Долгие годы путь представлял собой рельсовые звенья, соединенные в стыках. Уже давно возникал вопрос о создании бесстыкового пути, т. е. такого пути, в котором рельсы были бы сварены в очень длинные плети. Создание бесстыкового пути - это резкое уменьшение числа стыков, что влечет за собой большую экономию металла за счет уменьшения потребности в накладках; болтах, шайбах, гайках. На звеньевом пути с рельсами типов Р75 и Р65 масса этих конструкций на 1 км составляет при длине рельсов 12,5 м 8,26 т и при длине 25 м - 4,13 т.
С укладкой бесстыкового пути значительно уменьшается количество стыковых соединителей для участков с автоблокировкой и электрической тягой поездов. Естественно, что это улучшает работу автоблокировки, а также исключает возможность повреждения рельсов от сверления для установки штепселей или от приварки соединителей. Отсутствие стыков уменьшает сопротивление движению поездов, что экономит топливо для тепловозов или электрическую энергию для электровозов.
Почти отсутствуют изломы рельсов по болтовым отверстиям, которые занимают значительное место среди других видов излома в звеньевом пути; исключаются удары колес о рельсы при перекатывании через зазоры в стыках и, следовательно, значительно снижается износ рельсов и колес.
Таким образом, преимущества бесстыкового пути очевидны. Однако имеются очень важные особенности в поведении рельсовой плети под влиянием меняющейся температуры.
В звеньевом пути с повышением температуры рельсы удлиняются за счет зазоров между ними в стыках; при понижении температуры зазор может раскрываться до своего максимума.
В рельсовой плети бесстыкового пути при повышении ее температуры нарастают температурные силы, стремящиеся удлинить плеть. Однако этим силам препятствуют силы трения в накладках, зажимающих концы плети, и особенно силы трения по подошве, возникающие от прижатия рельсов к шпалам в каждом узле скрепления. Если нагрев рельса будет достаточно велик, то резко увеличится в рельсовой плети продольная температурная сила. Эта сила будет сжимать рельсовую плеть и в результате может произойти выброс пути (рис. 2.2). Выброс происходит не сразу: сначала рельсы незначительно смещаются вбок; при дальнейшем нарастании продольной силы наступает резкое их боковое смещение, т. е. выброс.
Чтобы исключить возможность выброса, закрепление плетей бесстыкового пути должно производиться в определенный интервал температур, который определяется расчетом. При расчете бесстыкового пути определяют напряжения в рельсах, возникающие от действия нагрузки и температуры. От приращения температуры зависит величина продольной температурной силы, которая может вызвать потерю устойчивости (рис. 2.3). Следовательно, расчет бесстыкового пути ведется с проверкой его прочности и устойчивости.
На сети дорог бывшего СССР принята конструкция бесстыкового пути температурно-напряженного типа и в виде исключения допускается бесстыковой путь с сезонными разрядками напряжений (т. е. с производством работ для уменьшения напряжений весной и осенью) в основном для рельсов типа Р50.
Поясним, почему это так. С изменением температуры на 1 °С напряжения, приходящиеся на каждый квадратный сантиметр площади поперечного сечения рельса, меняются на 2,5 МПа¹. Пусть после укладки рельсовых плетей типа Р65 при температуре 20'С в дальнейшем их температура² возрастает до максимальной в данном районе - до 60'С. Таким образом, приращение температуры составит 60 - 20 = 40'С, а напряжения в рельсах увеличатся на 40 х 2,5 = 100 МПа. Помимо напряжений от действия температуры, в рельсах возникают еще напряжения от изгиба под действием катящихся колес. Пусть эти изгибные напряжения составят тоже 100 МПа. Тогда общее напряжение в рельсах будет равно их сумме, т. е. 200 МПа, что допустимо.
Если повторить аналогичные рассуждения для рельсов типа Р50, то при равных условиях (температура окружающего воздуха, поездная нагрузка) суммарные напряжения в них будут выше допускаемых.
В качестве интервала температур закрепление плети обычно принимается 10 'С. Он устанавливается по условиям производства работ и при необходимости его можно уменьшить до 7 'С, если это практически реализуемо. Например, при закреплении осенью, когда температура рельсов изменяется медленно.
Бесстыковой путь укладывают в прямых и кривых, имеющих радиус больше 400 м. Разрешается применять такой путь при радиусе не менее 350 м.
При колебаниях температуры возможно некоторое изменение длины концевых участков плетей. Для того чтобы это изменение длины было возможно, между рядом лежащими плетями укладывают уравнительные рельсы. Их число в зависимости от ряда условий показано на рис. 2.4. При необходимости в пролете с уравнительными рельсами укладывают изолирующие стыки.
Укладка уравнительных рельсов между концами рядом лежащих плетей обеспечивает также проведение в случае необходимости разрядки температурных напряжений в плетях (при ремонтных и других работах, связанных с временным понижением устойчивости пути; прогрохотка щебня, сплошная выправка в плане и профиле, сплошная замена балласта в шпальных ящиках и т. д.). При этом длина плетей может изменяться на значительную величину и вместо уравнительных рельсов нормальной длины в таком случае укладывают укороченные.
Стыки между уравнительными рельсами и плетями должны быть очень прочными потому, что они выдерживают большие продольные силы. При рельсах Р65 и Р75 применяют шестидырные накладки длиной 1000 мм, высокопрочные болты, затянутые ключом длиной 1000 мм. При такой длине ключа затяжка болтов гораздо сильнее, чем при длине ключа 500 мм. Шпалы на бесстыковом пути укладывают на равном расстоянии с пролетом 54,3 см при 1840 шт/км и 50 см при 2000 шт/км. По действующим техническим условиям на укладку и содержание бесстыкового пути максимальная длина плети ограничивается 950 м.
Исследованиями и практикой доказана возможность эксплуатации бесстыкового пути из рельсовых плетей длиной более 950 м вплоть до сварки рельсов на всем протяжении перегона между входными стрелками соседних станций. При этом в плеть на границах блок-участков ввариваются рельсы с клееболтовыми изолирующими стыками усиленной конструкции.
---------------------
¹ Все единицы измерения даны в СИ. Перевод единиц СИ в систему МКГСС: 1 кН ≈ 0,1 тс ≈ 100 кгс; 1 МПа ≈ 10 кгс/см².
² Положительная температура рельсов при расчетах принимается на 20 'С больше температуры воздуха, а отрицательная температура воздуха и рельса принимается приблизительно одинаковой.
образом, преимущества бесстыкового пути очевидны. Однако имеются очень важные особенности в поведении рельсовой плети под влиянием меняющейся температуры.
