КОНСТРУКЦИЯ ВЕРХНЕГО СТРОЕНИЯ ПУТИ ДЛЯ КРИВЫХ РАДИУСОМ 850 м И МЕНЕЕ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а именно к конструкции верхнего строения железнодорожного пути для кривых радиусом 850 м и менее.
Известно устройство железнодорожного пути на криволинейном участке (А.С. СССР №1414908, МПК: Е01В 2/00, опубл. 07.08.1988 г.) - аналог.
Известное решение относится к железнодорожному транспорту, в частности к конструкции верхнего строения пути. Цель изобретения - увеличение срока службы пути и уменьшение расхода балласта на участке круговой кривой. Путь включает балластное основание, шпалы и рельсы. В качестве наружного по отношению к центру кривизны участка пути первого из рельсов использован рельс более тяжелого, чем второй рельс типа. За счет этого обеспечивается расчетное возвышение h поверхности катания первого рельса над поверхностью катания рельса.
Недостатком известного решения является то, что в связи с использованием одновременно на криволинейном участке пути рельсов с различными массовыми и, как следствие, техническими параметрами известная конструкция не обеспечивает стабильность геометрии рельсошпальной решетки в пространстве, неравномерно передает давление от подвижного состава на грунты основной площадки земляного полотна и не обеспечивает надежную работу рельсошпальной решетки без превышения допускаемой интенсивности накопления остаточных деформаций в межремонтном цикле.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение является разработка новой конструкции пути в кривых радиусом 850 м и менее обеспечивающей надежную работу пути, его прочность и устойчивость, а также безопасный пропуск поездов с установленными скоростями в условиях бесстыкового и звеньевого путей.
Указанный технический результат, достигается тем, что в конструкции верхнего строения пути для кривых радиусом 850 м и менее, содержащей размещенные на земляном полотне балластный слой и, объединенные с рельсами в рельсошпальную решетку, рельсовые скрепления и железобетонные шпалы, причем железобетонные шпалы и балластный слой выполнены с возможностью обеспечения устойчивости рельсошпальной решетки от поперечного сдвига по балласту при воздействии боковых сил от подвижного состава, шпалы в кривых радиусами в диапазонах - от 850 м до 350 м уложены по эпюре - 2000 шт/м., а при радиусах кривых менее 350 м - 2000-2100 шт./м.
Устройство, характеризующееся тем, что железобетонные шпалы и балластный слой могут быть выполнены с возможностью обеспечения устойчивости рельсошпальной решетки от поперечного сдвига по балласту при воздействии боковых сил от подвижного состава в диапазоне от 100 кН до 120 кН.
Устройство, характеризующееся тем, что могут применяться рельсы марок Р65 или Р65К.
Устройство, характеризующееся тем, что для кривых в диапазоне 350 м-850 м могут применяться шпалы Ш3 или Ш3-Д или Ш-АРС или Ш-А05.
Устройство, характеризующееся тем, что для кривых в диапазоне от 349 м до 300 м могут применяться шпалы Ш3-ДК или Ш-АРС или Ш-А05.
Устройство, характеризующееся тем, что для кривых радиусом менее 300 м могут применяться шпалы Ш3-ДК.
Устройство, характеризующееся тем, что для кривых в диапазоне 350-850 м ширина каждого наружного плеча балластной призмы Н может составлять 0,55 м.
Устройство, характеризующееся тем, что в кривых радиусом менее 350 м с наружной стороны рекомендуется увеличение слоя щебня (присыпка) на 0,05-0,1 м за торцами шпал на ширину плеча.
Устройство, которое для обеспечения нормируемого отвода ширины колеи в кривых радиусом менее 350 м может содержать переходные шпалы.
Устройство, характеризующееся тем, что в зоне стыков может содержать шпалы с амортизирующим слоем на нижней постели шпалы.
Устройство, характеризующееся тем, что амортизирующий слой может быть выполнен из пористой резины.
Устройство, в котором для бесстыкового пути рельсы выполнены в виде рельсовых плетей и уравнительных рельсов.
Заявляемое решение конкретизируется на фиг.1-7, где на фиг.1 представлено поперечное сечение верхнего строения пути для кривых радиусом от 350 м до 850 м., на фиг.2 - поперечное сечение для кривых радиусом менее 350 м, на фиг.3-7 - варианты конструкции пути в кривых с радиусами 850 м и менее для различных вариантов рельсов и шпал, а также рельсошпальных скреплений и балластного слоя.
Конструкция верхнего строения пути в кривых радиусом 850 м и менее содержит рельсы 1, шпалы 2, балластную призму 3 и рельсошпальное скрепление 4.
Участки пути в кривых в своей работе под поездной нагрузкой существенно отличаются от прямых участков пути значительно большей интенсивностью технических отказов, в том числе по боковому износу головок рельсов, расстройствам колеи в плане, уширениям колеи, изменениям положения рельсов по подуклонке, иногда возникают поперечные сдвиги пути или раскантовка наружного рельса кривой.
Влияние вертикальных и боковых нагрузок на рельсовые нити различна, разница нагружения рельса в прямой и кривой малого радиуса составляет 5-7 раз.
Рост грузонапряженности, скоростей движения поездов, введение в обращение поездов повышенной массы и длины и т.д. приводит к воздействию на путь (рельсошпальную решетку) поперечных усилий сдвига от подвижного состава в диапазоне 100-120 кН и, кроме того, расширение полигона укладки, например, бесстыкового пути - все это требует создания надежного, стабильного пути, обеспечивающего бесперебойную, безотказную и безопасную эксплуатацию пути в кривых различных радиусов, особенно в кривых малых радиусов. Это обуславливает конструкционные особенности пути в кривых, особенности его содержания и эксплуатации.
Для обеспечения надежной работы железнодорожного пути и безопасного пропуска поездов с установленными скоростями, конструкция пути в кривых радиусом 850 м и менее должна соответствовать следующим требованиям:
- конструкция железнодорожного пути в кривых, в том числе на участках обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками не должна допускать образования выплесков и неравномерного пучения балласта;
- конструкция железнодорожного пути должна обеспечивать стабильность геометрии рельсошпальной решетки в пространстве и равномерно передавать давление от подвижного состава на грунты основной площадки земляного полотна, надежную работу рельсошпальной решетки без превышения допускаемой интенсивности накопления остаточных деформаций в межремонтном цикле.
В настоящее время основным типом пути в кривых является бесстыковой путь на железобетонных шпалах и щебеночном балласте. На участках, где план пути или климатические условия не допускают укладку бесстыкового пути, используется звеньевой путь на железобетонных шпалах.
Конструкция бесстыкового пути в кривых радиусами 300-850 м включает основные его элементы, например,:
- рельсовые плети, сваренные из рельсов длиной 25 м без болтовых отверстий;
- уравнительные рельсы длиной по 12,5 м, которые укладывают (при необходимости) между концами рельсовых плетей, между концами рельсовых плетей и стрелочными переводами и т.д.;
- промежуточные рельсовые скрепления и стыковые соединения; шпалы; балласт и земляное полотно.
Конструкция звеньевого пути в кривых радиусами 850 м и менее включает основные его элементы, например,:
- рельсы длиной 25,0 м, а в регионах Сибири и Дальнего Востока и рельсы длиной 12,5 м, которые применяются при регулировке зазоров в стыках уравнительных рельсов и укладываются через пару рельсов длиной по 25,0 м;
- промежуточные и стыковые скрепления;
- балласт и земляное полотно.
Ширина рельсовой колеи на кривых участках, измеряется на уровне 13 мм от поверхности катания колеса по рельсу.
В кривых различных радиусов (850 м и менее) по внутренней нити и в кривых радиусами 651 м и более по упорной нити должны применяться термоупрочненные рельсы типа Р65. В кривых радиусами 650 м и менее по упорной нити должны применяться рельсы типа Р65К повышенной износостойкости и контактной выносливости с твердостью на поверхности катания головки не менее 380 НВ.
Для обеспечения нормируемого отвода ширины колеи в кривых радиусом менее 350 м обязательна укладка переходных шпал того же типа (с номинальным размером ширины колеи 1522, 1524, 1526, 1528, 1530 мм) по 4 шпалы каждого типоразмера в начале и конце кривой. Рекомендуется в зоне стыков (по три шпалы в каждую сторону от стыка) уравнительных пролетов бесстыкового пути и в стыках звеньевого пути укладывать шпалы, соответствующие применяемому на участке типу шпал, которые имеют амортизирующий слой на нижней постели шпалы.
Оптимальный размеры амортизирующего слоя (подшпальной прокладки) для заявляемых типов шпал - 2,7×0,26×0,02 м, а оптимальный материал - пористая резина.
В качестве подрельсового основания применяются железобетонные шпалы. Конструкция шпал определяется конструкцией промежуточных рельсовых скреплений, радиусом кривой и климатическими условиями эксплуатации бесстыкового пути.
Толщину балластной призмы в кривых следует принимать с учетом возвышения наружного рельса при сохранении под внутренним рельсом балластного слоя толщиной 35 см на пути с железобетонными шпалами.
Толщина балластного слоя под шпалой в подрельсовом сечении должна быть дифференцирована по величине осевой нагрузки.
На двухпутных участках ширина балластной призмы поверху должна быть увеличена на ширину междупутья.
Крутизна откосов балластной призмы должна быть 1:1,5, для песчаной подушки - 1:2.
Верх балластной призмы должен быть в одном уровне с верхом средней части шпал.
Для обеспечения устойчивости откоса балластной призмы в кривых радиусам 650 м и менее, а также поперечной устойчивости рельсошпальной решетки возможна обработка плеча балластной призмы и откоса и поверхностного слоя балластной призмы связующими материалами типа латекса.
Материал балластной призмы - щебень твердых пород с прочностью И 1 и У 75, фракции 25…60 мм. Качество щебня должно удовлетворять ГОСТ Р 7392-2002 Щебень из плотных горных пород для балластного слоя железнодорожного пути.
Заявляемые варианты конструкций железнодорожного пути в кривых радиусом 850 м и менее приведены в таблице 1.
Таблица 1
Радиус кривых (м.)
Типы рельсов
Типы шпал
Кол-во шпал на 1 км. пути (шт.)
Типы скреплений
Балластная призма
850-350
Р65, Р65К
Ш3, Ш3-Д, Ш-АРС, Ш-А05
2000
ЖБР-65, ЖБР-65Ш, АРС-4
Увеличение ширины наружного плеча
349-300
Р65, Р65К
Ш3-ДК, Ш-АРС, Ш-А05
2000-2100
ЖБР-65Ш, АРС-4
Увеличение ширины и высоты наружного плеча
299 и менее
Р65, Р65К
Ш3-ДК
2000-2100
ЖБР-65Ш
Увеличение ширины и высоты наружного плеча
Конструкция промежуточных рельсовых скреплений, в том числе на участках обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками, должна обеспечивать стабильность ширины колеи в период эксплуатации и прижатие рельса к основанию, исключающее возможность проскальзывания подошвы рельса по подкладке или прокладке при воздействии проходящих поездов и температурных сил. Скрепление должно быть упругим безболтовым и обеспечивать восприятие поперечных (боковых) нагрузок от железнодорожного подвижного состава 50 кН (5 тс) в кривых радиусом 500 м и более, и 64 кН (6,4 тс) - в кривых радиусом менее 500 м, а также продольному перемещению плетей 25 кН/м для линий с головой амплитудой температур до 110°С и 30 кН/м - для линий с годовой амплитудой температур более 110°С.
Типы промежуточных рельсовых скреплений, в зависимости от радиуса пути представлены в таблице 2.
Таблица 2
Радиус пути, м
850…350
349…300
299 и менее
ЖБР-65,
ЖБР-65Ш,
ЖБР-65Ш,
АРС-4
ЖБР65-Ш,
АРС-4
Заявителем были проведены экспериментальные исследования заявляемого решения.
Исследования были проведены на Экспериментальном кольце ст.Щербинка радиусом 400 м, где были заложены и оборудованы соответствующими приборами опытные участки:
- 1 участок длиной 12,5 м со шпалами Ш3 эпюрой 2000 шт/км, рельсами Р65 и скреплениями ЖБР65, находящийся в постоянной эксплуатации (пропущенный тоннаж - 100 млн т брутто);
- 2-ой участок длиной 12,5 м со шпалами Ш3-Д с эпюрой 2200 шт/км, рельсами Р65 и скреплениями ЖБР65Ш (с пропущенным тоннажем порядка 15 млн. тонн брутто);
- 3-ий участок длиной 12,5 м со шпалами Ш3-ДК с эпюрой 2000 шт./км, рельсами Р65 и шурупно-дюбельными скреплениями ЖБР65Ш (с пропущенным тоннажем порядка 15 млн. тонн брутто).
В процессе испытаний регистрировались следующие показатели воздействия подвижного состава на путь: вертикальные и горизонтальные нагрузки, боковые отжатия головки и подошвы рельса, а также скрепления и шпалы, раскантовки рельса мнтодом измерения его просадок по наружной и внутренней кромок подошвы, а также просадок скрепления и шпалы. Подобный спектр измеряемых показателей позволяет определить работу верхнего строения пути в одном сечении в целом.
Для определения прочностных характеристик определяли линейные зависимости перемещений от прилагаемой нагрузки при сдвиге рельсошпальной решетки. Коэффициенты прочности (жесткости) определяли как соотношение перемещения к приложенной нагрузке в зоне линейности их отношения и составил для первого участка - 1,02; для второго участка (для которого эпюра выходит за рамки заявляемой) -5,67; для третьего участка - 1,02.
Как следует из результатов испытаний заявляемое решение обеспечивает технический результат в пределах, заявленных в формуле полезной модели.