История развития конструкции полувагона

Металлические поверхности  изнутри напылены жестким пенополиуретаном толщиной 5 мм. Дуги крыши расположены  с наружной стороны вагона, что  облегчает работы, связанные с таким напылением. Исходя из допустимой нагрузки от колесной пары на рельсы 245 кН ВНИИЖТ разработал параметры двух конструкций крытых вагонов: 1) габарита 1-ВМ грузоподъемностью 73 т с тарой 27 т и объемом кузова 140 м³ и 2) габарита Т грузоподъемностью 72 т с тарой 28 т, объемом кузова 165 м³. Общая длина каждой из конструкций 16,97 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Общие сведения о конструкции железнодорожного пути

2.1 Конструкция нижнего строения пути

Нижнее строение пути – совокупность устройств и сооружений, позволяющих физически закрепить в плане и профиле трассу ЖД как ось непрерывной полосы (полотна) для размещения верхнего строения пути.

Земляное  полотно (ЗП), служит основанием для  укладки верхнего строения пути и  представляет собой полосу земли, спланированную в соответствии с продольным и поперечным профилями линий. Виды земельного полотна: выемка, насыпь, основная площадка, поперечный профиль. Выемка -  инженерное сооружение, основная площадка которого расположена ниже поверхности земли. Выемка имеет два откоса рисунок 1.

Рисунок 1 - Выемка на железной дороге

Основные элементы выемки рисунок 2:

1) кюветы – продольные канавы для отвода воды с каждой стороны основной площадки;

2) основная площадка выемки – поверхность выемки, на которую укладывается ВСП;

3) кавальер – вспомогательная насыпь из удаленного при сооружении выемки грунта;

4) нагорные канавы – сооружаются на склонах выше выемки для перехвата и отвода воды выемки;

5) банкет сооружается на полосе между кавальером и бровкой откоса выемки, с поперечным уклоном в сторону от откоса для отвода воды в забанкетную канаву;

6) откос выемки – боковая наклонная часть выемки. 

 

 

 

Рисунок 2 - Типовой поперечный профиль  однопутной выемки

2.2 Конструкция верхнего строения пути

2.2.1 Конструкция и основные  размеры балластной призмы

Основным назначением  балластного слоя является восприятие давления от шпал и равномерное распределение его на основную площадку земляного полотна, обеспечение устойчивости шпал под воздействием вертикальных и горизонтальных сил, обеспечение упругости подрельсового основания и возможности выправки рельса - шпальной решетки в плане и профиле, отвод от нее поверхностных вод. Балластный слой не должен задерживать на своей поверхности воду, предохранять основную площадку от переувлажнения. Материал для балласта должен быть прочным, упругим, устойчивым под нагрузкой и атмосферными воздействиями, дешевым. Кроме того, он не должен дробиться при уплотнении, пылить при проходе поездов, раздуваться ветром, размываться дождями, прорастать травой. В качестве балласта используют сыпучие, хорошо дренирующие упругие материалы: щебень, гравий, песок, отходы асбеста, ракушечник. Балластом на магистральных линиях обычно служит щебень фракции 25-60 мм, на менее деятельных линиях - гравий, доменные шлаки, песок. Лучшим материалом для балласта является щебень из естественного камня, валунов и гальки.

Путевой щебень, применяемый  на железных дорогах России, выпускают двух основных фракций с размерами частиц от 25 до 60 и от 25 до 50 мм. Для балластировки станционных путей и строительных целей стандартом предусмотрен также выпуск мелкого щебня фракции от 5 до 25 мм. Щебень хорошо пускает воду, не смерзается в зимнее время, оказывает в 1,5 раза большее сопротивление продольному сдвигу и допускает в 2 раза большее вертикальное давление по сравнению с песчаным балластом, превышает срок службы балласта из любого другого материала. Однако щебень быстрее загрязняется различными сыпучими материалами (углем, торфом, рудой), просыпающимися на путь при перевозках. Для предохранения щебня от загрязнения грунтом при вдавливании в земляное полотно, а также для уменьшения расхода щебня его укладывают на песчаную подушку.

Гравийный и гравийно-песчаный балласт получают в результате разработки естественно образовавшихся отложений  гравия и крупнозернистого песка. Такой  балласт дешевле щебня, меньше загрязняется, но вместе с тем менее устойчив к нагрузкам, хуже пропускает воду и может смерзаться в зимнее время.

Асбестовый балласт  представляет собой отходы асбестового  производства в виде раздробленных горных пород с присутствием мелких свободных волокон асбеста. При достаточно высокой несущей способности, малой засоряемости, больших удобствах выправки пути асбестовый балласт имеет и недостатки — сильно пылит при высоких скоростях движения и недостаточно устойчив против размыва ливневыми дождями.

Ракушка, как балласт, имеет местное значение и применяется  только на малодеятельных линиях. Песчаный балласт является наихудшим из балластов, поэтому его применяют только на малодеятельных линиях, станционных путях и в качестве подушки под щебеночный и асбестовый балласт.

Балластный  слой укладывается в путь в виде призмы, которая имеет откосы крутизной, как правило, 1:1,5 и верхнюю часть, ширина которой устанавливается техническими условиями. 

1 — щебень, 2 песок.

Рисунок 3 - Поперечный профиль балластной призмы

для главных путей двух путной линии 

Основные  размеры балластной призмы в зависимости  от типа верхнего строения пути даны в  таблице 1.

Таблица 1

Тип верхнего строения пути	Размер
	a	b	e
Нормальный	25/30*	20	25
Тяжелый	30/35	20	35
Особо тяжелый	35/40	20	45
*Числитель – для деревянных, знаменатель – для железобетонных шпал.

 

На линиях скоростного  движения пассажирских поездов путь должен укладываться на щебеночный балласт с размерами призмы не менее установленных для тяжелого типа верхнего строения пути, а при груза напряженности свыше 50 млн. т-км/км в год ширина балластной призмы дополнительно увеличивается еще на 20 см, а толщина - на 5 см. Наименьшая толщина балластного слоя под шпалами на приемоотправочных путях станций принята 30 см, а на прочих станционных путях — 25 см. Все основные направления сети железных дорог России имеют на главных путях щебеночный балласт.

В процессе эксплуатации балласт загрязняется, что ухудшает его дренирующие свойства. В связи  с этим щебеночный балласт периодически очищают, а гравийный и песчаный заменяют и пополняют. Для снижения затрат труда на устранение расстройств балластного слоя и повышения его стабильности применяют обработку щебня вяжущими полимерными материалами. Для уменьшения засорения балласта и снижения потерь грузов в пути запрещена погрузка сыпучих грузов в вагоны с неисправным полом и дверями, погрузка угля с «шапкой», которая сдувается ветром и осыпается на путь. Применяется обработка сыпучих грузов в вагонах после погрузки специальными растворами, образующими прочную пленку, препятствующую выдуванию груза. 

2.2.2 Конструкция и основные  размеры шпал

Шпалы являются основным видом подрельсовых оснований и  служат для восприятия давления от рельсов и передачи его на балластный слой. Кроме того, шпалы предназначены также для крепления к ним рельсов и обеспечения постоянства ширины колеи. Помимо шпал, к подрельсовым основаниям относятся мостовые и переводные брусья, отдельные опоры в виде полу шпал, а также сплошные опоры в виде плит и рам. Шпалы должны быть прочными, упругими, дешевыми и обладать достаточным сопротивлением электрическому току. Эпюра шпал (число шпал на 1 км) обычно равна 1440-2200 шт/км (на отечественных ж. д.- 1840-2000 шт/км). Материалом для шпал служит дерево, железобетон, металл. На всех железнодорожных магистралях мира более мощные рельсы обычно укладывают на железобетонные шпалы. На тех железных дорогах, где не предъявляются требования к скоростям движения и самое движение не напряженное широко используются деревянные шпалы, в некоторых странах - металлические. 

Начиная с 1957 г. на железных дорогах СССР получили широкое применение железобетонные шпалы рисунок 4 с предварительно напряженной арматурой. Достоинством их является долговечность (40—50 лет), обеспечение высокой устойчивости пути, плавность движения поездов, что объясняется одинаковыми размерами и равной упругостью шпал. Кроме того, применение железобетонных шпал позволяет сберечь древесину для других нужд народного хозяйства. Благодаря указанным качествам они уложены уже на главных путях всех основных направлений сети и в том числе на участках скоростного движения поездов.

 

Рисунок 4 – Железобетонная шпала

К недостаткам железобетонных шпал относятся большая масса, токопроводимость, высокая жесткость, сложность крепления  рельсов к шпале. Для повышения  упругости пути на железобетонных шпалах под рельсы укладывают амортизирующие прокладки. Во избежание утечки электрического тока рельсовые скрепления имеют специальную конструкцию с электроизоляционными деталями. Железобетонные шпалы изготовляют из тяжелого бетона с арматурой из стальной углеродистой холоднотянутой проволоки периодического профиля диаметром 3 мм. Порядок расположения шпал по длине рельсового звена, как выше упоминалось, называют эпюрой шпал. На железных дорогах СССР применяют четыре эпюры, соответствующие укладке 1440, 1600, 1840 и 2000 шпал на 1 км пути. На опытных участках железных дорог проходят испытания блочные железобетонные подрельсовые основания в виде сплошных плит и рам. Предполагается, что такие конструкции повысят стабильность пути и уменьшат загрязнение балласта. На станциях метро и при устройстве смотровых канав в депо вместо сплошных шпал используются полушпалы, втопленные в бетон.

2.2.3 Конструкция и основные  размеры рельсов

Рельсы предназначены  для направления движения колес  подвижного состава, восприятия нагрузки от него и передачи ее на шпалы. Кроме  того, рельсы используются на участках с автоблокировкой как проводники сигнального тока, а при электротяге - обратного тягового тока. 
Для надежной работы рельсы должны быть достаточно прочными, долговечными, износоустойчивыми, твердыми и в то же время нехрупкими, так как они воспринимают ударно-динамическую нагрузку. Материалом для рельсов служит высокопрочная углеродистая сталь. В зависимости от массы и поперечного профиля рельсы подразделяются на типы Р50, Р65 и Р75. Буква Р означает «рельс», а цифра - округленную массу 1 м в килограммах. До 1962 г. в путь укладывали также рельсы типа Р43. Поскольку наибольшее воздействие на рельс оказывает вертикальная нагрузка, стремящаяся изогнуть его, наиболее рациональной формой рельса считается двутавровая, обеспечивающая одновременно и меньший расход металла. Основные размеры рельсов Р50 даны в таблице 2. Профиль рельса показан на рисунке 5. 

 

Таблица 2 – Основные размеры рельса Р50

Тип рельса	Масса, кг/м	Размеры, мм
		Высота			Ширина головки понизу	Толщина шейки	Ширина подошвы
		рельса	головки	подошвы
Р50	51,67	152	42	27	72	16	132

 

1 - головка  рельса, 2 - шейка, 3 - подошва 

Рисунок 5 - Профиль рельса

Выбор того или иного  типа рельсов зависит от груза напряженности линии, нагрузок и скоростей движения поездов. Сроки службы рельсов измеряются количеством проследовавшего по ним тоннажа и в среднем до их перекладки составляют для Р50— 350 млн. т. Повышение сроков службы рельсов достигается комплексом взаимосвязанных мероприятий: увеличением массы рельсов, повышением качества рельсовой стали, ее терма упрочнением и легированием, совершенствованием поперечных профилей, улучшением условий работы рельсов за счет безстыкового пути, шлифовки поверхности катания и смазки боковой рабочей грани головки в кривых и др. Для замены выявленных дефектных рельсов на каждом километре пути имеется так называемый километровый запас рельсов, хранящихся на специальных станках.

2.2.4 Конструкция рельсовых  скреплений

Рельсовый путь представляет собой две непрерывные  рельсовые нити, расположенные на определенном расстоянии друг от друга. Это обеспечивается за счет крепления  рельсов к шпалам и отдельных  рельсовых звеньев между собой. Рельсы к шпалам крепят с помощью  промежуточных скреплений, которые должны обеспечивать надежную и достаточно упругую связь рельсов со шпалами, сохранять постоянство ширины колеи и необходимую подуклонку рельсов, не допускать продольного смещения и опрокидывания рельсов. При железобетонных шпалах они должны, кроме того, обеспечивать электрическую изоляцию рельсов и шпал. Промежуточные скрепления бывают трех основных видов: нераздельные, смешанные и раздельные. При нераздельном скреплении рельс и подкладки, на которые он опирается, крепятся к шпалам одними и теми же шурупами, а при смешанном скреплении подкладки, кроме того, крепятся к шпалам дополнительными костылями. Раздельное скрепление показано на рисунке 6.

 

  
1 - клемный прижимной болт, 2 - клемма, 3 - изолирующая втулка, 4 - закладной болт, 5 - анкерная шайба, 6 - прокладка, 7 - резиновая подкладка, 8 - подкладка металлическая, 9 - плоская шайба;

10 - шайба пружинная двухвитковая

Рисунок 6 - Раздельное скрепление типа КБ для железобетонных шпал

При раздельном скреплении рельс крепится к подкладкам жесткими или упругими клеммами и клемными болтами, а подкладки к шпалам - болтами или шурупами. Достоинствами раздельных скреплений являются возможность смены рельсов без снятия подкладок, большое сопротивление продольным усилиям, обеспечение постоянства ширины колеи. Поэтому постепенно переходят к нему, хотя оно несколько дороже и сложнее по конструкции. Кроме того, раздельное скрепление не требует дополнительного закрепления пути от угона и дает снижение эксплуатационных расходов по сравнению с другими видами скреплений.