рейковий стик

Протягом всієї історії розвитку і становлення залізничного транспорту простежується тенденція до збільшення довжини рейок.

На Варшавсько-Віденської залізниці (1857-1867) укладалися рейки довжиною всього 4,57 м (головні шляхи) і 2,13 м (станційні колії). На залізниці Київ-Санкт; Петербург (1851) були укладені рейки довжиною 5,486 м. З початку 70-х рр. ХІХ ст. почали входити у вжиток рейки довжиною 7,315 м (24 футів), на початку 80-х рр. - 8,534 м (28 футів). З 1909 р вУкаіни була дозволена укладання рейок довжиною 12,8 м і 14,94 м, причому перший розмір було запропоновано вважати нормальним.

Збільшення довжини рейок в числі інших обставин заважала низька потужність конструкції верхньої будови колії, а також поширене в інженерних колах думка про необхідність забезпечувати вільний подовження рейок при зміні їх температури за рахунок стикових зазорів. Пізніше стала висловлюватися думка про можливість створення безперервного рейкового шляху. Офіційно це питання вУкаіни було піднято в 1896 р Відомий український інженер І.Ф. Стецевич, усвідомлюючи великі труднощі, пов'язані з навантаженням слабкого верхньої будови колії того часу великими температурними силами, висунув цікаву ідею про можливість регулювання їх в поздовжньому напрямку на безперервному рейковому шляху. Він запропонував укладати шлях з хвилеподібним в плані викривленням і за рахунок зміни стріл цих викривлень періодично проводити подовження або вкорочення батоги, знижуючи величини про; часткових стискають або розтягують сил. Це оригінальне, але практично дуже важко реалізовується інженерне рішення цікаво сьогодні тим, що показує, наскільки важливою навіть в ті далекі роки вважалася проблема збільшення довжини рейок.

У документах V конгресу залізниць (1905 р) зазначено на принципову можливість укладання рейок довжиною 24 м.

Однак перші боязкі спроби впровадження більш довгих рейок ще не могли порушити традиційне уявлення про необхідність забезпечувати вільний температурне зміна довжини рейок в межах стикових зазорів.

Підвищений інтерес до проблеми довжини рейок став проявлятися в 20-х рр. XX ст. коли вчені різних країн зайнялися теоретичними дослідженнями і експериментами по з'ясуванню ролі та значення погонних і стикових опорів, що протидіють вільним зміни довжини рейок при коливаннях температури. На початку 30: х рр. минулого століття вже перейшли в основному на укладку довгих
рейок.

На VIII конгресі залізниць в 1930 р була підтверджена можливість укладання батогів 60: метрової довжини. У 1932 р на напрямку Куп'янськ-Валуйки були вперше в нашій країні укладено рейки довжиною 37,5 м. У цьому ж році рейкові ланки довжиною 215-225 м були укладені на мостах через р. Оку у Серпухова і через р. Волгу у Калязина. У цей час почали укладати на станційних коліях зварні рейки довжиною 60-100 м. У 1937 р на приймально-відправних коліях ст. Данилов були укладені рейкові ланки довжиною від 300 до 800 м. У 1933 р на ст. Підмосковна спорудили перший в нашій країні ділянку безстикової колії довжиною 477 м.

Окремі досягнення в укладанні довгих рейок і роботи вітчизняних і зарубіжних вчених підготували базу для широкого впровадження безстикової колії, що дозволяє збільшити довжину рейкових
батогів до 500-800 м і більше (до 4 км). Однак почалася Друга світова війна призупинила розвиток і впровадження цієї конструкції.

У перші повоєнні роки роботи з укладання довгих рейок і безстикової колії було відновлено. Початком укладання безстикової колії в нашій країні слід вважати 1949 р коли на колишньої Лисичанської залізниці за пропозицією М.С. Боченкова був укладений безстикової шлях з саморазрядка температурних напружень.

Температурно-напружений безстикової шлях на дерев'яних шпалах був вперше укладений на колишньої Московсько-Курсько-Донбаської залізниці в 1956 р а в наступному році почалося укладання безстикової колії на залізобетонних шпалах. Замість зрівняльних приладів, що встановлювалися по кінцях батогів, стали укладати зрівняльні рейки. В умовах великої грузонапряженности на колишньої Донецької залізниці в 1959 р був споруджений перший ділянку безстикової колії температурно-напруженого типу.

Початок 50-х рр. характеризується бурхливим впровадженням безстикової колії і за кордоном. ХVIII конгрес Міжнародної асоціації залізничних конгресів (Мюнхен, 1962 г.) рекомендував всім країнам застосовувати безстикової шлях на вантажонапружених лініях і лініях з високими швидкостями руху поїздів.

Навіть при невеликому огляді етапів збільшення довжини рейок, впровадження та поступового розвитку безстикової колії виникає ряд питань. Чому протягом всієї історії залізничного транспорту прагнули збільшити довжину рейки і зменшити кількість стиків? Чим так «завинив» рейковий стик?

На перших українських залізницях рейкові стики влаштовувалися на шпалах; кінці примикають один до одного рейок об'єднували яка охоплює чавунної подушкою, яку врізали в шпалу. З початку 70-х рр. ХІХ ст. стали застосовувати сталеві рейки з новим типом стику, наявного у висячому положенні між шпалами. При цьому спочатку застосовували прості плоскі накладки, а потім фасонні.

Відомо, що конструкція рейкового стику повинна відповідати трьом основним вимогам:

1. сприймати згинальний момент і поперечну силу в зоні рейкового стику;
2. допускати поздовжні переміщення кінців рейок в стику при зміні довжини рейок внаслідок коливань їх температури;
3. забезпечувати можливість виготовлення деталей стику одним із способів масового виробництва.

Ці вимоги виявилися настільки складними і суперечливими, що за всю більш ніж 150-річну історію залізничного транспорту не вдалося створити конструкцію стику, яка відповідала б усім їм. Під котиться колесом рейкова нитка пружно прогинається. При справному шляху, при однакових за розмірами, типу і стану шпалах, рівномірному розташуванні і однаковою їх підбиття, однаковому за якістю і товщині баласті і «здоровому» земляному полотні пружний прогин рейки повинен бути однаковий по всій довжині рейки, якщо колесо діє на шлях з постійною силою. У цих умовах траєкторія точки дотику колеса з рейкою є майже пряму лінію.

Стикові скріплення повинні забезпечувати прямолінійну траєкторію і у власній зоні. Однак досягти цього не вдається, тому що через розрив рейкової нитки навантаження від колеса в стику сприймається накладками, момент інерції яких в рейковому стику менше моменту інерції рейки поза стику. У стику траєкторія точки контакту колеса з рейкою має перелом, внаслідок чого створюються ударно-динамічні сили і підвищений вплив на шлях в цій зоні.

У рейковому стику на вазі кожна накладка під впливом колеса працює як балка, яка спирається кінцями на підошву рейки і навантажена в середній частині (тиск граней головок решт рейок). Кінці рейок в стику діють в основному як консолі, свешивающиеся в стикового проліт за стиковими шпалами. Верхні частини накладок під навантаженням стиснуті, а головки рейок розтягнуті; в нижніх гранях накладок все навпаки. Це викликає взаємне ковзання і стирання робочих граней накладок і поверхні головок, а також підошви рейок, до яких вони прилягають.

Кінці рейок в стиках, прогинаючись під навантаженням, утворюють кут, тому колеса вдаряються об поверхню приймає кінця рейки під невеликим кутом до вертикалі. Горизонтальна складова цих сил створює викрадають силу в напрямку руху, прямо пропорційну навантаженні. Одне це не могло б викликати помітного викрадення рейок (тобто поздовжнього переміщення рейок під колесами про: ходить поїзда), так як приймають їх кінці рейки притискаються набігли колесами. Угон від ударів в стиках відбувається в основному через те, що рейкова нитка при ударі струшується і наявні в приймаючому рейці температурні напруги отримують часткову розрядку, в результаті чого він змінює довжину і протилежний незажатий його кінець трохи прослизає вперед.

Поки в повній мірі реалізувати це бажання не вдалося. На більшості вітчизняних залізниць довжина зварних рейкових батогів становить всього 550-800 м; між рейковими батогами покладені два - чотири зрівняльних рейки. Середня довжина рейкових батогів становить в даний час близько 600 м. Довжина знову укладаються зварних батогів встановлюється в залежності від місцевих умов і повинна бути, як правило, дорівнює довжині блок: ділянки. Встановлена ​​мінімальна довжина батога - 400 м.

Таким чином, сучасний безстикової шлях в основному представляє собою чергування 550-800-метрових рейок з короткими ділянками ланкового шляху (зрівняльними прольотами). На полігоні безстикової колії в даний час є більше 60 тис. Зрівняльних прольотів, що знижує ефективність функціонування безстикової колії.

Навіть в невеликому за обсягом введення кілька разів повторювалися терміни «рейки звичайної довжини», «довгі рейки», «безстикової шлях». Яка між ними різниця? Що ж таке «безстикової шлях»?

Щоб відповісти на ці, та й на багато інших питань, необхідно проаналізувати температурну роботу рейок, що ми і зробимо в наступному розділі.