Когда в последний раз вы шли вдоль железнодорожных путей в жаркий летний день? Обращали ли вы внимание, что современные магистрали РЖД почти без стыков? Возможно, вы даже не подозревали, что пока вы идёте вдоль путей, рельсы рядом с вами находятся под огромным напряжением. Они могут быть сжаты силой до 100 тонн — и всё это из-за рельсовых скреплений, установленных на каждой шпале, которые не позволяют рельсовой стали удлиняться при повышении температуры.
Не беспокойтесь, это совершенно нормальный режим работы бесстыкового пути. Железнодорожники контролируют сжимающие напряжения и закладывают запас устойчивости рельсошпальной решётки как минимум в 1,5 раза. Однако, справедливости ради, стоит признать, что на всех железных дорогах мира (и на наших тоже) иногда случается так называемый "выброс пути".
Это происходит, когда сжимающие усилия становятся уж слишком высокими, и рельсы выталкивает вбок. И, как ни странно, рельсы достигают своей цели — они действительно удлиняются.
Выброс пути часто происходит из-за внезапного дополнительного нагрева. Представьте себе, что всего 1 градус добавляет к нашему рельсу типа Р65 сжимающее усилие в 2,1 тонны. Это довольно много, и такого давления не было бы, если бы удлинению рельса не мешали скрепления, установленные на каждой шпале. Концы рельсовой плети то удлиняются, но основная её часть остаётся неподвижной — уж слишком много скреплений её удерживают.
И как вы понимаете, если скрепления выйдут из строя, вероятность выброса резко возрастает. То же самое касается и щебня, в котором лежат шпалы — он тоже препятствует выбросу. Если же камни не дадут рельсошпальной решетке сдвинуться, то выброс пути может произойти вверх.
В Европе красят рельсы, чтобы уменьшить их нагрев
Я уже рассказывал вам об опыте покраске рельсов на заграничных железных дорогах. Технология пришла, по сути, из Италии и её потихоньку внедряют уже не только в Европе, но и в Бразилии, Австралии и других странах.
В России она вовсе отсутствует, в РЖД про неё особо-то и не говорят. Зато у нас эту технологию часто высмеивают в сети, шутя, что какой-то чиновник приобрёл завод белой краски и теперь пытается научно обосновать эту идею.
На самом деле, за границей проведено множество подобных исследований. Красят не только рельсовые рубки в лабораторных условиях, но и целые участки действующих железнодорожных путей, чтобы понять, как различные покрытия могут предотвратить дополнительный нагрев.
Стоит уточнить, что краска не охлаждает рельсы, а лишь предотвращает избыточный нагрев на солнце. Ведь в жаркие летние дни температура рельсов будет значительно выше температуры воздуха, что вызовет дополнительные сжимающие усилия.
Также обратите внимание, что обычно рельс красят не полностью, а оставляют участок рабочего канта, где происходит непосредственное взаимодействие колеса и рельса.
В нижеприведённой таблице представлено американское исследование, которое выделяет два ключевых показателя для оценки эффективности различных покрытий.
Первый показатель — "снижение температуры" — показывает, насколько покрытие помогает снизить нагрев по сравнению с непокрытом рельсом.
Второй показатель — "максимальный прирост" — показывает, насколько температура рельса выше температуры воздуха.
Исследование показало, что неорганические покрытия наиболее эффективны.
Также обратите внимание, что без покрытия рельс нагрелся выше температуры воздуха на 18,7 градусов. У нас же, в расчетах на РЖД предполагается, что рельсы нагреются выше на 20 градусов. Так что если температура на улице составляет 35 градусов, рельсы в теории нагреются до 55 градусов.
А что такое 20 градусов? Это дополнительные 42 тонны сжимающей силы для наших рельсов Р65. Многовато, не правда ли?
Если мы нанесём неорганическое покрытие №2, оно снизит нагрев примерно на 8 градусов. Это значит снижение нагрузки на 17 тонн, что уже неплохо.
Только представьте, что рельсы ночью остывают, а днём нагреваются, и эти лишние 17 тонн усилия то появляются, то исчезают. Это создаёт циклические нагрузки, в том числе и на рельсовые скрепления, от работы которых многое зависит.
Однако стоит понимать, что краска — это дополнительная мера защиты, а не основная. Конструкция рельсошпальной решётки должна выдерживать нагрузки и без краски. Но имейте ввиду: каждый 1 градус добавляет к рельсу и его скреплениям дополнительные 2,1 тонны усилия.