Рельсы. Общие сведения
Назначение рельсов и требования, предъявляемые к ним
Назначение рельсов — направлять колеса подвижного состава, непосредственно воспринимать, упруго перерабатывать и передавать нагрузки от колес на подрельсовое основание. На участках с автоблокировкой и электрической тягой рельсы, кроме этого, должны выполнять функцию проводников электрического тока.
За историю существования железных дорог рельсы прошли долгую эволюцию от чугунных до железных и, наконец, стальных. Форма рельсов также претерпевала изменения: известны уголковые, грибовидные, двухголовые, широкоподошвенные рельсы. В настоящее время на мировой сети железных дорог повсеместно применяются только широкоподошвенные рельсы.
Тип рельсов определяется массой рельса длиной 1,0 м, значение которой округленно проставляется после буквы Р. На главных путях железных дорог России эксплуатируются рельсы типов Р65 (87,7 % протяжения путей), Р75 (2,9 %), Р50 (8,8 %) и Р43 и легче (2,4 %). В настоящее время прокатываются и укладываются в основном рельсы Р65 (рис. 1.1).
Рельсы должны быть прочными (иметь достаточные моменты инерции и моменты сопротивления, чтобы возникающие в них напряжения изгиба и кручения не превышали допустимых значений), долговечными (рельсовая сталь должна обладать высокой твердостью, износостойкостью и вязко-высокую контактно-усталостную выносливость.
Масса рельса, его очертание (профиль), качество рельсовой стали и особенности изготовления находятся между собой в тесной взаимосвязи и зависимости от нагрузок колесных пар подвижного состава на рельс, скоростей движения и грузонапряженности.
Типы, профили, длины рельсов
Основные характеристики применяемых типов рельсов приведены в табл. 1.1.
Поверхность катания головки нового рельса для центральности передачи нагрузки от колеса имеет выпуклое криволинейное очертание. У рельсов Р75, Р65 и Р50 средняя часть головки прокатывается по радиусу 500 мм, переходящему в радиус 80 мм. Переход к боковым граням головки осуществляется по кривой радиуса 13—15 мм, близкого к радиусу выкружки гребней новых колес локомотивов и вагонов, что обеспечивает достаточно плотное прижатие гребня колеса к боковому закруглению головки рельса и предотвращает вкатывание гребней колес на рельс.
Боковые грани головок выполняют с уклоном 1:20 (см. рис. 1.1). Это необходимо для размещения большего по сравнению с рельсами более легких типов количества металла в головке при сохране-нии ее предельной ширины поверху, связанной с шириной бандажей колес и допустимой величиной эксцентриситета передачи давления на рельс.
Во избежание значительной концентрации местных напряжений и образования закалочных трещин при остывании рельса после проката сопряжения боковых и нижних граней головки и всех граней подошвы выполняют по кривым радиуса 2—4 мм.
Переход от головки и подошвы к шейке рельса, через которую головка передает давление от колес подвижного состава на подошву, а подошва — на подрельсовые опоры, делается особенно плавным, и сама шейка имеет криволинейное очертание (см. рис. 1.1). Это обеспечивает минимальную концентрацию местных подголовочных напряжений и напряжений в зоне перехода шейки в подошву. Радиус сопряжения шейки с подошвой значительно больше, чем радиусы сопряжения головки с шейкой для избежания возможного выкола подошвы.
Если концы рельсов не сваривают друг с другом, то они соединяются накладками с помощью болтов. Нижние грани головки и верхние поверхности подошвы рельса имеют уклон 1:4 как и опорные поверхности стыковых накладок, что позволяет накладке при затяжке болтов входить в пазуху рельсов как клин, распирая головку и подошву, и создает условия для наилучшей передачи вертикальных и горизонтальных сил от рельсов на накладку.
Подошве рельса придают достаточную ширину, чтобы обеспечить боковую устойчивость рельса на опорах и достаточную площадь для опирания накладок.
Стандартная длина рельсов на сети железных дорог России — 25,0 м. Для укладки на внутренних нитях кривых участков пути изготавливают укороченные рельсы длиной 24,92 и 24,84 м.
Для уменьшения числа стыков рельсы сваривают в плети. Типовая длина бесстыковых плетей на дорогах Российской Федерации составляет 800 м.
