ЖЕЛЕЗНАЯ ДОРОГА С ОДНОСТОРОННИМ ДВИЖЕНИЕМ И СПОСОБ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ONE-WAY TRAFFIC RAILWAY AND METHOD OF ITS OPERATION

Железная дорога с односторонним движением и способ ее эксплуатации. Изобретение относится к устройству железной дороги и может быть использовано при строительстве и ремонте железнодорожных и трамвайных путей, метрополитена.
Известна железная дорога, содержащая состыкованные с зазором рельсы (а.с. СССР 998624, Е01В 2/00, опубл. 23.02.83).
Ее недостатком является быстрый износ рельсов и колес проходящих по ней транспортных средств, связанный с большими ударными нагрузками, испытываемыми торцами рельсов и колесами транспортных средств при перескакивании колес на зазорах с одного рельса на другой, дополнительные энергозатраты на разрушение торцов принимающих рельсов, а также колес транспортных средств.
Указанная железная дорога является ближайшим аналогом предлагаемого изобретения.
Технический результат изобретения заключается в уменьшении энергозатрат на перевозку грузов и пассажиров, снижении угона рельсов, ударных нагрузок и шума, воздействующего на окружающую среду, повышении комфортности и удобства пассажиров, увеличении сроков службы железной дороги и подвижного железнодорожного состава, повышении техники безопасности за счет большего сопротивления рельсовых нитей движению транспортных средств в несанкционированном направлении.
Технический результат достигается за счет того, что на железной дороге, содержащей направляющую рельсовую колею, образованную состыкованными с зазором рельсами и предназначенную для движения по ней транспортных средств в одном направлении, по меньшей мере, на одном ее участке торцы всех принимающих рельсов выполнены со смещением h>0 в сторону основания железной дороги по сравнению с соответствующими торцами отдающих рельсов, находящимися в том же зазоре.
На фиг.1 показана железная дорога, вид сверху; на фиг.2 - то же самое, вид сбоку; на фиг.3 показан вариант железной дороги, вид сбоку.
Железная дорога содержит рельсовые нити 1 и 2, образованные, в том числе, состыкованными с зазором 3 рельсами 4 и 5.
Торец рельса 4, находящийся в зазоре 3, выполнен выше на величину h (при горизонтальном положении рельсов) или на ту же самую величину h дальше от основания дороги (при наклонном положении рельсов), чем находящийся в том же зазоре торец рельса 5. Данное условие обеспечивает более плавный накат колеса транспортного средства, движущегося по рельсу 4 и зазору 3, на кромку 6 торца 7 рельса 5. Продольная ось 8 рельса 4 образует с ее проекцией 9 на горизонтальную плоскость угол β.
Стрелка указывает направление движения транспортных средств.
Железная дорога эксплуатируется следующим образом.
При прохождении колесами транспортного средства по рельсовым нитям 1 и 2 в одном направлении (со стороны отдающего рельса 4 в сторону принимающего рельса 5) через область рельсового стыка с зазором 3 происходит наезд колеса транспортного средства на кромку 6 торца 7 принимающего рельса 5, который вследствие перепада высот h характеризуется более плавным и мягким переходом колеса через зазор 3 с отдающего рельса 4 на принимающий рельс 5, меньшим разрушительным воздействием колеса на кромку 6 торца 7 принимающего рельса 5. При этом в связи с тем, что действие равно противодействию, меньшему разрушению подвергается и само колесо транспортного средства, меньше или совсем не расходуется энергия на разрушение кромок рельсов, колеса и преодоление их сопротивления движению транспортных средств, что приводит также к экономии энергоносителей. За счет превышения на величину h торцов отдающих рельсов над находящимися в том же зазоре торцами принимающих рельсов увеличивается сопротивление рельсовых нитей движению транспортных средств в несанкционированном направлении, что повышает технику безопасности на железной дороге.
При движении транспортных средств колесо транспортного средства не ударяется о верхнюю кромку принимающего рельса, а скорее «садится» на поверхность катания принимающего рельса сверху, что уменьшает или исключает продольную составляющую силы удара колеса о торец принимающего рельса, снижает угон рельсов.
Учитывая, что при прохождении колеса транспортного средства через зазор наибольшие ударные нагрузки приходятся на верхние грани головок принимающих рельсов, верхние грани головок принимающих рельсов с одного конца рельсов выполняют с дополнительным упрочнением в отличие от примыкающих к зазору верхних граней головок отдающих рельсов. Упрочнение, к примеру, выполняют токами высокой частоты. Упрочнение верхних граней головок рельсов только с одного конца рельсов позволяет экономить средства, снизить себестоимость изготовления рельсов. Вместе с тем, упрочнение верхних граней головок рельсов может быть выполнено и с обоих концов рельсов.
Возможны несколько вариантов обеспечения смещения торцов рельсов на величину h в зазорах между рельсами.
1. Угол между продольной осью рельсов и ее проекцией на горизонтальную плоскость выполняют равным β, при этом β>0. Очевидно, что продольная ось рельсов перпендикулярна плоскости поперечного сечения рельсов.
Угол β - угол между проекцией верхней грани головки рельса на вертикальную плоскость, параллельную продольной оси (осевой линии) рельса, и горизонтальной плоскостью.
2. Под конец отдающего рельса устанавливают элемент соответствующей формы и размеров.
Смещение h выполняют удовлетворяющим соотношению
М≥h≥R(1-cos arcsin m/R),
где М - максимально допустимое по технике безопасности взаимное смещение стыкуемых рельсов,
m - наибольшая величина зазора между рельсами,
R - радиус колеса транспортного средства по кругу катания.
Оптимальной является железная дорога, в которой угол β выполнен удовлетворяющим соотношению
π/16>β≥arcsin h/1,
где h - взаимное смещение торцов стыкуемых рельсов,
1 - наименьшая длина рельса.
Уменьшение угла β приводит к снижению угона рельсов.
Взаимного смещения стыкуемых рельсов можно добиться выполнением с одного конца рельсов выемки. Выемку выполняют с сечением в вертикальной плоскости, параллельной продольной оси рельса, или в вертикальной плоскости, перпендикулярной поперечному сечению рельса, в форме прямоугольного треугольника, меньший катет которого находится в плоскости торца рельса, а больший катет находится в плоскости верхней грани головки рельса. При этом гипотенуза прямоугольного треугольника плавно переходит в плоскость верхней грани головки рельса.
Длину меньшего катета а выполняют в соответствии с соотношением
М≥а≥R(1-cos arcsin m/R),
где М - максимально допустимое по технике безопасности взаимное смещение стыкуемых рельсов,
m - наибольшая величина зазора между рельсами,
R - радиус колеса транспортного средства по кругу катания.
Угол α между гипотенузой прямоугольного треугольника и большим катетом выполняют соответствующим требованию
π/16>α≥arcsin h/1,
где h - взаимное смещение торцов стыкуемых рельсов,
1 - наименьшая длина рельса.
Способ эксплуатации железной дороги, включающий движение по ней транспортных средств в одном направлении, заключается в том, что движение транспортных средств осуществляют по железной дороге, содержащей направляющую рельсовую колею, образованную состыкованными с зазором рельсами, при этом, по меньшей мере, на одном ее участке торцы всех принимающих рельсов выполнены со смещением h>0 в сторону основания железной дороги по сравнению с соответствующими торцами отдающих рельсов, находящимися в том же зазоре.
Предлагаемые технические решения промышленно применимы, обладают новизной, для среднего специалиста явными не являются.