История развития рельсов
Первые колейные дороги — предшественники железнодорожных путей — появились еще в Древнем мире. В Древнем Египте, Греции и Риме для перемещения тяжелых грузов строили специальные каменные дороги с колеями для колёс повозок.
А в 16 веке на рудниках и в угольных шахтах появились первые рельсы, сделанные из дерева. Они представляли собой деревянные брусья-лежни и позволяли лошади везти груз в 4 раза больше, чем по обыкновенной грунтовой дороге. Однако они быстро изнашивались, и их стали укреплять железными или чугунными полосами.
В 18 веке появились чугунные рельсы. Одна из первых чугунных дорог длиной около 160 метров была построена на Александровском заводе в Петрозаводске. Движение по ней было в 12 раз легче, чем по обыкновенным грунтовым дорогам.
Следующей ступенью эволюции железнодорожных путей стало изобретение выпуклых рельсов с эллиптической формой катания, введённых горным инженером Петром Фроловым, сыном знаменитого российского гидротехника Козьмы Фролова.
Колёса имели жёлоб, соответствующий форме головки рельса. Эти рельсы стали прообразом современного железнодорожного рельса. Скорости первых локомотивов на таких путях могли превышать 50 км/ч, что резко увеличило нагрузки на полотно.
Первоначально рельсы были чугунные, но постепенно их стали вытеснять стальные. И по сей день во всем мире используются только рельсы из стали, металл которых содержит (помимо углерода) кремний, марганец и другие добавки, улучшающие их качество.
Первая в мире железная дорога со всеми ее основными элементами — насыпями, выемками, виадуком, мостом через реку — была также создана Петром Фроловым. Она была построена на Змеиногорском руднике Колывано-Воскресенских заводов на Алтае.
В 1837 году была построена железная дорога Петербург-Царское село протяжённостью 27 км. Ширина колеи этой дороги составляла 1829 мм.
Следующим гигантским шагом в развитии железных дорог в России стало появление линии Петербург-Москва в 1851 году. На ней впервые были применены широкоподошвенные рельсы, изготовленные на Людиновском заводе.
Ширина колеи по настоянию инженера Павла Мельникова составила 5 футов – 1524 мм. Впоследствии выбор этого размера сыграл большую роль в российской истории — подробнее можно прочитать в статье Алексея Вульфова на нашем сайте.
Уже в 1913 году протяжённость железнодорожной сети превышала 70 тысяч километров. В пути лежали рельсы лёгких типов. К 1940 году грузооборот железных дорог увеличился еще в 5 раз. Существенная часть путей была разрушена во время Великой Отечественной войны, а впоследствии восстановлена.
Конструкции верхнего строения пути постоянно совершенствовались: на главных советских маршрутах укладывался бесстыковый путь рельсами типов Р65 и Р75, на грузонапряженных линиях применялись закаленные и легированные рельсы, совершенствовались промежуточные скрепления.
В конце 80 годов прошлого века длина сети железных дорог составляла примерно 145 тысяч км.
Профиль рельса поменялся мало, но зато заметно увеличился вес — с 20-22 до 75-77 кг/м. Для широкой колеи в Западной Европе в настоящее время применяют рельсы массой 54-60 кг/м в Западной Европе, 65-75 кг/м в СНГ, 66-70 кг/м в США, Канаде и Австралии.
Более тяжёлый рельс распределяет давление колёс на большее число шпал, что замедляет их износ, уменьшает истирание и измельчение частиц балласта.
В некоторых странах на малодеятельных и станционных путях все ещё применяются легкие рельсы массой 33-44 кг/м. Такие же рельсы используются на узкоколейных дорогах.
Вместе с рельсами менялись и шпалы — сначала они были деревянными, потом их стали пропитывать антисептиком для значительного увеличения срока службы, а с 1950 года в мире стали широко применяться железобетонные шпалы.
Профиль рельсов
Форма рельсов менялась со временем. Существовали уголковые, грибовидные, двухголовые, широкоподошвенные рельсы. Современные широкоподошвенные рельсы состоят из головки, подошвы и шейки, соединяющей головку с подошвой. Поверхность катания делается выпуклой для передачи давления колёс по вертикальной оси рельса. Сопряжение поверхности катания с боковыми (вертикальными) гранями головки делается по кривой радиусом, близким к радиусу выкружки гребня колеса.
Сопряжение головки и подошвы с шейкой рельса делается особенно плавным, а шейка рельса имеет криволинейные очертания, что обеспечивает наименьшую концентрацию местных напряжений. Подошве рельса придают достаточную ширину для обеспечения боковой устойчивости рельса и достаточной площади опоры для крепежных накладок.
Вы когда-нибудь задумывались, почему профиль рельса выглядит так, как выглядит, и не круглый или квадратный?
С монолитным блоком потребуется слишком много материала и, следовательно, очень металлоемко и дорого. Учитывая протяженность железнодорожных магистралей, это очень важный фактор.
В прошлом было много решений и для сохранения сегодняшних форм горизонтальная подошва внизу обеспечивает плоскую «стойку» рельса и позволяет крепить рельс на шпалах (с дополнительными креплениями), посередине вертикальная шейка, а вверху – плоскость катания, служащая протектором. Это движущая поверхность и направляющий элемент.
Существует несколько видов рельсов — широкой и узкой колеи, рудничные, крановые, рамные, контррельсовые, остряковые, трамвайные, усовиковые.
Они отличаются целой серией характеристик — массой, категорией качества, способом выплавки и противофлокенной обработки, видом исходных заготовок и т.п.
Длина стандартного железнодорожного рельса, производимого рельсопрокатными заводами в России, составляет 12,5; 25,0; 50,0 и 100 метров. Для укладки на внутренних нитях кривых участков пути выпускаются укороченные рельсы. Длина бесстыковых плетей («бархатный путь») обычно находится в пределах от 400 м до длины перегона. Использование более длинных рельсов и сварных рельсовых плетей снижает сопротивление движению поездов, уменьшает износ подвижного состава и расходы на содержание пути. При переходе на бесстыковой путь сопротивление движению поездов уменьшается на 5—7 %, экономится около четырёх тонн металла на километр пути за счёт отсутствия стыковых скреплений.
Основной характеристикой рельса, дающей представление о его «мощности», является масса одного погонного метра рельса в килограммах. При выборе типа рельса учитывается грузонапряженность линии, осевая нагрузка, скорость движения поездов.
Более тяжелый рельс распределяет давление колёс подвижного состава на большее число шпал, в результате чего замедляется их механический износ, уменьшается истирание и измельчение частиц балласта. При увеличении массы рельсов уменьшается расход металла на единицу пропускаемого тоннажа, сокращаются расходы по замене рельсов из-за увеличения срока их службы.
Материал рельсов
Рельсы для железнодорожного транспорта изготавливаются из углеродистой стали. Качество рельсовой стали определяется её химическим составом, микроструктурой и макроструктурой.
Углерод повышает твёрдость и износостойкость стали. Однако большое содержание углерода, при прочих равных условиях, делает сталь хрупкой, химический состав при повышении содержания углерода должен выдерживаться более жестко, особенно в отношении вредных примесей. Легирующие добавки типа марганца повышают твёрдость, износостойкость и вязкость стали. Кремний увеличивает твёрдость и износостойкость. Мышьяк увеличивает твёрдость и износостойкость стали, но в больших количествах уменьшает ударную вязкость.
Ванадий, титан, цирконий — микролегирующие добавки, улучшают структуру и качество стали.
Фосфор и сера являются вредными примесями, повышающими хрупкость стали. Большое содержание фосфора делает рельсы хладноломкими, большое содержание серы — красноломкими (образуются трещины при прокате).
Микроструктура рельсовой стали представляет собой пластинчатый перлит с прожилками феррита на границах перлитовых зёрен. Твёрдость, сопротивление износу и вязкость достигается приданием стали однородной сорбитной структуры при помощи термической обработки путём поверхностной (на 8—10 мм) закалки головки или объёмной закалки рельса. Объёмнозакаленные рельсы имеют повышенную износостойкость и долговечность. Макроструктура рельсовой стали должна быть мелкозернистой, однородной, без пустот, неоднородностей и посторонних включений.
Повышение скоростей поездов и осевых нагрузок требует и соответствующего высокого качества верхнего строения железнодорожных путей. Обеспечивать его помогает постоянное совершенствование нормативно-технической базы.
Крупнейшими производителями рельсов на территории стран ЕАЭС являются ЕВРАЗ и Мечел, Актюбинский рельсобалочный завод.
Рельсы трамвайные — Атлантик-М — Материалы для железных дорог
Изготовление и параметры
Рельсы трамвайные производятся из специальных марок стали (М75 и М76, согласно требованиям ТУ 14-2Р-320-96) на рельсопрокатных станах. В отдельных случаях рельсы изготавливаются методом литья, например, рубки для кривых малых радиусов и элементы стрелочных переводов.
Трамвайным рельсам предъявляются следующие обязательные требования:
- строго нормированные твердость и прочность;
- гибкость, для возможности устройства круговых и переходных кривых.
Длина трамвайного рельса составляет 12,5 метров, железнодорожного — 25 метров. Допуск не более 10 миллиметров. Допустимая равномерная кривизна рельса со стрелой прогиба в горизонтальной плоскости не должна превышать 1/2200 его длины, а в вертикальной – 1/1000 его длины в сторону подошвы.
Кривизна концов не должна быть больше 0,5 миллиметров.
Существенным отличием железнодорожных рельсов от трамвайных является наличие специального желоба у последних. За счет вхождения реборды колес обеспечивается прохождение трамвая по кривой меньшего радиуса.
Обозначение
Трамвайные рельсы, применяющиеся для монтажа на специальных плитах и шпалах, состоят из подошвы, шейки, головки и губки.
Буквой «Т» обозначают рельсы трамвайные, а буквой «Р» железнодорожные. Тн и Тв – обозначение низкого и высокого рельса соответственно. Цифры в маркировке означают массу в килограммах одного метра рельса. Например, Тв-65 означает высокий трамвайный рельс, масса одного метра которого составляет 65 килограммов.
Виды рельсов и их применение
В соответствии со СНиП 2.05.09-90 «Трамвайные и троллейбусные линии» в трамвайных путях могут применяться такие типы рельсов:
- железнодорожные рельсы, при самостоятельном и обособленном полотне, в тоннелях скоростного трамвая;
- рельсы желобчатые трамвайные, при совмещенном полотне;
- бесшеечные трамвайные рельсы, имеющие низкий профиль и, благодаря этому, уменьшающие строительную высоту верхнего строения пути.
Рельсы бесшеечные используются повсеместно при плановом и текущем ремонтах ВСП на путепроводах и в местах пересечений с коммуникациями. Раньше в России изготавливали тип бесшеечных рельсов РТЖБ-58, но сегодня производство прекращено. Вместо них используются аналоги EC LK1 стандарта PT-W-411/a/98.
Рельсы бесшеечные используются повсеместно при плановом и текущем ремонтах ВСП на путепроводах и в местах пересечений с коммуникациями. Раньше в России изготавливали тип бесшеечных рельсов РТЖБ-58, но сегодня производство прекращено. Вместо них используются аналоги EC LK1 стандарта PT-W-411/a/98.Трамвайные рельсы с губкой имеют несимметричную сложную форму, поэтому стоят дороже, чем типовые. Эти тип рельсов используются для укладки в кривых и прямых участках пути, позволяют избежать схода колесной пары при проявлении угла в плане. Для кривых участков пути рельсы имеют увеличенную ширину губки. В прямых участках такие рельсы предназначаются также для сохранения асфальтового покрытия от повреждения, а также его попадания в зону прохождения колесных реборд. В кривых участках губка играет роль контррельсов, работая гораздо более эффективно типовых контррельсов.
Рельсы желобчатые бывают:
- Тв60 (Т58), применяются при совмещенном полотне;
- Тв65 (Т62), РТ62 и РТ62Е рельсы трамвайные ГОСТ используются при укладке пути в кривых малых радиусов, на путепроводах, мостах и насыпях более 2 метров высотой;
- Р43 (не легче), применяются в ремонтных мастерских и при укладке путей в депо;
- РТ58 и РТ60Е для укладки в прямых участках пути.
В странах ЕС, где поддерживается стандарт EN 14811, используют рельсы следующих типов: 60R1, 60R2, 62R1 и 62R2. Существенной разницей между европейскими и отечественными рельсами является ширина подошвы: в России она составляет 150 миллиметров, а в странах ЕС – 180 миллиметров.
По изготовлению рельсы бывают:
- Х – повышенной точности;
- Y – нормальной точности.
По прямолинейности делятся на следующие классы:
- А – повышенной прямолинейности;
- В – высокой прямолинейности.
В зависимости от вида термического упрочнения бываю рельсы:
- НТ – нетермоупрочненные;
- Т – с термически упрочненной поверхностью катания и желоба.
По наличию на концах болтовых отверстий рельсы бывают:
- 2О – с отверстиями;
- БО – без отверстий.
Сейчас на путепроводах и мостах при реконструкции путей на совмещенном полотне начали использоваться бесшпальные конструкции, которые были разработаны институтом МосгортрансНИИПроект.
Соединение рельсов
Трамвайные рельсы соединяются между собой контактной или алюмотермитной сваркой, по новым технологиям. Для предупреждения температурного расширения в некоторых местах рельсы крепят между собой болтовыми соединениями через накладки. Для обеспечения неразрывности электроцепи дополнительно примеряют проводники, приваривая их к концам рельсов с нерабочей грани.
Параллельные трамвайные рельсы крепятся специальными стержнями, которые служат для обеспечения постоянного расстояния между рельсами.
При использовании железнодорожных рельсов на кривых применяют контррельс. Там, где железнодорожные рельсы должны переходить в трамвайные, контррельс должен устанавливаться не менее чем за 3 метра до начала кривого участка. Причем, ширина желоба у концов контррельса не должна быть меньше 60 миллиметров, а через 0,8 метра – не более 35-40 миллиметров.
Объяснитель: шпалы и нагруженные рельсы: почему британские поезда борются с жарой — старые дебаты о том, почему британская железнодорожная сеть борется с жарой.
Когда уровень ртути резко вырос, британские железнодорожные компании ввели ограничения скорости на сети из-за риска того, что экстремальные температуры могут привести к изгибу металлических рельсов и провисанию воздушных линий электропередач, что означает, что поездки будут занимать больше времени, чем обычно. читать дальше
Ниже приводится объяснение британской железнодорожной сети и того, почему она не всегда может работать на полной скорости и пропускной способности в самые жаркие дни, в отличие от европейских, где движение почти не пострадало.
НАПРЯЖЕННЫЕ РЕЛЬСЫ
Рельсы подвергаются предварительному напряжению, чтобы помочь им противостоять высоким температурам, при этом британские рельсы имеют безнапряженный уровень 27 по Цельсию. Другие страны выбирают другие температуры.
По данным Network Rail, когда температура воздуха достигает 30 градусов по Цельсию, температура на рельсах может быть до 20 градусов выше, и части пути не выдерживают таких уровней.
Последние обновления
ВеликобританиякатегорияНасилие возле британского отеля для просителей убежища привело к 15 арестам, статья с галереей больше историй
Компания Network Rail, которая владеет и управляет британскими железнодорожными путями протяженностью 20 000 миль и 30 000 мостов, туннелей и виадуков, заявила, что внедрение систем, подходящих для более высоких дней в Британии.
Также было сказано, что рельсы, нагруженные в той же степени, что и рельсы в очень жарких странах, могут сделать их менее устойчивыми к низким температурам зимой.
КОНСТРУКЦИЯ
Большая часть железнодорожных путей в Великобритании состоит из обычных путей с балластом, которые состоят из шпал и балластных камней, используемых для удержания рельсов на месте.
Стальной рельс может значительно расширяться или сужаться летом и зимой, толкая и вытягивая железную дорогу из формы.
Движение поездов также создает силы на пути. Чем выше скорость, тем больше сила поезда. Когда к давлению добавляется тепловое расширение, британским поездам приходится снижать скорость, чтобы уменьшить прилагаемые ими дополнительные силы.
В некоторых странах, где сила высоких температур не может быть сдержана шпалами и балластом, для удержания рельсов на месте используется сплошная бетонная плита. Network Rail сообщает, что установка плитного пути стоит примерно в четыре раза дороже, чем установка стандартного балластного пути.
Только некоторые маршруты используют это в Великобритании.АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ВАРИАНТЫ
Части гусеницы окрашены в белый цвет, чтобы меньше поглощать тепло. Рельс, окрашенный в белый цвет, может быть на 5-10 градусов Цельсия холоднее, чем неокрашенный. Датчики используются в сети для контроля температуры и соответствующей установки скорости движения поездов.
На вопрос, возобновится ли нормальная работа в среду, когда ожидается понижение температуры, Джейк Келли из Network Rail сказал, что это будет зависеть от «ущерба, который погода нанесет инфраструктуре в течение следующих нескольких дней».
Репортаж Кейт Холтон Под редакцией Марка Хайнриха
Наши стандарты: Принципы доверия Thomson Reuters.
Что такое железнодорожные шпалы, как укладывают железнодорожные пути и что входит в состав железнодорожных путей? — Fun Kids
Узнайте больше с Бекс и Дэном!
Дэн и Бекс из Fun Kids отправляются в путешествие по железной дороге и думают о том, как передвигаются поезда!
Все знают, что поезда ходят по рельсам, но что такое путь? Путь, пожалуй, самая важная часть железной дороги.
Без него поезда никуда не ходят!Путь состоит из параллельных стальных стержней, которые направляют и поддерживают поезда. Некоторые пути также могут передавать электричество для силовых поездов. Давайте сломаем это!
Трек состоит из нескольких битов. Во-первых, у вас есть рельсы — это длинные металлические полосы, по которым движутся колеса поезда. Поскольку они металлические, на них могут влиять изменения температуры, что может привести к их расширению и сжатию.
Шпалы — это горизонтальные опоры, которые лежат под рельсами и помогают удерживать их на месте. Они могут быть деревянными, бетонными или металлическими. Специальные крепления соединяют рельс со шпалами.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше!
Балласт. Он состоит из камней неправильной формы, которые проходят под дорожкой и вокруг нее, образуя основу, которая помогает отводить воду и удерживает дорожку на месте.
Для его укладки используются специальные машины, чтобы он был устойчивым и ровным.
Иногда на гусенице вообще нет балласта! Это называется дорожкой из плит, и дорожка крепится к бетонному основанию. Это довольно распространено в туннелях и вокруг станций, а также там, где вы хотите уменьшить шум.
Наряду с параллельными рельсами существуют также стрелочные переводы или стрелки – подвижные участки пути, направляющие поезда с одного пути на другой. Им приходится много изнашиваться — на оживленных линиях ежедневно по пунктам проезжают сотни поездов.
Обычно каждое долото имеет длину около 20 метров, и раньше их соединяли болтами с помощью кусков металла, называемых накладками. Вот откуда стук-щелк…
Щелчок-цок — это просто колеса, проезжающие через эти маленькие щели!
Эти звуки, возможно, остались в прошлом, хотя сегодня большинство рельсов сварено вместе. Это не только делает их прочнее и проще в уходе, но и уменьшает количество зазоров.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше!
Более тихие поезда, движущиеся по более гладким путям, хороши не только для людей внутри самого поезда…
Людей, живущих рядом с железными дорогами, могут раздражать шумы и вибрации от рельсов и поездов.
Только некоторые маршруты используют это в Великобритании.
Без него поезда никуда не ходят!
