Устройства колеи в прямых и кривых участках пути

Тема 2.7 Станции и узлы стр.1

Рельсовая колея образуется двумя рельсовыми нитями, установленными на определенном расстоянии друг от друга и прикрепленными к шпалам, брусьям или плитам. Ширина колеи – это расстояние между внутренними гранями головок рельсов, измеряемое на расстоянии 13 мм ниже их поверхности катания. На железных дорогах нашей страны ширина колеи на прямых участках пути и в кривых радиусом 350 м и более установлена 1520 мм. Из-за невозможности обеспечить абсолютно точную ширину колеи при сборке рельсо-шпальной решетки и неизменность ее в процессе эксплуатации установлены допуски ширины колеи в большую строну до +8 мм и в меньшую до – 4 мм. Таким образом, нормальная ширина колеи считается от 1516 до 1528 мм (п.9 Приложения № 1 к ПТЭ).

Ширина рельсовой колеи соответствует конструкции ходовых частей подвижного состава. Колесные пары вагонов и локомотивов состоят из двух колес, жестко соединенных с осью. Расстояние между внутренними гранями колес колесной пары называется насадкой и должно выдерживаться у ненагруженной колесной пары в пределах 1440±3 мм (п.13 Приложения № 5 к ПТЭ). Колеса колесной пары имеют гребни толщиной 33…25 мм, обеспечивающие удержание колес на рельсах и направляющие движение тележки. Расстояние между рабочими гранями гребней колес называется шириной колесной пары.

Чтобы колесная пара с самой широкой насадкой (1443 мм) и самой большой толщиной гребня (33 мм) могла поместиться внутри колеи, колея должна иметь размер 1443+2×33=1509 мм, но при этом колесная пара будет зажата (заклинена) между рельсами. Для исключения такого заклинивания минимально допустимую ширину колеи устанавливают несколько больше этого значения (1516 мм). При минимальных зазорах между рельсами и гребнями колес движение экипажа происходит более плавно. При увеличенном зазоре увеличивается раскачивание и виляние экипажа, происходит увеличенный износ пути. При ширине колеи 1548 мм и более появляется явная опасность проваливания колесной пары внутрь колеи по причине бокового отжатия рельсов конусными поверхностями катания колес.

Поверхности катания колес колесной пары, непосредственно соприкасающиеся с рельсами, имеют коническую поверхность с уклоном в средней части 1:20, что препятствует возникновению «виляния» колесной пары, следующей по горизонтальной поверхности рельса, и улучшает прохождение колесными парами кривых участков пути.

В прямых участках пути рельсы устанавливают не вертикально, а с подуклонкой, навстречу друг другу (внутрь колеи), обеспечивающей равномерную передачу давления от конических поверхностей колес на рельсы. Верх головок рельсов в прямых участках пути должен быть в одном уровне (п.10 Приложения № 1 к ПТЭ). Разрешается на длинных прямых участках пути на всем протяжении содержать одну рельсовую нить на 6 мм выше другой для повышения плавности хода за счет небольшого прижатия колесных пар гребнями к пониженной нити и, как следствие, уменьшения виляния экипажа.

В кривых участках работа пути сложнее, чем в прямых, так как при движении подвижного состава по кривым участкам появляются дополнительные силы (например, центробежная), отрицательно сказывающиеся на поведении подвижного состава и его воздействии на путь.

К особенностям устройства колеи в кривых участках пути относятся: уширение колеи в кривых малых радиусов; возвышение наружной рельсовой нити относительно внутренней; укладка укороченных рельсов на внутренней нити кривой, уширение междупутья.

Уширение колеи в кривых малых радиусов необходимо для предотвращения заклинивания колесных пар подвижного состава с длинной жесткой базой (расстоянием между центрами крайних осей одной тележки). При отсутствии уширения исчезает необходимый зазор между рельсами и гребнями колес из-за жесткой посадки колесных пар в раме тележки, что вызывает повышенное сопротивление движению, увеличивает износ рельсов и колес и может привести к заклиниванию колес. Согласно п.9 Приложения № 1 к ПТЭ колея в кривых радиусом от 349 до 300 мм уширяется до 1530 мм, а в кривых радиусом 299 мм и менее – до 1535 мм. Уширение колеи производится за счет смещения внутреннего рельса к центру кривой. Переход от нормальной колеи к уширенной и наоборот делают в пределах переходной кривой.

При движении экипажа по кривой возникает центробежная сила, направленная наружу от центра кривой. Если рельсы обеих нитей расположены в одном уровне, возникает дополнительное воздействие колес на наружную рельсовую нить, что сильно изнашивает рельсы этой нити и может привести к поперечному сдвигу наружного рельса и опасному уширению колеи. Кроме того возникает центробежное ускорение, величина которого тем больше, чем больше скорость движения поезда и чем меньше радиус кривой. Это ускорение отрицательно сказывается на комфорте пассажиров и устойчивости перевозимых грузов.

Возвышение наружного рельса относительно внутреннего на величину от 10 до 150 мм в кривых радиусом 4000 м и меньше делается с целью уменьшения отрицательного действия центробежной силы на подвижной состав. В этом случае экипаж наклоняется к центру кривой и центростремительная сила (H) наклона компенсирует центробежную силу (l), что выравнивает воздействие экипажа на оба рельса и ограничивает боковой наклон подвижного состава.

Укороченные рельсы. На кривых участках пути радиус наружной рельсовой нити больше радиуса внутренней, соответственно, наружная рельсовая нить длиннее внутренней. Чтобы число рельсов в звеньях обеих нитей было одинаковым и рельсовые стыки находились напротив друг друга, в наружную нить укладывают рельсы стандартной длины (25 м), а во внутреннюю – укороченные на 80 и 160 мм. Число укороченных рельсов и порядок их укладки определяют по специальным таблицам.

Уширение междупутья. На двухпутных и многопутных линиях увеличивают расстояния между осями смежных путей в кривых. Это связано с тем, что при движении по кривым участкам пути концы экипажа выносит наружу кривой (на расстояние б), а середину – в середину кривой (на расстояние а), вследствие чего происходит сближение подвижных единиц, следующих по соседним путям. Для исключения возможности бокового соприкосновения подвижного состава и обеспечения безопасного расстояния между подвижным составом, одновременно движущимся по соседним путям, расстояние между осями путей в кривых участках увеличивают на ширину от 20 до 550 мм в зависимости от радиуса кривой в соответствии с нормами и правилами. Изменяют ширину междупутий с помощью переходных кривых на одном пути большей, а на другом – меньшей длины.