Рельсы

Рельсы - несущие конструкции железнодорожных путей

Направление, в котором будет двигаться подвижной состав, определяет верхнее строение путей. Оно воспринимает и передает на основание силовые воздействия от колес железнодорожного состава. Рельсы, закрепленные на шпалах, создают путевую решетку и отвечают за безопасность движения.

Железобетонные элементы железных дорог

Верхняя часть железнодорожных путей подвергается ряду неблагоприятных воздействий. На него оказывают воздействие атмосферные осадки, перепады температур, проходящие поезда. К элементам путей, уложенных на балластный слой, предъявляются особые требования по устойчивости, прочности, долговечности. Их одинаковый размер, равнозначная упругость способствует плавному ходу поездов.

До 50 лет могут служить железобетонные шпалы, изготовленные с применением метода предварительного напряжения арматуры. В производстве используется тяжелый бетон высоких марок по прочности, водонепроницаемости, морозостойкости и стальная проволока периодического профиля из углеродистой стали.

Железобетонные элементы используются на главных железнодорожных магистралях, обеспечивая скоростное движение составов. Они выполняют природоохранительную функцию, сберегая лес, из древесины которого изготавливаются деревянные шпалы. Не требуя пропитки креозотом, маслами, антисептиками, железобетон является экологически чистым материалом.

• Р-8
• Р-11
• Р-18
• Р-24
• Р-33
• Р-38
• Р-43
• Р-50
• Р-65
• КР-70
• КР-80
• КР-100
• КР-120

ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ ЦЕНА НА РЕЛЬСЫ ЗАВИСИТ ОТ УСЛОВИЙ ПОСТАВКИ (КОЛИЧЕСТВА, УСЛОВИЙ ОПЛАТЫ, ДОСТАВКИ), ДАННЫЙ ПРАЙС-ЛИСТ НОСИТ ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО ИНФОРМАЦИОННЫЙ ХАРАКТЕР!

Стальные элементы железных дорог

Элементы, которые придают направление движению колесам подвижного состава, изготавливаются на прокатных станах из высокопрочной углеродистой стали. Они также выполняют функцию проводников сигнального тока на определенных участках с автоматической блокировкой и обратного тягового тока там, где используется электрическая тяга.

Имеющие двутавровую форму с широкой подошвой рельсы противостоят вертикальным нагрузкам, изгибающим усилиям, обеспечивают удобное крепление и оптимальный расход металла. Они обладают достаточной твердостью, прочностью, износостойкостью для надежной эксплуатации.

Производятся железнодорожные рельсы длиной 25м. На кривых участках железных дорог укладываются несколько укороченные стальные элементы длиной 24,92м и 24,84 м. В местах стрелочных переводов и уравнительных участков бесстыкового пути их размеры принимаются в два раза меньше.

Для узкоколейных, ширококолейных путей и грузонапряженных магистралей изготавливают железнодорожные рельсы десяти типов - от Р8 до Р75. В маркировке числовое обозначение означает приблизительную массу одного погонного метра изделий. Срок их эксплуатации исчисляется массой проследовавшего по путям груза. Для термически упрочненного стального прокатного профиля типа Р65 он составляет 500 миллионов тонн.

Рельсы

Рельсы - это прямолинейные стальные конструкции с определенным сечением для укладки путей сообщения. Они были изобретены в древнем Риме, их основное предназначение - прокладка двухниточного пути, по которому могут передвигаться различные виды большегрузного транспорта с подвижным составом на длинные расстояния.

На некоторых предприятиях используют укладку монорельс, по которым перемещается кран-балка. Но на сегодняшний день более востребована двухрельсовая конструкция, которая широко применяется в крупных населенных пунктах, на предприятиях горнодобывающей промышленности и для транспортного сообщения между населенными пунктами, находящимися на большом расстоянии друг от друга.

Виды рельсов

Рельсы изготавливают из трех типов стали (мартеновской, конверторной и электростали). Они подразделяются по типу использования, категории качества, наличию отверстий для болтов, способу плавки, виду заготовок и способу обработки. Также конструкции отличаются по предназначению. Стальные брусья могут применяться для прокладки двухколейных дорог в следующих вариантах:

• Узкие в сечении (узкоколейки и подземные пути сообщения в шахтах);
• Рудничные колеи (для использования в шахтах, стрелочных переводах на ж/д). Традиционно укладываются звеньями бесстыковым методом;
• Промышленные (ж/д и предприятия промышленности);
• Крановые (используются в прокладке специальных путей для подъёмных кранов);
• Непосредственно железнодорожные (самый востребованный вид изделий, используется в прокладке путей сообщения по всей стране методом звеньев и бесстыкового соединения, а также для переводов стрелок);
• Для рам (основное предназначение – соединение и пересечение двухколеек);
• Контррельсовые (укладываются на железнодорожном полотне);
• Остряковые (круговые рельсы для поворотных устройств на заводах и переводах стрелок);
• Усовиковые (необходимы для устройства железнодорожных крестовин);
• Для движения трамваев (изготавливаются для укладки трамвайных путей сообщения).

Предназначение и устройство двухполосной рельсовой дороги

Рельсы укладывают в последнюю очередь на завершающем этапе строительства дорог. Они предназначены для осуществления быстрой доставки людей и крупногабаритных грузов на большие расстояния. Их основная функция – передача нагрузки от колес подвижного состава на установленные опоры и дальнейшего продвижения транспорта по определенному маршруту. Вторая задача – проведение электрического тока на участках с автоматической блокировкой и электротягой.

В городе прокладывают трамвайные маршруты, а также используют стальные балки для строительства метро. Для дальнего сообщения применяют балки более крупного сечения, выдерживающие большие нагрузки. По железнодорожному транспортному полотну осуществляют движение пригородные электрички, поезда дальнего следования и товарные подвижные составы.

Рельсы производятся из высококачественного металла, и должны соответствовать следующим требованиям:

• Прочность. Твердый профиль обязан обеспечивать необходимый уровень сопротивления в любом направлении (вертикальном или горизонтальном), не подвергаться изгибам;
• Долговечность, износостойкость и выносливость. Подобные конструкции рассчитаны на долгий срок эксплуатации. Возникающие нагрузки не должны превышать допустимые значения. Поверхность, соприкасающаяся с колесами, имеет максимальный запас металла. Это делается для того, чтобы оказывать сопротивление поперечным горизонтальным силам при движении подвижного состава;
• Высокая вязкость. Обеспечивает сопротивление скручиванию и опрокидыванию движущегося транспорта.

Конструкции рельсов и их технические характеристики

В зависимости от условий эксплуатации, планируемой скорости движения, физических и осевых нагрузок, разрабатывается технология изготовления. Балки отличаются по форме головки, шейки, подошвы, сечением и сопряжением.

Широкоподошвенные рельсы отличаются по мощности, качеству стали и возможности выдерживать различные массы на один погонный метр. Например, в Канаде и США используют для прокладки железных дорог металл, масса которого составляет 65,53-69,4 кг/м. Осевая нагрузка при этом составляет 30-35 тс/ось. В странах Европейского Союза укладывают рельсы UJC60 общей массой 60,34 кг/м, которые выдерживают составные нагрузки 22,5-25,0 тн/ось.

В Российской Федерации вагонные нагрузки имеют средние показатели, примерно 23,5-24 тс/ось. Но, с учетом сурового климата на большинстве территории РФ, практикуется изготовление балок стандартной длины Р65 с предельной массой 64,72 кг/м. Для стыковки балок между собой их концы оснащены тремя отверстиями, которые скрепляются при помощи специальных болтов и клинчатых накладок. Стыковые болты имеют меньший диаметр, чем подготовленные для них отверстия. Это необходимо для того, чтобы иметь возможность менять величину стыкового зазора не более двадцати-двадцати трех миллиметров, позволяющую регулировать величину влияния колес на участок дороги при нагревании или понижении температуры, оказывающих влияние на сопротивление перемещения подвижного состава. При помощи накладок можно достичь сопротивления нити 200-250 кН, преодолеть которое можно только путем изменения температуры стального бруса на 10 или 12 градусов по Цельсию.

Места стыковки на сегодня являются серьезной проблемой, поскольку именно на них оказывается сильное давление при движении поездов. Идеальное решение – увеличить длину конструкций. Так, в царской России середины позапрошлого века длина рельс составляла всего 5,49 м. Ближе к концу ХIХ века – 10,67 м, немного позже начали изготавливать брусья в 12,5 м, а сегодня максимальная длина составляет 25 м. В Европейских странах производят рельсы длиной от 15-18 м и до 36 (Великобритания, Франция, Швейцария, Италия) и даже 60 метров (Германия и Австрия). В Соединенных штатах Америки изначально практиковалась укладка брусьев длиной в 11,89 м. Сегодня их длина достигает 23,78 м.

Таким образом, в мире используются две категории рельсов: обычные и удлиненные. И те, и другие имеют зазоры на концах, которые при состыковке должны укладываться таким образом, чтобы размер зазора не превышал 23 мм в холодное время года, а при максимально высоких температурах был равен нулю. Когда солнечные лучи напрямую воздействуют на металл, то рельсы имеют температуру на 15-20 градусов Цельсия выше, чем окружающий воздух. Соседние торцы удлиненных рельсов в теплое время должны иметь нулевую величину зазора, а в холодное зазор должен полностью открываться тогда, когда температура не достигла своего минимума. Максимальную температуру рельса обозначают tmax. Так, в России брусья марки Р65 имеют длину 25 м, и могут быть подвержены следующим температурным колебаниям: tmax = 59 градусов по Цельсию, tmin = от -10 до - 52 градусов по Цельсию, Ггод = 83 – 111 градуса по Цельсию. Температурный режим рассчитывается исходя из климатических условий региона.

После того, как зазор сомкнулся, между рельсами происходит повышение температуры и образование продольной силы, принятой записываться, как значение N. Если воздействие силы превышает допустимые предельные значения Nmax, то это может стать причиной выброса решетки шпал или нарушению ее устойчивости. Поэтому на каждом участке дороги рассчитывается прочность и устойчивость конструкций на этапе проектирования.

Поддержание технологического уровня

Снижение технических характеристик могут происходить в процессе эксплуатации по нескольким причинам:

• Износ головки;
• Коррозия на уровне подошвы;
• Разрушения металла вследствие повышенной нагрузки.

Особенно подвержены изменениям тормозные участки и в пределах малых кривых радиусов. Так, снижается допустимый тоннаж в 2-4 раза. Чтобы рельсы выдерживали требуемую нагрузку, разработана целая система мероприятий. Наиболее действенные из них описаны ниже.

Шлифовка, фрезерование, обстругивание головки для устранения волнообразного износа. Он появляется в процессе эксплуатации во время неравномерного движения подвижного состава на определенном участке железнодорожного полотна. Снимать износ методом выравнивания следует по мере его появления. Выявляется во время обхода.

Профильная шлифовка при помощи специального поезда, оборудованного абразивными кругами, которые вращаются и формируют при движении профиль головки. Круги имеют различную зернистость и зависят от формы износа стального бруса. Таким способом можно восстановить первоначальную структуру, ликвидировать микротрещины, выровнять поверхность и удалить лишний металл в месте выкружки.

Лубрикация. Этим термином принято обозначать смазку боковых граней в кривых радиусах лубрикаторами. Примечательно, что смазку следует наносить очень осторожно во избежание переувлажнения. Чрезмерная смазка может увеличить износ детали. Лубрикаторы устанавливают на обычных вагонах, локомотивах или дрезинах. Срок эксплуатации высчитывается по дефектам контактно-усталостного происхождения при возникновении трещин в зоне рабочей выкружки. В месте кривой обычно создается максимальная нагрузка при ограниченном уровне выносливости. Опытным путем было доказано, что микротрещины не образовываются при интенсивных нагрузках с износом головки, поскольку лишний металл удаляется трением колес по рельсам. Самое сильное напряжение создается в средней части детали, где усталостные процессы только начинаются, а на боковые части бруса износ не распространяется. В Российской Федерации установлены такие показатели срока эксплуатации кривых: R = 300-400 м – 0,05; R = 401-500 м – 0,04; R свыше 500 м – 0,03 м. При отсутствии лубрикации трещины не проявляются, но с боковой части головка сохраняет заводские очертания и находится в рамках предельно допустимой нормы.

Последние два метода существенно увеличивают срок службы в полтора-два раза.

Переукладка брусьев с заменой канта. Если радиус кривой меньше 500 или 550 м, то таким методом можно быстро решить вопрос восстановления поврежденного участка. Пришедшие в негодность окантовки, имеющие незначительный износ, легко заменяются простой сменой путем смещения нитей конструкции. Это может быть как внешняя, так и внутренняя части железнодорожного пути. Если же трещины образовались на внутренней части или произошло сильное смятие головки, то рабочие должны поменять внешний боковой рельс на внутренний, сменив при этом кант. Внутреннюю часть удаляют, а на его место укладывают новый рельс.

Общее время эксплуатации зависит от многих факторов:

• пропущенных по поверхности стальных конструкций тоннам грузов по новоуложенным рельсам,
• по переложенным рельсам с заменой рабочего канта;
• после установки ранее снятых и капитально отремонтированных брусьях.

Последние принято называть старогодными или же второй укладки. Ремонт происходит на РСП (рельсосварочных предприятиях). Где они подвергаются комплексной обработке.

В процессе оздоровления рельсы подвергаются предварительному осмотру, сортировке, дефектоскопированию, шлифовке, фрезировке, строганию, обрезке поврежденных концов, выравниванию изгибов и сварочным работам при необходимости. Все мероприятия направлены на придание головке необходимой формы. После восстановительной «терапии» рельсы марки Р65 можно укладывать методом звена или плетения на центральных путях, где максимальная нагрузка не превышает 30-40 тонн брутто и вагоны движутся со скоростью не более ста километров в час. Звенья с восстановленными конструкциями не должны быть длиннее 800 метров. На участках дороги с движением поездов со скоростью выше ста км/ч такие рельсы переукладывать категорически нельзя.

Новые изделия также подвержены образованию дефектов и одиночного рельсового выхода из строя вследствие пропускания больших объёмов тонн брутто (не менее 400 миллионов). Особенно часто появление трещин и лишнего металла свидетельствуют об отсутствии профильной шлифовки в течение длительного периода. Также из причин наличия дефектов следует назвать скольжение колес на крутых подъемах, пробуксовке в местах стыков и некачественных сварочных работах. Также могут быть обнаружены внутренние повреждения головки с примесью неметаллических включений. По статистике такие проблемы обнаруживаются в четырех случаях из восьмидесяти после пропуска как минимум 600-800 млн тонн брутто. Такие детали нуждаются в полной замене, поскольку они впоследствии могут стать причиной аварии на железной дороге из-за излома под воздействием проходящего состава. Обнаруживается проблемное место при дефектоскопировании, которое проводится специальными устройствами, установленными на вагонах, дрезинах или тележках. Как правило, размер внутренней трещины уже заметен и занимает 9-12 процентов от общей площади сечения. Сквозной излом может случиться во время прохождения состава, если площадь повреждения занимает четверть головки. Вероятность аварии увеличивается, когда температура воздуха снижается до 20 градусов мороза. Если же воздух охлаждается до -40 или даже -55 градусов по Цельсию, то излом может случиться даже при незначительном размере внутреннего дефекта.

Во время диагностики демонтированных путей обнаруживаются многочисленные повреждения, состоящие из внешних и внутренних дефектов с допустимой нормой износа. Если бы эти рельсы не проходили процесс сортировки и профильной обработки на ремонтном предприятии и были уложены на менее нагруженный участок, то трещины бы под воздействием даже малых нагрузок увеличивались, и после пропуска 50 млн тонн брутто они бы уже перешли в разряд остродефектных брусьев.

После обнаружения потребуется снять поврежденный участок железнодорожного пути, сдать его в РСП для последующей обработки.

Используемая сталь для производства рельс

Прочность изделию придает металл, из которого его изготавливают. Рельсы производят из высококачественной стали с увеличенным количеством углерода. Так повышаются микро- и макропоказатели проката. Углерод, марганец и кремний добавляют металлу прочности, необходимой твердости и износоустойчивости. Марганцевые примеси также способствуют приданию структуре вязкости. Также в списке фигурируют ванадий, титан и цирконий. Они нужны для того, чтобы металл приобрел нужную плотность и мог выдерживать максимальные объёмы грузов при различных температурных режимах. Мышьяк необходим для улучшения усталостной прочности, а вот фосфор и сера больше причиняют вреда, чем приносят пользу. Именно наличием этих элементов объясняется хрупкость и ломкость изделий с образованием трещин под воздействием низких температур.

Сталь выплавляют двумя способами:

• Мартеновским в печах вместительностью от 150 до 500 тонн. Процесс изготовления занимает несколько часов.
• Конвертерным в специальном конвертере вместительностью от 100 до 300 тонн с применением кислорода. При таком методе сталь приобретает нужную консистенцию за несколько десятков минут.

Полученные на выходе детали должны иметь однородную зернистую структуру и определенную плотность.

После изготовления конструкции подлежат дальнейшей закалке головки в масле под воздействием тока высокой частоты. Охлаждение происходит либо на открытом воздухе, либо при помощи воды.

Изделия обязаны соответствовать ГОСТу, в котором прописаны все необходимые требования. Особое значение имеет показатель временного сопротивления на растяжение. В Государственном стандарте есть три варианта таких показателей:

• Объемного закаливания первого класса должны иметь значение 1170 МПА;
• Второго класса. Такие рельсы должны иметь показатель сопротивления не ниже 1100 МПА;
• Рельсы без закаливания. Показатель имеет значения от 860 до 900 МПА.

Стальные брусья первого класса, подверженные объемному закаливанию, имеют более длительный срок эксплуатации.

Определить качество стали на готовом изделии можно по выкатанной или выпуклой маркировке, которую традиционно наносят в районе шейки на уровне двух или трех метров от края. В маркировке указывается завод, на котором изготовлено изделие, дата выплавки, вид изделия и номер по порядку, каким он был отрезан от основного прокатного слитка. На изгибе клеймовщик ставит отметку ОТК и номер плавки металла. По последнему показателю можно определить качество стали. На завершающем этапе краской отмечают особенности каждого изделия. Например, сорт металла, длину и другие необходимые данные.

• Арматура
• Балка
• Катанка
• Квадрат стальной
• Круг стальной
• Листы стальные
• Проволока
• Полоса горячекатаная
• Сетка
• Трубы круглые
• Трубы профильные
• Уголки стальные
• Фибра
• Швеллер
• Шестигранник