Рельсы
Хотя нам на сегодняшний день довольно трудно представить, что рельс, из которого собственно и состоит железнодорожный путь, может быть изготовлен из чего нибудь кроме как из стали, но в истории рельса были времена, когда он имел несколько иной вид и был изготовлен несколько из иного материала.
История
Так уж сложилось, что железнодорожный путь мы в основном ассоциируем с появлением паровых локомотивов и прицепленных к нему целой вереницы несколько примитивных, но все, же железнодорожных вагонов перевозящих тяжёлые грузы или тех, же пассажиров. Но в данном аспекте для полной справедливости и ясности постановки вопроса нам необходимо немного уточнить такой принципиальный момент в истории рельса, что именно считать отправной точкой в его истории или сам принцип перемещения груза по параллельно уложенным направляющим или тот момент, когда эти направляющие начали изготавливать из металла.
Ведь стоить отметить то объективное обстоятельство, что транспортировка грузов, особенно тяжёлых и крупногабаритных, гораздо легче и быстрей, когда перемещение этого груза происходит не по грунтовому покрытию, а по уложенным на тот же грунт более плотным направляющим. Данная физическая особенность, даже без теоретического обоснования, была подмечена и применена ещё древними греками, которые на своих «диолках», дорогах, выложенных из каменных плит с глубокими желобами, в свои годы, перетаскивали через Коринфский перешеек свои галеры. Разве это не железнодорожный путь в своём первородном виде?
Или взять более поздний пример XVI – XVII века. На угольных и железорудных шахтах Германии довольно широко начали применять деревянные рельсовые пути, по которым на конной тяге двигались вагонетки, которые уже имели колёса с так называемыми «ребордами», выступами с их внутренней стороны, для предотвращения соскальзывания вагонетки с деревянного рельса. Это ведь тоже железнодорожный путь. И даже в более близком к его современному виду.
Но в более полном своём понимании железнодорожный путь можно назвать только с середины XVIII века, когда с экономической точки зрения английские предприниматели на своих шахтах начали заменять деревянные рельсы на чугунные, как более долговечные и надёжные. И хотя с паровыми локомотивами тогда была определённая «напряжёнка», так как Джордж Стефенсон ещё только конструировал свою знаменитую паровую «Ракету», а локомотив Джеймса Уайта просто «ломал» чугунные рельсы, но железнодорожный путь уже был «железнодорожным» хоть и на конной тяге.
Ну а дальше техническая мысль не заставила себя долго ждать, и чугунные рельсы начали заменять на стальные, а квадратный их профиль уступил место почти современной двутаврово-галтельной форме. При этом стоит отметить, что двутаврово-галтельную форму стального рельса в 1789 году предложил некто Стив Джессон из Лоуберроу, что в Англии, а предложенные им размеры «подошвы» и «головки» рельса, а именно 110 мм. и 35 мм. соответственно, применяются и в настоящее время как железнодорожный путь с узкой колеёй.
Данные нововведения не оставили на месте и развитие самой металлургии. Так если первые железнодорожные рельсы производились методом ковки, что так же было существенным прогрессом, то начиная с 1857 года, рельсы начали получать методом прокатывания стальной заготовки на трёхвалковом прокатном стане. А со временем это привело к тому, что производство железнодорожных рельс, стало практически основной продукцией металлургических прокатных станов. При этом на сегодняшний день только Российская Федерация производит железнодорожных рельс в количестве более 6 миллионов тонн, что может составить железнодорожный путь, длинною, более чем в 130 тысяч километров.
Однако здесь стоит отметить, что железнодорожный путь нельзя рассматривать только как всё, что связанно с транспортировкой грузов с применением тепловых или тех же электрических локомотивов. Железнодорожный путь и соответственно железнодорожные рельсы имею более широкое применение в нашей повседневной жизни и экономике страны. Здесь достаточно вспомнить тот же метрополитен, городской электротранспорт и естественно необходимые им рельсовые пути. Но не стоит забывать, что для перемещения практически всех грузоподъёмных механизмов или, проще говоря, кранов, так, же необходимы рельсы, которые имеют не только несколько отличную область применения от своих собратьев по железной дороге. Эти рельсы имеют существенные отличия, как по своему рабочему профилю, так и по химическому составу металла из которого они изготовлены. Так, что, несмотря на некоторую архаичность нашего представления о тех же рельсах, железнодорожный путь это довольно сложно и интересно.
Верхнее строение железнодорожного пути в основе своей имеет рельс различного предназначения. Они являются стальными брусьями, имеющих специальное сечение, служат для обеспечения движения подвижного состава. Железные дороги всех стран мира применяют широкоподошвенные рельсы, которые являются общепринятым стандартом.
Материал
Современное производство рельсов предусматривает использование проката только из слитков стали.
В основе производства лежит способ Бессемера, в котором изготовление данного продукта происходит с использованием конвертеров или мартеновских печей. Бессемеровская сталь изготавливается с применением кислородной продувки уже расплавленного чугуна в течении четверти часа ± 3 минуты. При применении данного процесса обеспечивается выгорание какой-то части примесей и углерода, что позволяет металлу становится менее хрупким. Мартеновская сталь варится из стального лома и чугуна в печах с большой ёмкостью, начиная от двухсот тонн и до полутора тысяч тонн. Данная получаемая сталь имеет своё преимущество, отличаясь большей чистотой и меньшей хладноломкостью по сравнению бессемеровской сталью. Рельс, относящийся к тяжёлым типам, считается — Р75 и Р65, изготавливается путём проката стали из мартена. Рельсовая сталь должна быть только хорошего качества, что определяет её химический состав, микро и макроструктура. Все характеристики химического состава стали отечественного производства рельсов можно посмотреть в специальных таблицах, в которых даны проценты применяемых добавок в соотношении с железом.
Своё начало рельсовая история берёт со времён 16 века, когда на рудных шахтах создавались первые, простые деревянные сооружения, обеспечивающие транспортировку добытой руды. Развитие металлургии дало толчок для начала бурного производства рельсов. Мир узнал о развитии нового вида транспорта – железнодорожного. Поскольку деревянные рельсы, уже не отвечали новым требованиям, то через два века началось производство чугунных рельсов. Затем пришла короткая эра железных рельсов. Начиная с 19 века, железная дорога потребовала изготовления рельсов из высокопрочной стали. Наша современная железная дорога перешла на применение широкоподошвенных рельсов.
Классификация
В основе классификации рельсов лежат весовые критерии, то есть вес рельсы одного метра. Описываемые изделия маркируют следующим образом, соответственно используются по классификационному назначению.
Рельс Р50, вес 1 метр – 51.67 кг;
рельс Р43 – 44.65 кг ;
рельс Р75 – 74.41 кг;
рельс Р65 – 64.72 кг;
рельс Р65К – продукция данной классификации применяется при прокладке путей на участках, имеющих определённую кривизну.
В качестве стандарта принята следующая длина рельса 12.5 м и 25 м. Необходимо заметить, что на российской территории есть железные дороги с узкой колеёй, а также вагонеточные и подкрановые пути в различных фирмах, где используется в качестве прокладки рельс Р18 и рельс Р24. Для обеспечения движения электропоездов в метро, сейчас специально устанавливается контактный рельс в метро. Что позволяет строить тоннели метро меньшего диаметра. В качестве основного преимущества считается надёжность токоснимания при имеющейся контактной связи с токоприёмниками электровозов или моторными вагонами. Для функционирования городского транспорта трамваев, применяется в качестве прокладки путей рельс Т58 и рельс Т62. Строительство путей подъёмных кранов происходит с применением рельсов КР120, КР100, КР80 и КР70.
Производственный процесс изготовления всех типов рельсов осуществляется посредством требований ГОСТов, которые в этом сегменте российского производства никто не отменял, ибо речь идёт об обеспечении безопасности человеческих жизней, потому и требования ставятся к данной продукции одни из самых высоких. При выпуске всей продукции для нужд железной дороги, должно учитываться всё, начиная с размерного ряда, местоположения различных деталей, их количества и заканчивая соответствием, согласно требований документации, соблюдения размеров диаметров отверстий для болтов на всех деталях.
Контроль качества
Ультразвуковой вагон-дефектоскоп
С наступлением двадцать первого века, специалисты пришли к выводу, что значения ультразвукового контроля рельсов посредством датчиков не дают необходимой объективной картины по причине имеющихся поверхностных шероховатостей, наличия высокой температуры самого металла, окалины и прочих недостатков, которые неизменно появляются в процессе прокатки. Сегодня на территории Российской Федерации для обеспечения рельсовой дефектоскопии стоит на контроле вопрос о создании отечественного бесконтактного ультразвукового дефектоскопа, которые могут использовать в качестве приёма и излучения ультразвука электромагнитно-акустических преобразователей, имеющих аббревиатуру ЭМА. Требуемый зазор между рельсом и преобразователем ЭМА составляет 4 мм, что обеспечивает прохождение должного уровня сигнала. В зарубежных странах качество рельсов оценивается посредством применения установок и дефектоскопов, чья работа обеспечивается применением магнитографического и ультразвукового метода.
Рельсовые скрепления. Противоугоны
Рельсовое скрепление
Посредством применения промежуточного скрепления происходит крепление рельсов к шпалам. Скрепления имеют три вида – это раздельные, смешанные и нераздельные. Раздельное крепление предусматривает процесс крепления рельса к подкладкам посредством клеммных болтов, жёстких и упругих клемм. Подкладка крепится к шпалам с помощью шурупов или болтов. Смешанное скрепление требует соединения подкладок со шпалами посредством дополнительных костылей. Нераздельное скрепление рельсов и подкладок, требует крепления к шпалам теми же шурупами или костылями. Во время затяжного спуска или резкого торможения поездного состава возникают силы, из-за которых, как правило, возможно смещение рельсового полотна в продольной плоскости. Это смещение может происходить вместе со шпалами или непосредственно по шпалам.
Для предотвращения подобного смещения рельсового пути, происходит обязательная установка, так называемых противоугонов. Их конструкция представляет собой стандарт пружинной скобы, которая защемляется на рельсовой подошве рельса и упирается в шпалу. На рельсовом звене длиной 25 метров должно быть установлено минимум 18 пар противоугонов, максимум потребуется установить 44 противоугона. На участках, где есть автоблокировка, установленная на границе блок-участков, применяются изолирующие стыки, которые не допускают прохождение электрического тока от соединённых соседствующих рельсов. Для этого в зазоре стыка размещают текстолитовую или трикоповую прокладку, которая в точности повторяет рельсовый контур. Сегодня уже нашло широкое применение клееболтовых стыков, в них установлены стыковые накладки, изготовленные из металла. Для этих же целей возможно применение изолирующих прокладок, изготовленных из стеклоткани, а также необходимо с помощью болтов, имеющих изолирующие втулки, произвести соединение, применяя эпоксидный клей с концевой частью рельсового полотна, создав монолитную конструкцию.
Рельсовая колея имеет тесную связь с колёсными парами подвижного состава, их размерами и конструктивными особенностями. Стальная ось наглухо соединена с колёсной парой, обладающая специальными гребнями, которые препятствуют сходу с рельсового полотна.
Железнодорожная колея
Кривые участки с железнодорожной колеёй обдают рядом особенностей, которые необходимо знать. На участках с кривизной наружный рельс обладает возвышением по отношению к внутреннему рельсу. Переходные кривые с малым радиусом требуют устанавливать на внутренней части рельсового пути укороченные рельсы. Необходимо усиливать путь, путём увеличения расстояния между двумя или тремя многопутными линиями и осями путей, учитывая все требования по габаритам. Наружный рельс возвышается при допустимом значении, когда радиус кривой равен 4000 м или имеет меньшее значение. В этом случае происходит равномерное распределение нагрузки. Поездная масса, скорость движения и радиус кривой напрямую влияют на величину возвышения. Правила технической эксплуатации допускают максимальную величину значения возвышения, которая равняется 150 мм.
Переходные кривые необходимы, поскольку, таким образом достигается плавное сопряжение примыкающей прямой с кривой, непосредственно на путевом профиле точно так, как это указано в плане. Процедура уширения колеи достигается на практике методом вписывание подвижного состава в кривые. Закрепление колёсных пар непосредственно в раме, что позволяет сохранить параллельность в рамках границ жёсткой базы. При нахождении в границах кривой, расположиться по радиусу, может только одна колёсная пара. Другие пары имеют определённый угол к нему. При этом необходимо увеличивать зазор между рельсами и гребнями колёс, что сделает возможным избежать в таких случаях клина колёсных пар.
Предотвращая возможную стыковку, на каждом радиусе кривой, должно быть установлено своё значение величины укорочения рельса. В таких случаях, унификация предусматривает установку стандартного укорочения, непосредственно длины звена рельсов, которое представлено следующими значениями, где длина равна от 25 м до 80 м и 160 мм.
