Желание в удлинении рельсов
Сегодня рельсы у нас укладывают длиной до 800 метров и даже более. И такие длинные рельсы мы уже называем рельсовой плетью.
До бесстыкового пути у нас был звеньевой путь с длиной рельсов 12.5 и 25 метров. А если уйти совсем далеко, то в 1890 годах у нас укладывали рельсы 5 сажени (это 10.668 м). Еще раньше у нас были рельсы 4 и 3 сажени. Сегодня это рельсовые рубки, а когда-то в царской России это были вполне себе рельсы нормальной длины.
Если порыться в старой литературе, как в нашей, так и в зарубежной, то можно увидеть склонность людей постоянно удлинять укладываемые в путь рельсы. Но зачем нам длинные рельсы?
Основной причиной конечно же является уменьшение стыков. Но в чем так провинился рельсовый стык? Почему его так невзлюбили? Совсем неочевидная на первый взгляд причина, это дополнительный расход стали. Кто разбирал стыки, наверняка, помнят тяжелые накладки. Я тут посчитал массу вместе с болтами и оказалось, что при 25 метровых звеньях набегает 5.8 тонн металла на 1 км пути. А при 12.5 метровых звеньях в 2 раза больше, 11.6 тонн на 1 км пути. Поэтому можно представить количество дополнительного металла, которое было у дедов на рельсах длиной 3 сажени. Вы только посмотрите, что предлагалось сделать.
Этот рельс предложил некий американец из города Чикаго. Про него так мало информации. Я написал немного про него. Почитайте в этой статье.
Но, а другие причины связаны с дополнительным ударным воздействием колеса об рельс в зоне стыка. Не сложно поверить, что половина работы во время выправочного ремонта состоит из устранения последствий, связанных с этими ударами. Из-за этого наши предки предъявляли к стыкам определенные требования, которые, к сожалению, противоречили друг другу. Так, человечество пыталось создать идеальный стык и в итоге пришло к сварному стыку.
Противоречивые требования к стыку
Стык должен иметь зазор достаточной ширины, чтобы не препятствовать удлинению или укорочению рельса, в связи с изменением температуры.
Но также в зоне стыка рельс должен воспринимать такие же напряжения, такой же прогиб как и за зоной стыка. Но чтобы это сделать, надо устроить сварной стык, а это уже нарушение первого требования.
Получается какой-то замкнутый круг, выйти из которого можно только каким-то компромиссом. Каким и стал самый обычный классический перпендикулярный стык с зазором.
Проблемы в зоне стыка
Основную функцию выполняют две накладки, которые стягиваются болтами и зажимаются между головкой и подошвой рельса. Накладка работает как балка, которую вот так гнет.
Верхняя часть сжимается, а нижняя растягивается. А рельс, наоборот, работает как консоль. Головка растянута, а подошва сжата.
Происходит такой интенсивной износ.
В стыке, естественно, прогиб рельса будет больше, чем в любом другом месте. Но ладно с прогибом. Траектория движения колеса резко приобретает «ломанный» вид.
Удар. Следующий, следующий. Здесь следует понимать, что промежуточные рельсовые скрепления не дают возможности рельсу свободно удлиниться. Если его раскрепить, то он удлиниться. А так, его частично сдерживают. Во время каждого такого удара рельс трясется. И эта тряска помогает ему со временем преодолевать удерживающую силу в скреплении. Его проталкивает. Так происходит угон пути.
Со временем головки рельсов сминает, из-за чего рельс выходит из эксплуатации раньше, чем он мог еще служить. Чтобы уменьшить смятие и уменьшить прогиб, в зоне стыка сдвинули ближайшие шпалы, несмотря на основную эпюру шпал.
И что только не пытались делать. Наши устраивали стыки по наугольнику, американцы устраивали стыки «вразбежку». Не помогало (подробнее читайте в этой статье).
Шпалы сдвигали вплотную, из-за чего стык получался слишком жестким. В последствии он чаще выходил из строя.
К тому же получилось труднодоступное место, из-за чего под две такие шпалы было очень тяжело «подбить» балласт.
Аналогично со стыком на одной шпале. Слишком жесткий стык. Нужна упругость. Так что лучшим решение оказался стык на весу.
А ещё каждый такой динамического удар тормозит состав. В буквальном смысле поезд теряет свою кинетическую энергию. Это называется дополнительным сопротивлением движению из-за наличия стыков.
Скорость нужно возобновлять. А для этого нужно затрачивать больше энергии. Я тут вычитал, что наш бесстыковой путь экономит 7 млн. кВтч и 3.9 тыс. т. Дизельного топлива на каждые 1000 км пути в год.
Список того, в чем провинился стык
Итак, подведем итоги.
- Из-за стыка у нас появляются дополнительные динамические удары. Из-за дополнительных динамических ударов появляется дополнительная работа во время выправочного ремонта пути;
- Из-за наличия стыков появляется дополнительный расход металла на детали стыковых скреплений;
- В зоне стыка сминается рельс, из-за чего уменьшается срок его службы;
- В стыке происходит взаимный износ рельса и накладки;
- Стык способствует угону пути;
- Стыки создают дополнительное сопротивление во время движения. Чтобы не терять из-за сопротивления скорость, приходится затрачивать больше энергии (дизельного топлива или потребляемого электричества).
Неудивительно что мы пришли к сварному стыку. Но, к сожалению, такой стык препятствует удлинению и укорочению рельса, из-за чего в нем возникают сжимающие или растягивающие напряжения.
Возникающие большие температурные напряжения из-за сварных стыков могут приводить даже к выбросу пути. О том, как это происходит, я рекомендую узнать в этой статье.
Спасибо, что прочитали, ставьте лайки 👍 и подписывайтесь!
Ролик к этой статье
