие.
Затраты на снего-водоборьбу планируются по среднестатистическим данным за предыдущие годы.
Планом по труду (штатным расписанием) устанавливается среднесписочная численность работников, годовой фонд заработной платы предприятия, среднемесячная заработная плата одного работника и уровень производительности труда.
Производственный контингент дистанции пути планируется по основным группам. Контингент по текущему содержанию рассчитывается по дифференцированным нормам расхода рабочей силы. Контингент работников по обслуживанию машин и механизмов определяется аналогично или по трудоемкости ремонта. Штат контор дистанции пути устанавливается в соответствии с объемами выполняемых работ и типовым штатным расписанием.
Фонд заработной платы определяется численностью работников и их среднемесячной заработной платой.
В путевом хозяйстве применяются две формы оплаты труда: сдельная и повременная. Разновидностями
203
сдельной формы являются: прямая сдельная, сдельно-премиальная, аккордная и аккордно-премиальная. Повременная форма оплаты тру да подразделяется на простую (по должностным окладам) и премиальную, когда помимо должностного оклада выплачиваются премии при достижении определенных показателей. Всем работникам выплачиваются надбавки по поясному коэффициенту, предусмотренному для данной местности; бригадирам— надбавки за руководство бригадой, работникам ПМС — за передвижной характер работы и др. Основой оплаты труда рабочих является тарифная система (разряды, тарифные ставки).
Помимо основного и дополнительного фонда зарплаты в дистанциях пути планируется фонд заработной платы для несписочного состава, расходуемый на снего-водоборьбу.
Планом деятельности подсобных предприятий (дистанционных мастерских и др.) устанавливается программа работ в денежном выражении и объемы работ по изготовлению противоугонов, противопучинных карточек, по текущему ремонту путевых машин, ремонту путевого инструмента и др.
По плану капитального ремонта предусматривают расходы на капитальный, средний, подъемочный ремонты пути, смену рельсов, капитальный ремонт искусственных сооружений, переездов и др. на основании норм межремонтного тоннажа и сметной стоимости работ. Эти работы выполняются за счет амортизационных отчислений от стоимости основных фондов. Нормы амортизационных отчислений по отдельным видам основных фондов установлены отдельно на капитальный ремонт (частичное восстановление основных фондов) и на полное восстановление фондов (капитальные вложения). Рассматривая план капитального ремонта с участием представителей дорог, МПС утверждает его в натуральных и денежных показателях.
В плане капитальных вложений предусматриваются затраты на капитальное строительство, приобретение и модернизацию машин и оборудования. Различают централизованные и нецентрализованные капитальные вложения. Централизованные капитальные вложения утверждаются МПС и финансируются по государственному плану. Нецентрализованные капитальные вложения финансируются за счет средств фонда развития производства, отчислений от прибыли по фонду социально-культурных мероприятий и жилищного строительства, кредитов госбанка и местных доходов.
Капитальное строительство и капитальный ремонт производятся в соответствии с утвержденными титульными списками и сметнотехнической документацией, составленными на каждый объект.
Баланс доходов и расходов разрабатывается на основании данных профинплана. Он включает все расходы и доходы предприятия, плановую прибыль, определяет необходимые оборотные средства, источники финансирования капитального ремонта и капитальных вложений, источники их покрытия и финансовые взаимоотношения с вышестоящей организацией.
204
Плановая прибыль линейным предприятиям путевого хозяйства устанавливается в размерах, достаточных для: а) оплаты производственных фондов исходя из среднегодовой стоимости основных фондов (за исключением объектов, не подлежащих оплате), принятой нормы платы и норматива оборотных средств; б) оплаты процентов за банковский кредит по данным кредитного плана-заявки; в) образования фонда материального поощрения, фонда социально-культурных мероприятий и фонда жилищного строительства по установленным для предприятия нормативам и плановому фонду заработной платы; г) создания фонда развития предприятия в пределах установленных норм; д) свободного остатка прибыли.
Основным предприятием железнодорожного транспорта является дорога. Доходы дороги складываются из средств, получаемых от перевозок грузов, пассажиров, багажа, почты и др. За счет этих средств покрываются общедорожные расходы и финансируются линейные предприятия.
Управление дороги финансирует отделения дорог по расчетным ставкам за выполненный объем перевозок (тонно-километры нетто, пассажиро-километры) и за погрузку и выгрузку вагонов.
Отделение дороги в свою очередь финансирует все линейные предприятия, входящие в его состав.
Деятельность предприятий путевого хозяйства обеспечивается основными фондами и оборотными средствами.
Основные фонды — это средства производства, которые сохраняя свою натуральную форму, участвуют в производстве длительное время. Их стоимость переносится на продукцию по мере износа в виде амортизационных отчислений. Основные фонды по назначению делятся на: производственные, к которым относятся производственные здания, путевые машины, земляное полотно, верхнее строение пути, искусственные сооружения и др. и непроизводственные — жилые дома, клубы, школы и другие объекты, непосредственно не участвующие в процессе перевозок.
Оборотные средства — это предметы труда, материалы, участвующие в процессе производства только однократно. Стоимость оборотных фондов целиком переносится на производимый продукт. Размер оборотных средств устанавливается нормативами запаса материальных ресурсов на складах предприятий (материалов, топлива, спецодежды, малоценных предметов), затрат незавершенного вспомогательного производства, расчетов с рабочими и служащими по форменному обмундированию и денежных средств.
§ 82. Хозяйственный расчет на предприятиях путевого хозяйства
Хозяйственный расчет — это форма планового ведения социали-стичсских предприятий. Основными принципами и требованиями хозяйственного расчета являются: рентабельность производства, самостоятельность в пределах установленных прав, единоначалие в руководстве, материальная заинтересованность и ответственность, произ
205
водственное содружество хозрасчетных предприятий и финансовый контроль.
Руководитель предприятия в пределах установленных прав самостоятельно комплектует штат, распоряжается основными производственными фондами и оборотными средствами, заключает договоры с другими организациями, получает в банке долгосрочные кредиты и ведет другие операции, обеспечивающие выполнение производственного плана.
Основные хозрасчетные взаимоотношения на предприятиях железнодорожного транспорта изложены в Положении о хозрасчете отделений дороги и линейных предприятий.
Для повышения заинтересованности в систематическом улучшении использования производственных основных и оборотных средств, выполнении плановых объемов работ с наименьшими затратами, ликвидации излишеств и затоваренности Положением о хозяйственном расчете предусмотрена платность за основные фонды и оборотные средства. Нормы платы по линейным предприятиям устанавливаются дифференцированно в зависимости от уровня рентабельности и структуры производственных фондов. Так, дистанции пути платят за все основные производственные фонды и оборотные средства; не взимается плата со стоимости верхнего строения пути, искусственных сооружений, земляного полотна, лесонасаждений. Не взимается плата с основных фондов, созданных за спет фондов развития производства (в течение двух лет), и за счет банковских кредитов (до погашения ссуды), а также с вновь вводимых фондов (до освоения их проектной мощности).
Снижение себестоимости продукции влечет увеличение прибыли предприятия. Прибыль предприятия — это чистый доход, который частично используется на собственные нужды предприятия, а частично поступает в государственный бюджет. Общая прибыль для таких предприятий, как ПМС , дистанция пути, определяется разностью между установленной стоимостью ремонта или содержания пути и фактической себестоимостью при соблюдении технических условий, характеризующих качество выполненных работ.
Отношение общей прибыли к стоимости основных производственных фондов и оборотных средств предприятия характеризует рентабельность его работы. Различают общую и расчетную рентабельность. Общая рентабельность определяется исходя из общей суммы плановой (или фактической) прибыли и среднегодовой (среднеквартальной) балансовой стоимости основных производственных фондов и оборотных средств. Расчетная рентабельность получается исключением из общей прибыли платы за основные фонды и оборотные средства, а также процентов за банковские кредиты. В новых условиях планирования и экономического стимулирования для линейных предприятий, которые финансируются по плановым расчетным ценам, прибыль является одним из источников образования поощрительных фондов, используемых для материального стимулирования труда и для развития производства. В настоящее время установлены следующие поощрительные фонды: фонд материального поощрения; фонд социально-культур-206
ных мероприятий и жилищного строительства; фонд развития производства.
Размер поощрительных фондов определяется нормативами в процентах к плановому фонду заработной платы для общего числа работников, занятых в основной деятельности предприятия. На образование фонда развития производства направляется 15% амортизационных отчислений, предназначенных для восстановления основных фондов, часть прибыли предприятия, выручка от реализации выбывшего имущества, числившегося в составе основных фондов.
Применяются три способа финансирования дистанции пути: первый — по плану расходов, когда поощрительные фонды создаются за счет передаваемой отделением дороги доли поощрительных фондов с учетом состояния пути; второй — по плановым расчетным ценам, установленным на 1 км развернутой или приведенной длины пути; третий — по расчетной плановой цене, устанавливаемой на 1 000 ткм брутто грузового и пассажирского движения.
Для тех дистанций пути, которые включаются в долевое участие в поощрительных фондах отделения дороги, устанавливаются абсолютные размеры поощрительных фондов.
Независимо от способа финансирования дистанции пути за каждые 5% перевыполнения задания по балльности установлена надбавка в размере 1% от плановой суммы расходов, но не более 4%; за невыполнение задания по балльной оценке сумма финансирования снижается в тех же размерах.
Для улучшения состояния пути и сооружений, укрепления финансовой дисциплины хозрасчет осуществляется на околотках и в других низовых звеньях дистанции пути. Показателями хозрасчетной деятельности околотков является выполнение установленных объемных и качественных измерителей, экономия или перерасход средств, установленных нормами на объем выполненных работ.
Материальная заинтересованность монтеров пути и бригадиров в результатах труда проявляется и в аккордно-премиальной системе оплаты труда.
§ 83. Отчетность в путевом хозяйстве
Отчетность представляет собой систему обобщенных показателей бухгалтерского, статистического и оперативного учета, строго согласованных с показателями плана. Она позволяет: систематически контролировать выполнение государственного плана перевозок, плана капитального ремонта и работу подсобно-вспомогательных производств; вскрывать причины отклонений от плановых норм; находить резервы, разрабатывать и осуществлять организационно-технические мероприятия для улучшения работы и составлять планы на будущее.
Текущая отчетность дает сведения для анализа хозяйственной деятельности предприятия, позволяет устанавливать степень использования производственных фондов и основных средств.
В предприятиях путевого хозяйства ведется отчетность о ходе выполнения плановых заданий, о наличии и использовании материальных ресурсов, о состоянии пути и др.
207
Важнейшим финансовым отчетным документом является бухгалтерский баланс, в котором находят отражение финансовые результаты деятельности предприятия, состав и размещение средств и источники их образования.
По срокам представления отчетность делится на ежесуточную, декадную, месячную, квартальную и годовую.
§ 84. Материально-техническое снабжение
В Министерстве путей сообщения вопросами материально-технического снабжения ведает Главное управление материально-технического обеспечения (ГУМТО). В каждом главном управлении МПС имеются отделы, на дорогах—службы, а в службах дорог—группы материально-технического обеспечения.
Для хранения и отпуска материалов в системе ГУМТО имеются центральная и районные материальные базы, дорожные п участковые склады. Однако во избежание излишних перегрузок рельсы, скрепления, шпалы, брусья, стрелочные переводы отгружаются с заводов непосредственно потребителям без передачи их на склады материально-технического снабжения. Балластные материалы заготавливаются службой пути самостоятельно.
Заявки и планы на снабжение материалами составляются в соответствии с планами предстоящих работ, нормами расхода материалов, запасных частей, оборудования. Сроки поставки материалов и оборудования увязываются с календарными сроками работ. В каждом предприятии путевого хозяйства имеется своя кладовая, в которой хранится текущий запас материалов, обеспечивающий непрерывную ра -боту предприятия. Стоимость этих материалов входит в оборотные средства и поэтому запас материалов должен быть в минимально необходимом количестве в размерах, установленных нормативами.
Литература
Альбрехт В. Г., Дановский Л. М., Колесников П. И., Лидере Г, В., Туровский И. Я. Путевые работы и машины. «Транспорт», 1969.
Ангелейко В. И., Лизогуб И. Г., Наумов Г. К., Тарта ков ски й Р. Н., Тихомиров В. И., Шелеляев А. И. Экономика путевого хозяйства. «Транспорт», 1967.
Антипов И. А., Бабкин А. Р., Сорока А. А. Экономика, организация и планирование путевого хозяйства. «Транспорт», 1969.
Амелин С. В. Устройство и проектирование рельсовой колеи. Ленинград (ЛИИЖТ), 1965.
Амелин С. В. Соединения и пересечения рельсовых путей. «Транспорт», 1968.
Амелин С. В., Андреев Г. Е., М е л ь к о в Г. В. Прогрессивные нормы и допуски ширины рельсовой колеи. «Железнодорожный транспорт», 1970, № 3.
Блохин К. А., Л е х и о И. Б., Лидере Г. В., Пашинин С. А., Членов М. Т., Шульга В. Я. Организация и планирование путевого хозяйства. «Транспорт», 1970.
Бромберг Е. М. Устойчивость бесстыкового пути. «Транспорт», 1966.
Дановский Л. М. и др. Путевые работы на грузонапряженных участках. Трансжелдориздат, 1961.
Дановский Л. М., Поздеев В. Н. Производственные базы ПМС. Новосибирск, 1970.
Золотарский А. Ф., Балашев А. А., Исаев Н. М., Серебренников В. В., Федулов В. Ф. Железнодорожный путь на железобетонных шпалах. «Транспорт», 1967.
Золотарский А. Ф., Вершинский С. В., Ершков О. П., И в а щ е н к о Г. И., Шестаков В. Н., Черны шевМ. А. Железнодорожный путь и подвижной состав для высоких скоростей движения. «Транспорт», 1964.
Иванов К. Е., Ш а р б ат ов И. Т., Шульга В. Я. Эффективность новой техники и механизации в путевом хозяйстве. Трансжелдориздат, 1963.
Обухов Л. М., Р е д ь к и н Ю. Г. Очистка стрелок от снега. Трансжелдориздат, 1962.
Подпрядов Н. А. Борьба с песчаными заносами на железных дорогах. Трансжелдориздат, 1958.
Туровский И. Я. Проектирование железнодорожного пути на станции с организацией снегоборьбы и капитального ремонта на примыкающем перегоне. Учебное пособие. МИИТ, 1970.
Ф р и ш м а н М. А. Как работает путь под поездами. «Транспорт», 1969.
Чернышев М. А. Практические методы расчета пути. «Транспорт», 1967.
Чернышев М. А. Железнодорожный путь. «Транспорт», 1969.
ШахунянцГ. М. Путь и путевое хозяйство. Трансжелдориздат, 1949.
209
ШахунянцГ. М. Железнодорожный путь. Трансжелдориздат, 1961.
Шахунянц Г. М. Железнодорожный путь. «Транспорт», 1969.
Шульга В. Я. Бесстыковой путь на подрельсовом основании из железобетона. Трансжелдориздат, 1959.
Шульга В. Я. Сферы рационального применения конструкций верхнего строения пути. Труды МИИТа, вып. 182. «Транспорт», 1965.
Технические условия на укладку и содержание бесстыкового пути. МПС, «Транспорт», 1970.
Правила Технической эксплуатации железных дорог СССР. МПС, «Транспорт», 1970.
Инструкция по сигнализации на железных дорогах Союза ССР. МПС, «Транспорт», 1971.
Типовые поперечные профили балластной призмы. МПС, «Транспорт» 1970.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
От авторов 3
Введение 4
Часть первая
ВЕРХНЕЕ СТРОЕНИЕ ПУТИ
Глава 1. Рельсы
§ 1. Назначение рельсов и требования, предъявляемые к ним 6
§ 2. Материал, форма и размеры рельсов 7
§ 3. Экономическая эффективность применения тяжелых рельсов 13
§ 4. Сроки службы рельсов 15
Глава П. Рельсовые скрепления
§ 5. Назначение скреплений и требования, предъявляемые к ним 19
§ 6. Промежуточные рельсовые скрепления 24
§ 7. Стыки и стыковые рельсовые скрепления
Глава III. Шпалы
§ 8. Назначение шпал и требования, предъявляемые к ним 28
§ 9. Деревянные шпалы 28
§ 10. Железобетонные шпалы 30
§ 11. Показатели экономической эффективности применения железобетонных шпал 32
§ 12. Металлические шпалы 33
Глава IV. Балластный слой. Верхнее строение пути в целом
§ 13. Материал балластного слоя и требования, предъявляемые к нему 34
§ 14. Поперечные профили балластной призмы 35
§ 15. Сроки службы балластного слоя 37
§16. Экономическая эффективность применения щебеночного балласта 39
§ 17. Верхнее строение пути в целом 39
Глава V. Угон пути и борьба с ним
§ 18. Причины угона пути 40
§ 19. Борьба с угоном пути 41
Глава VI. Бесстыковой путь и верхнее строение с подрельсовым основанием из железобетона
§ 20. Бесстыковой путь 42
§21. Верхнее строение с подрельсовым основанием из железобетона 44
Часть вторая
УСТРОЙСТВО И ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ
Глава VII. Некоторые сведения о ходовых частях подвижного состава. Рельсовая колея в прямых участках пути
§ 22. Некоторые сведения о ходовых частях подвижного состава 48
§ 23. Рельсовая колея на прямых участках пути 51
211
§ 24. Технико-экономические показатели суженной рельсовой колеи 53 Глава VIII. Рельсовая колея на кривых участках пути
§ 25. Принципы определения уширения и ширины колеи 54
§ 26. Возвышение наружного рельса в кривых 58
§ 27. Переходные кривые 62
§ 28. Укладка укороченных рельсов на кривых 66
§ 29. Увеличение междупутных расстояний 68
Часть третья
СОЕДИНЕНИЯ И ПЕРЕСЕЧЕНИЯ РЕЛЬСОВЫХ ПУТЕЙ
Глава IX. Одиночные стрелочные переводы
§ 30. Назначение одиночных обыкновенных стрелочных переводов
и требования, предъявляемые к ним 69
§ 31. Конструкции основных элементов обыкновенного стрелочного перевода 71
1. Стрелки 71
2. Крестовины 78
3. Подрельсовое основание 82
§ 32. Сроки службы стрелок и крестовин 83
§ 33. Определение основных размеров одиночных стрелочных переводов и компоновка их эпюр 85
§ 34. Стрелочные переводы для высоких скоростей движения поездов 95
Глава X. Глухие пересечения
§ 35. Прямоугольные глухие пересечения 97
§ 36. Косоугольные глухие пересечения 98
Глава XI. Комбинации укладки стрелочных переводов и глухих пересечений
§ 37. Двойные стрелочные переводы 100
§ 38. Перекрестные стрелочные переводы 102
§ 39. Съезды между путями 103
§ 40. Стрелочные улицы 105
§ 41. Путевые поворотные устройства 108
Часть четвертая ЗЕМЛЯНОЕ ПОЛОТНО
Глава XII. Поперечные профили земляного полотна
§ 42. Общие сведения о поперечных профилях земляного полотна НО
§ 43. Поперечные профили насыпей 115
§44. Поперечные профили выемок 116
Глава XIII. Мероприятия для обеспечения стабильности земляного полотна
§45. Общие сведения 117
§ 46. Защита земляного полотна 118
§ 47. Сбор и отвод поверхностных вод от земляного полотна 120
§ 48. Сбор и отвод грунтовых вод 122
§ 49. Специальные способы укрепления грунтов 124
§ 50. Теплоизолирующие покрытия. Поддерживающие сооружения 125
Глава XIV. Деформации земляного полотна
§ 51. Основные виды деформаций земляного полотна 125
§ 52. Деформации основной площадки земляного полотна 126
§ 53. Пучины 127
§ 54. Другие виды деформаций земляного полотна 130
212
Часть пятая СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ
Глава XV. Общие сведения 132
§ 55. Краткие сведения о скоростном движении на железнодорожном транспорте 132
§ 56. Факторы, обусловливающие пределы скоростей движения поездов 135
Глава XVI. Скорости движения по условиям обеспечения комфортабельности езды пассажирам и безопасности движения поездов 137
§ 57. Скорости движения поездов по условиям обеспечения комфортабельности езды пассажирам 137
§ 58. Скорости движения поездов по условиям обеспечения безопасности их движения 138
Глава XVII. Скорости движения поездов по условиям обеспечения прочности и устойчивости пути 139
§ 59. Скорости движения поездов по условиям обеспечения прочности пути 139
§ 60. Скорости движения по условиям обеспечения устойчивости бесстыкового пути 144
Часть шестая
ПУТЕВОЕ ХОЗЯЙСТВО
Глава XVIII. Основы ведения путевого хозяйства и организация работ 146
§ 61. Классификация путевых работ. Сроки ремонтов пути. Паспортизация путевого хозяйства 146
§ 62. Структура управления путевым хозяйством 149
§ 63. Обеспечение безопасности движения поездов при производстве путевых работ 151
§ 64. Контроль состояния пути. Методы проверки и оценки состояния пути 154
Глава XIX. Механизация путевых работ
§ 65. Машины, механизмы, приборы и инструмент для выполнения путевых работ 156
§ 66. Энергетическая база путевого хозяйства 169
§ 67. Транспортные средства - 170
Глава XX. Текущее содержание пути 171
§ 68. Планирование работ по текущему содержанию пути 171
§ 69. Организация работ по текущему содержанию пути 173
§ 70. Содержание стрелочных переводов, пути на искусственных сооружениях, бесстыкового н на участках с автоблокировкой и электрической тягой 174
Глава XXI. Организация работ по ремонтам пути 176
§ 71. Особенности производства работ, способы их организации 176
§ 72. Технологические процессы производства путевых работ 177
§ 73. Организация ремонтов пути 182
Глава XXII. Борьба с заносами пути снегом, песком и с размывами при проходе весенних вод 187
§ 74. Заносимость пути снегом 187
§ 75. Защита пути от снега 188
§ 76. Очистка пути от снега на перегонах 193
§ 77. Очистка пути от снега на станциях 196
213
§ 78. Оперативный план организации снегоборьбы 200
§ 79. Борьба с заносами пути песком 201
§ 80. Защита пути от размывов при проходе весенних вод и ливнях 201
Глава XXIII. Планирование, финансирование и отчетность на предприятиях путевого хозяйства 202
§81. Основные принципы планирования в путевом хозяйстве 202
§ 82. Хозяйственный расчет на предприятиях путевого хозяйства 205
§ 83. Отчетность в путевом хозяйстве 207
§ 84. Материально-техническое снабжение 208
Литература 209
Степан Васильевич Амелин Леопольд Мечиславович Дановский ПУТЬ И ПУТЕВОЕ ХОЗЯЙСТВО Редактор А. И. Закаталова
Обложка художника Г. П. Казаковцев Технический редактор Г. П. Головкина
Корректор О. Г. Голоцукова
Сдано в набор 13/ХП 1971 г. Подп. к печ. 23/VI 1972 г. Формат бумаги 60X 90/16. Печатных листов. 13,5
Учетно-нзд, листов 14,04 Тираж 20 000 Т 02 100 Изд. № 1-1-1/3 № 4563. Зак. тип. 668.
Бумага типографская № 2. Цена 73 коп.
Изд. «ТРАНСПОРТ», Москва, Басманный туп. 6а
Московская типография № 4 Главполиграфпрома Комитета по печати при Совете Министров СССР
Б. Переяславская, 46