Рельсовые стыки обеих рельсовых нитей должны располагаться «по наугольнику». Сегодня это требование инструкции РЖД по текущему содержанию железнодорожного пути.
По наугольнику означает то, что стыки находятся напротив друг друга. Картинка представлена ниже.
Но почему придерживаются именно такого расположения «по наугольнику», а не расположения в шахматном порядке? У шахматного порядка тоже есть название - «вразбежку». Картинка представлена ниже.
А ведь еще во времена Российской Империи между Европой и США были разногласия в расположении стыков. В США тогда доминировало расположение «вразбежку», а в Европе доминировало расположение «по наугольнику». Что касается России, то в ней также, как и в Европе доминировало расположение по наугольнику. Еще раз посмотрите на различия, но уже на схеме.
Тогда, когда не было бесстыкового пути и укладывался только звеньевой путь с стыками, люди не могли понять какое расположение стыков будет наилучшим.
Представьте, что в сидите в вагонетке, которая мчится с огромной скоростью. При каком расположении стыков вам будет наиболее комфортно? При стыках по наугольнику или при стыках вразбежку? При каком расположении вас начнет раскачивать? Где вы ощутите удары сильней, а где слабей? При каком расположении будут быстрее портиться рельсы? А теперь представьте что вы не в вагонетке, а в вагоне. И ответьте на эти же вопросы.
На эти вопросы я тоже отвечу. Постепенно, сравнивая два расположения между собой.
1 Количество шпал
Стык довольно слабое место. Два соседних рельса работают как консоли и возникающий прогиб рельсов в стыке будет естественно больше, чем прогиб на участке, где этого стыка нет.
Чтобы уменьшить этот прогиб, ближайшие шпалы сдвигают друг к другу поближе.
Остальные же шпалы раскладываются по эпюре.
Про эпюру шпал читай в этой статье 👇
Какую бы мы эпюру не выбрали, шпалы возле стыка у нас будут стоять всегда ближе. Это значит, что при увеличении длины пути, у нас из-за стыков вразбежку будет набегать дополнительное количество шпал.
А теперь смотрите на расположение на наугольнику и вразбежку.
Можно сказать, что при расположении вразбежку, количество мест на которых нужно сближать шпалы увеличивается вдвое. К тому же за каждым таким местом нужно следить, что усложняет текущее содержание пути. Поэтому здесь точно выигрывает расположение по наугольнику.
2 Боковая раскачка
Могут ли стыки приводить к боковой раскачке вагона? Конечно да. Если у нас расположение по наугольнику, то колесная пара хоть и незначительно, но все же проваливается в месте стыка. Затем следует удар и она возвращается на прежнюю траекторию движения. В идеале же мы получает вертикальные колебания. Смотрите анимацию ниже.
Но жизнь не идеальна, где-то центр тяжести немного смещен, где то шпала сдвинута, в каком-то месте балластная призма просела. В итоге мы можем получить боковую раскачку. Смотрите анимацию ниже.
В расположении же вразбежку одно колесо проваливается, а другое нет и боковая раскачка усиливается. Поэтому здесь выигрывает расположение по наугольнику.
3 Чувствительность к удару
Что касается чувствительности к удару, то в случае если вы сидите в вагонетке, то наверняка, интуитивно, вы понимаете, что страшнее будет получать поочередные удары от стыков вразбежку, которые будут вас раскачивать.
Получить боковой удар страшнее, чем одновременный удар от стыков по наугольнику. Как мы говорили ранее, получив череду таких ударов, вы гарантировано получите раскачку.
А если вы едете в тяжелом вагоне, то получите ли вы такие колебания? Получите, но намного меньше. Масса решает. Легкая вагонетка более чувствительна к удару, тяжелый вагон менее чувствителен. Поэтому в США в начале XX века доминировали стыки вразбежку. У них в сравнении с Европой ездили более тяжелые вагоны, которые естественно из-за своей массы подвергались меньшей качке, чем наиболее легкие Европейские или Российские вагоны.
Но почему штаты выбрали стыки вразбежку? Ведь в случае расположения стыков по наугольнику их вагоны получали бы еще более слабое боковое раскачивание.
4 Износ и усталость рельсов
В расположении вразбежку проваливается одно колесо. И в теории общий провал центра тяжести вагона будет вдвое меньше, чем такой провал при расположении по наугольнику. А где будет меньший провал центра тяжести, там и будет меньший динамический удар. И тем самым путь должен прослужить дольше. Но поскольку путь лежит неидеально, и по нему ездят разные вагоны, то расстройство пути что при стыках в разбежку, что при стыках по наугольнику получается в итоге одинаковым. Хочется сказать что при стыках вразбежку путь дольше прослужит, но к сожалению нет.
Но что если мы рассмотрим путь на кривой? Путь, на котором мы устроим возвышение рельса. Путь, где у нас будет действовать непогашенное устроение? Раньше считалось, что при стыках вразбежку на кривом участке пути с тяжелым подвижным составом, путь будет более устойчив, чем при стыках по наугольнику.
Под устойчивостью здесь имеется ввиду, что рельсошпальная решетка будет лучше сопротивляться динамическим ударам в стыках. Ударам, которые будут пытаться сломать геометрию криволинейной оси пути.
С приходом же автоматизации, с возможностью укладки краном целого звена рельсошпальной решетки, стык по наугольнику выбил доминирующий стык вразбежку в США. Такое удобство и быстрота строительства полностью оправдало расположение стыков по наугольнику.