Рельсовый путь прямолинейной высокоскоростной железной дороги
RAIL TRACK OF STRAIGHTLINE 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 рельсового бесстыкового пути являются:
- для компенсации деформации каждой указанной длины плети и рельс, длина рельсового бесстыкового пути Москва - Владивосток 8000 км, устанавливают при положительных температурах три рельса длиной меньше стандартной его длины 12,5 м для соединения их встык с расчетным зазором, например, 20 мм накладками и болтами, что приводит на этих участках железной дороги к ударам колес подвижного состава поезда по торцам рельс, поломкам торцов рельс и износу колес и рельсов, повышению шума, по всей длине железной дороги необходимо иметь большое количество рельс различной длины, склады для их хранения, транспорт для перевозки и погрузки рельс, большое количество рабочих и требуются огромные материальные расходы на установку плетей и рельс и замену указанных изношенных плетей и рельс, а при отрицательных температурах окружающей среды между плетями укладывают три рельса встык с зазорами, длина каждого рельса больше стандартной его длины 12,5 м, что приводит к дополнительным затратам на изготовление рельс большей длины;
- 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 60-150 км/ч на насыпном балласте железнодорожного полотна;
- 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.
Недостатками клинового соединения рельс сваренных в плети (конструкция подобна стрелочному переводу рельсового пути, используемая в Китае) являются: при перепаде температуры окружающей среды до 110°C величина деформации рельса длиной 100 м составляет 138,4 мм, а плети длиной 1000 м - 1384 мм, длиной 10000 м - 13840 мм, что приводит к повышению давления на лапки клемм и резьбовые соединительные узлы в местах их соединения, возможна потеря устойчивости рельсового пути при положительных температурах, а при отрицательных - рельсы укорачиваются, между плоскостями клина образуются зазоры, возможны поломки тонких концов клина, возможен сход подвижного состава с рельсового пути при скорости электропоезда 400-500 км/ч.
- 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
-1
В рельсовом пути прямолинейной высокоскоростной железной дороги, содержащем 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, согласно изобретению в каждом рельсе длиной 12,5 м или 25 м, или 50 м и 100 м в ее головке выполнены на концах рельса консольные балки, с левой и с правой стороны рельса от ее середины или в каждом рельсе в ее головке выполнены на концах рельса односторонние консольные балки, с левой и с правой стороны рельса от ее середины, длиной для рельса 12,5 м до 50 мм, 25 м до 80 мм, 50 м до 100 мм и 100 м до 180 мм, шириной до 37,5 мм и высотой до 75-92 мм, для стандартных рельсов Р65 и Р75, каждая консольная балка соединена относительно следующего рельса плоскостями указанных балок внахлестку с возможностью их продольного перемещения, превращая рельсовый путь в бесстыковой, нижняя часть рельсов соединена встык с зазором накладкам и болтами, между накладками и шейкой рельса выполнены полости, в которых расположены нижние части консольных балок для исключения выскальзывания указанных консольных балок по их верхним плоскостям, 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 установлены болты с зазором до 2 мм, накладки с отверстиями с двух сторон расположены без зазора в нижней части головки рельса, на которых установлены консольные балки рельсов, и его верхним перовым основанием для предотвращения вертикального перемещения двух связанных рельсов, между торцами консольных балок и задних стенок рельсов выполнены зазоры для компенсации деформации рельсов 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 стандартных рельсов, длиной 12,5 м составит 10 мм, 25 м - 20 мм, 50 м - 40 мм и 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, 50 м - 69,2 мм и 100 м - 138,4 мм, основание каждого рельса соединено подрезными лапками клемм болтами к железобетонным шпалам, которые установлены с опорой на железобетонные плиты и сваи или в железобетонных плитах по всей длине железной дороги установлены болтовые соединения, к которым закреплено основание рельсов подрезными лапками клемм, 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 1520 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 50 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 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 фиг. 1 показан рельсовый путь прямолинейной высокоскоростной железной дороги.
-7
-1
В каждом рельсе 1 длиной 12,5 м, или 25 м, или 50 м и 100 м в ее головке выполнены на концах рельса консольные балки, с левой и с правой стороны рельса от ее середины или в каждом рельсе в ее головке выполнены на концах рельса односторонние консольные балки, с левой и с правой стороны рельса от ее середины, длиной для рельса 12,5 м до 50 мм, 25 м до 80 мм, 50 м до 100 мм и 100 м до 180 мм, шириной до 37,5 мм и высотой до 75-92 мм, для стандартных рельсов Р65 и Р75, каждая консольная балка 2 соединена относительно следующего рельса плоскостями указанных балок внахлестку с возможностью их продольного перемещения, превращая рельсовый путь в бесстыковой, нижняя часть рельсов соединена встык с зазором накладкам 3 и болтами 4, между накладками и шейкой 5 рельса выполнены полости 6, в которых расположены нижние части консольных балок 2 для исключения выскальзывания указанных консольных балок по их верхним плоскостям, болты 4 установлены с левой стороны от стыка в окнах 7 шейки 5 рельса или плети с зазором на величину их удлинения при изменении температуры окружающей среды, а с правой от стыка в отверстия 8 шейки рельса установлены болты 4 с зазором до 2 мм, накладки 3 с отверстиями с двух сторон расположены без зазора в нижней части головки рельса 1, на которых установлены консольные балки 2 рельсов, и его верхним перовым 9 основанием для предотвращения вертикального перемещения двух связанных рельсов, между торцами консольных балок и задних стенок рельсов выполнены зазоры для компенсации деформации рельсов при изменении температуры нагрева металла от 0°C до +30°C в летнее время и от 0°C 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 стандартных рельсов, длиной 12,5 м составит 10 мм, 25 м - 20 мм, 50 м - 40 мм и 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, 50 м - 69,2 мм и 100 м - 138,4 мм, основание каждого рельса соединено подрезными лапками клемм болтами к железобетонным шпалам, которые установлены с опорой на железобетонные плиты 10 и сваи 11 или в железобетонных плитах 10 по всей длине железной дороги установлены болтовые соединения, к которым закреплено основание рельсов подрезными лапками клемм, 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 1520 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 50 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 11 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 поперечных перегородок 12 шириной до 500 мм и высотой до 1000 мм, которые залиты бетоном, образовавшиеся полости 13 между железобетонными плитами и перегородками засыпаны балластом, например щебнем.
Рельсовый путь прямолинейной высокоскоростной железной дороги работает следующим образом.
При движении электропоезда со скоростью 500 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.
Использование железобетонных плит, на которых установлены рельсовые пути, позволяют развить скорость электропоезда от 0-500 км/ч.