РЕЛЬСОВЫЙ ПУТЬ ПРЯМОЛИНЕЙНОЙ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ
RAIL TRACK OF STRAIGHT HIGH-SPEED RAILWAY

Рельсовый путь прямолинейной высокоскоростной железной дороги относится к железнодорожному пути и предназначен для высокоскоростных поездов.
Аналогом являются рельсы для железнодорожного пути с накладками для их соединения встык, которые установлены с зазором для компенсации деформации рельсов при изменении температуры в летнее и зимнее время года, установленные на шпалах и на насыпном балласте железнодорожного полотна (см. Учебное пособие бригадиру пути. Учебное пособие для образовательных учреждений ж.-д. транспорта, осуществляющих профессиональную подготовку/Под ред. Э.В. Воробьева. - М.: Маршрут, 2005. - 665 с.).
Известны рельсы для железнодорожного пути, сваренные встык электроконтактной сваркой длиной 100 м, 800 м, 1000 м, 1500 м, 10000 м и более, которые установлены на железобетонных шпалах без учета компенсации деформации рельсов при изменении температуры в летнее и зимнее время года (см. Инструкция по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути. - М., 2012. с.138).
Недостатками известных рельс железнодорожного пути являются:
- В стыках рельс колеса железнодорожного подвижного состава наносят удары по торцам рельс, что приводит к повышению шума, вибрации колесной пары, тележки и вагона и износу колес, рельсов и автоматической сцепки вагонов, снижается скорость электропоезда, шум и вибрация вагонов оказывает психологическое воздействие на состояние здоровья человека.
- В сварных рельсах встык электроконтактной сваркой в длинных плетях возможен угон рельса с места его укладки на величину удлинения плети при увеличении температуры окружающей среды и динамических нагрузках в момент прохождения поездов по железной дороге.
- Возможна потеря устойчивости длинной плети рельса, что приводит к появлению искривления рельсов по всей длине железной дороги в виде поперечных или вертикальных полуволн, высоких напряжений сжатия в местах сварки рельсов, поломкам стыков рельс, к сходу подвижного состава поезда с железнодорожного пути и к снижению скорости поездов до 60-120 км/ч.
- На искривленных объездных участках дороги при удлинении рельсов в летнее время и при укорочении в зимнее время года изменяется расстояние ширины колеи, что приводит к сходу подвижного состава поездов с рельс, большим материальным затратам и человеческим жертвам.
- При движении поезда по насыпному балласту железнодорожного полотна под тяжестью груженых вагонов подвижного состава балласт проседает, перед локомотивом в рельсах образуется бегущая волна, которая создает сопротивление движению поезда, что приводит к снижению его скорости, разрушению железобетонных свай, ослаблению усилия затяжки резьбового соединения и смятию витков резьбы, к увеличению вибрации колесных пар, тележек и вагонов, износу рельс, колес и автоматических сцепок вагонов, к поломкам стыков сварных соединений рельс и бесконечному ремонту железной дороги и подвижного состава поездов.
- Насыпное балластом железнодорожное полотно весной во время таяния снега и летом в период обильных и длительных дождей смывает, пропитанный водой грунт под железнодорожным полотном проваливается, при этом нарушается ширина колеи, горизонтальное расположение шпал и рельс, требуются дополнительные расходы денег, на восстановление железнодорожного полотна, задействовано большое количество людей и техники, прекращается движение поездов на период ремонта дороги.
Техническим результатом является создание рельсового пути прямолинейной высокоскоростной железной дороги с комфортными условиями для человека при высоких скоростях электропоезда и безопасной работы железнодорожного транспорта.
-7
Рельсовый путь прямолинейной высокоскоростной железной дороги, содержащий рельсы с накладками для их соединения встык, которые установлены с зазором для компенсации деформации рельсов при изменении температуры в летнее и зимнее время года, установленные на шпалах и на насыпном балласте  железнодорожного полотна, отличающийся тем, что в каждом рельсе длиной 12,5 м или 25 м, или в плети 50 м или 75 м, или 100 м сваренной встык электроконтактной сваркой из указанных длин рельсов, в ее головке выполнена, с одной стороны прямоугольная полость длиной для рельса 12,5 м до 50 мм, 25 м до 80 мм, или для плети 50 м до 100 мм, или 75 м до 120 мм, или 100 м до 140 мм, шириной до 30-50 мм и высотой до 50 мм, например, для стандартного рельса Р65, а с другой - прямоугольная консольная балка, которая выполнена из головки рельса, с верхней стороны балки, за стыком рельс, выполнен уклон для исключения напряжения растяжения при ее изгибе колесами подвижного состава поезда и ее поломки, длиной для рельса 12,5 м до 50 мм, или 25 м до 80 мм, или для плети 50 м до 100 мм, или 75 м до 120 мм или 100 м до 140 мм, шириной до 30-50 мм, и высотой до 50 мм, которая расположена в прямоугольной полости головки следующего рельса с возможностью ее продольного перемещения по указанной полости, между торцом прямоугольной консольной балки и задней стенкой полости головки рельса выполнен зазор для компенсации деформации рельса, например, при изменении температуры нагрева металла от 0°C до +30°C в летнее время и от 0° до -35°C в зимнее время года, равный зазору в стыке двух рельсов, при перепаде температур Δt=65°C, коэффициенте линейного расширения для стали α=125·10 град удлинение рельсов, длиной 12,5 м составит 10 мм, 25 м - 20 мм, удлинение плети длиной 50 м - 40 мм, 75 м - 60 мм, 100 м - 80 мм, а при перепаде температур Δt=110°C и указанном коэффициенте линейного расширения для стали удлинение рельсов длиной 12,5 м составит 17,3 мм, 25 м - 34,6 мм, а плети 50 м - 69,2 мм, 75 м - 103,8 мм, 100 м - 138,4 мм, или прямоугольная консольная балка установлена, с одной стороны рельса в прямоугольную полость головки рельса, длиной до 100-150 мм, по горячепрессовой посадке и приварена к рельсу, а ее консоль с уклоном расположена в прямоугольной полости следующего рельса или плети с возможностью ее продольного перемещения по указанной полости, выполняющая функцию моста над стыком двух рельсов, по которому плавно катятся колеса подвижного состава поезда, рельсы или плети, установленные с зазором встык, соединены накладками и болтами, болты установлены, с левой стороны от стыка в окнах шейки рельса или плети с зазором на величину их удлинения при изменении температуры окружающей среды, а с правой от стыка - в отверстия шейки рельса с зазором, накладки с отверстиями с двух сторон расположены без зазора, в нижней части головки рельса, и его верхним перовым основанием для предотвращения вертикального перемещения двух связанных рельсов при прохождении грузовых или пассажирских поездов, на мостах основание рельса скреплено болтами с подошвой подрезанными лапками клемм и винтами подошва соединена с железобетонной плитой, а вдоль железной дороги основание рельса соединено подрезанными лапками клемм болтами к железнодорожным шпалам, которые установлены с опорой на железобетонные плиты и сваи, литые или набивные, расположенные ниже зоны промерзания грунта с упором в твердую породу по всей длине прямолинейной высокоскоростной железной дороги, или в железобетонных плитах по всей длине железной дороги установлены болтовые соединения, к которым закреплено основание рельсов подрезными лапками клемм, исключив из железнодорожного пути бесчисленное количество железобетонных шпал, рельсы каждой железобетонной плиты соединены болтами с шейками рельс калиброванными двутавровыми балками на ширину колеи 1546 мм по всей длине железной дороги, расстояние между балками до 8 м, или между основанием рельсов и поверхностями железобетонных плит установлена, например, медная полоса толщиной до 10 мм и шириной до 170 мм для более мягкого и безударного качения колес по рельсам, набивные сваи со стальными арматурными каркасами диаметром до 1200 мм установлены в скважинах на глубину до 20 м и более, расстояние между сваями до 1,5-10 м, а литые сваи забиты сваебойной машиной на указанных расстояниях, или вместо свай в скважины установлены толстостенные трубы диаметром до 1200 мм, в полостях которых расположены сваренные стальные решетки из арматурных стержней диаметром до 50 мм и залитые бетоном, железобетонные плиты шириной и высотой до 1000 мм со стальными сваренными каркасами выполнены из арматурных стержней диаметром до 50 мм, длиной до 1500 м, высотой и шириной до 1000 мм и залиты бетоном по всей длине железной дороги на десятки тысяч километров, стальные сваренные каркасы свай соединены со стальными сваренными каркасами плит и со стальными сваренными каркасами плит и со стальными сваренными каркасами поперечных перегородок шириной до 500 мм и высотой до 1000 мм, которые залиты бетоном, образовавшиеся полости между железобетонными плитами и перегородками засыпаны балластом, например щебнем.
На чертеже показан рельсовый путь прямолинейной высокоскоростной железной дороги.
-7
-1
В каждом рельсе 1 длиной 12,5 м или 25 м, или в плети 50 м или 75 м, или 100 м сваренной встык электроконтактной сваркой из указанных длин рельсов, в ее головке выполнена, с одной стороны прямоугольная полость 2 длиной для рельса 12,5 м до 50 мм, 25 м до 80 мм, или для плети 50 м до 100 мм, или 75 м до 120 мм, или 100 м до 140 мм, шириной до 30-50 мм и высотой до 50 мм, например, для стандартного рельса Р65, а с другой - прямоугольная консольная балка 3, которая выполнена из головки рельса 1, с верхней стороны балки, за стыком рельс, выполнен уклон для исключения напряжения растяжения при ее изгибе колесами подвижного состава поезда и ее поломки, длиной для рельса 12,5 м до 50 мм, или 25 м до 80 мм, или для плети 50 м до 100 мм, или 75 м до 120 мм, или 100 м до 140 мм, шириной до 30-50 мм, и высотой до 50 мм, которая расположена в прямоугольной полости головки следующего рельса с возможностью ее продольного перемещения по указанной полости 2, между торцом прямоугольной консольной балки 3 и задней стенкой полости 2 головки рельса выполнен зазор для компенсации деформации рельса, например, при изменении температуры нагрева металла от 0°C до +30°C в летнее время и от 0° до -35°C в зимнее время года, равный зазору в стыке двух рельсов, при перепаде температур Δt=65°C, коэффициенте линейного расширения для стали α=125·10 град удлинение рельсов, длиной 12,5 м составит 10 мм, 25 м - 20 мм, удлинение плети длиной 50 м - 40 мм, 75 м - 60 мм, 100 м - 80 мм, а при перепаде температур Δt=110°C и указанном коэффициенте линейного расширения для стали удлинение рельсов длиной 12,5 м составит 17,3 мм, 25 м-34,6 мм, а плети 50 м - 69,2 мм, 75 м - 103,8 мм, 100 м - 13 8,4 мм, или прямоугольная консольная балка 4 установлена, с одной стороны рельса в прямоугольную полость 5 головки рельса, длиной до 100-150 мм, по горячепрессовой посадке и приварена к рельсу, а ее консоль с уклоном расположена в прямоугольной полости следующего рельса или плети с возможностью ее продольного перемещения по указанной полости 2, выполняющая функцию моста над стыком двух рельсов, по которому плавно катятся колеса подвижного состава поезда, рельсы или плети, установленные с зазором встык, соединены накладками 6 и болтами 7, болты установлены, с левой стороны от стыка в окнах 8 шейки 9 рельса или плети с зазором на величину их удлинения при изменении температуры окружающей среды, а с правой от стыка - в отверстия 10 шейки рельса 9 с зазором, накладки 6 с отверстиями с двух сторон расположены без зазора, в нижней части головки рельса, и его верхним перовым основанием 11 для предотвращения вертикального перемещения двух связанных рельсов при прохождении грузовых или пассажирских поездов, на мостах основание рельса скреплено болтами с подошвой подрезанными лапками клемм и винтами, подошва соединена с железобетонной плитой, а вдоль железной дороги основание рельса соединено подрезанными лапками клемм болтами с железнодорожными шпалами, которые установлены с опорой на железобетонные плиты 12 и сваи 13, литые или набивные, расположенные ниже зоны промерзания грунта с упором в твердую породу по всей длине прямолинейной высокоскоростной железной дороги, или в железобетонных плитах 12 по всей длине железной дороги установлены болтовые соединения, к которым закреплено основание рельсов подрезными лапками клемм, исключив из железнодорожного пути бесчисленное количество железобетонных шпал, рельсы каждой железобетонной плиты соединены болтами с шейками рельс 9 калиброванными двутавровыми балками на ширину колеи 1546 мм по всей длине железной дороги, расстояние между балками до 8 м, или между основанием рельсов и поверхностями железобетонных плит установлена, например, медная полоса толщиной до 10 мм и шириной до 170 мм для более мягкого и безударного качения колес по рельсам, набивные сваи со стальными арматурными каркасами диаметром до 1200 мм установлены в скважинах на глубину до 20 м и более, расстояние между сваями до 1,5-10 м, а литые сваи 13 забиты сваебойной машиной на указанных расстояниях, или вместо свай в скважины установлены толстостенные трубы диаметром до 1200 мм, в полостях которых расположены сваренные стальные решетки из арматурных стержней диаметром до 50 мм и залитые бетоном, ростверки шириной и высотой до 1000 мм со стальными сваренными каркасами выполнены из арматурных стержней диаметром до 50 мм, длиной до 1500 м, высотой и шириной до 1000 мм и залиты бетоном по всей длине железной дороги на десятки тысяч километров, стальные сваренные каркасы свай соединены со стальными сваренными каркасами плит и со стальными сваренными каркасами поперечных перегородок 14 шириной до 500 мм и высотой до 1000 мм, которые залиты бетоном, образовавшиеся полости 15 между железобетонными плитами и перегородками засыпаны балластом, например щебнем.
Рельсовый путь прямолинейной высокоскоростной железной дороги работает следующим образом.
При движении электропоезда со скоростью 520 км/час по рельсовому пути колеса пассажирских вагонов плавно и бесшумно катятся по консольным балкам, выполняющим функцию мостов над стыками рельсов, создавая комфортные условия пассажирам. Железобетонные плиты, на которых установлены рельсы, снижают поперечную и вертикальную вибрацию колесных пар, тележек и вагонов, износ рельсов, колесных пар и автосцепок вагонов, обеспечивают безопасную работу грузового и пассажирского транспорта.
Железобетонные плиты, в которых установлены болтовые соединения по всей длине железной дороги для крепления оснований рельсов подрезными лапками клемм, полностью заменяют железобетонные шпалы и технологию их производства.
Медная полоса, расположенная между основанием рельса и железобетонной плитой, обеспечивает более мягкое и безударное качение колес по рельсам и защищает железобетонные плиты от разрушения при движении грузовых и пассажирских поездов.