Какова функция рельсов на железнодорожном пути?

Рельсы — это элементы пути, проложенные в две параллельные линии, обеспечивающие неизменную, непрерывную и ровную поверхность для движения поездов. Чтобы выдерживать эксплуатационные нагрузки, они изготавливаются из высоко-углеродистой стали, а их поперечное-сечение разрабатывается так же тщательно, как и химический состав стали. Понимание того, что делает рельс, объясняет, почему он имеет такую ​​форму и почему системы крепления так же важны, как и сам рельс.

Четыре основные функции Rails

1. Беговая поверхность с минимальным сопротивлением качению.Рельсы обеспечивают непрерывную и ровную поверхность для движения поездов с очень низким трением о стальные колеса подвижного состава. Контакт стали-по-стали обеспечивает сопротивление качению намного ниже, чем у автомобильного транспорта. Это физическая причина, по которой железные дороги являются наиболее энергоэффективным-видом наземного транспорта для интенсивного движения.

2. Прочность, долговечность и боковое наведение.Форма головки рельса рассчитана на работу с коническим протектором колеса, поэтому транспортное средство само-центрируется. Корпус рельса противостоит изгибу и выпучиванию, а опора фиксирует рельс от боковых и опрокидывающих сил, особенно на поворотах, где контакт фланца самый высокий.

3. Передача нагрузки.Рельсы передают осевую нагрузку на шпалы, которые передают ее балласту и пласту. Магистральный рельс может перевозить более 20 миллионов брутто-тонн в год, и каждый проход колеса оказывает динамическое воздействие на головку, перегородку и подошву.

4. Поглощение тяги, торможения и термического стресса.Рельсы воспринимают продольные силы от ускорения и торможения, а также от изменения температуры. Непрерывно сварной рельс длиной 1 км меняет длину примерно на 11 мм на 10 К, если он может свободно перемещаться, поэтому современные CWR прокладываются с регулировкой напряжения и анкерными креплениями для контроля тепловой силы, а не для обеспечения движения.

Как развивались железнодорожные участки

Первые рельсы представляли собой двух-секции (DH) в форме буквы I или-гантели. Идея заключалась в том, что после износа верхней головки рельс можно было перевернуть и ввести в эксплуатацию нижнюю головку. Опыт показал, что нижний стол был помят из-за длительного непрерывного контакта со стульями, поэтому повторное-использование было нецелесообразным.

Это привело к созданию рельса с бычьей головкой-(BH), похожей по форме, но с большим количеством металла в головке для предотвращения износа. Его недостатком было то, что для крепления его к шпалам по-прежнему требовались стулья, что увеличивало затраты и затраты на техническое обслуживание.

Рельс с плоским-дном, также называемый рельсом Виньоле, решил обе проблемы. Его перевернутое-Т-образное сечение позволяет рельсу располагаться непосредственно на шпале или опорной плите и фиксироваться шипами, зажимами или винтами. Почти все современные магистральные рельсы имеют профили с плоским-дном: EN 13674-1 60E1, UIC 60, GB 60 кг/м, AREMA 136RE, JIS 50N и так далее. Рифленые рельсы (EN 14811 / секции трамвая) и крановые рельсы (DIN 536, серия GB QU) представляют собой специальные конструкции с плоским-дним, предназначенные для их собственных применений.

Репрезентативные секции железных дорог по стандарту

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Почему используются две рейки вместо одной?

Два рельса определяют ширину колеи, благодаря чему колесная пара остается устойчивой и самоцентрирующейся-. Одна направляющая не выдерживает боковых и опрокидывающих моментов движущегося поезда, а две-пары рельсов образуют электрическую цепь, используемую для путевой сигнализации.

Вопрос: Что произойдет, если головка рельса изнашивается?

Изнашивание изменяет профиль головки и может изменить геометрию контакта колеса-с рельсом, увеличивая контактное напряжение и риск усталости. Поэтому рельсы периодически шлифуются для восстановления профиля, а при сильном износе используются сплавы с закалкой на головке-.

Вопрос. Почему некоторые направляющие выглядят иначе, чем стандартный профиль с плоским-дном?

Рифленые рельсы имеют встроенную канавку для гребня колеса и используются в уличных трамваях, где рельс встроен в дорогу. Крановые рельсы тяжелее и квадратнее в сечении, что позволяет выдерживать сосредоточенные нагрузки на колеса на малой скорости. Оба являются специализированными производными инструментами с плоским-дном.

Вопрос: Как распределяется нагрузка от рельса к земле?

Рельс опирается на рельсовые прокладки и опорные плиты, которые распределяют нагрузку на шпалу. Шпага разбрасывает его на балласт, а балласт – на пласт. Каждый слой снижает давление, чтобы земляное полотно не подвергалось чрезмерной нагрузке.

Вопрос: В чем разница между рельсом 54 кг/м и 60 кг/м?

Секция плотностью 60 кг/м выше, с более широким основанием и более толстой перемычкой, что обеспечивает большую жесткость на изгиб и больший допуск на износ. Более тяжелые секции используются там, где нагрузки на оси, скорости или тоннаж выше; более легкие секции снижают стоимость там, где интенсивность движения скромная.

Вопрос: Почему рельсовая сталь нуждается в хорошей свариваемости?

Современные пути представляют собой бесстыковые рельсы, стыки которых устраняются оплавляющей-стыковой или алюминотермической сваркой. Плохая свариваемость приводит к хрупкости сварных швов, которые растрескиваются под действием усталости, поэтому железнодорожные стандарты контролируют содержание углерода и примесей, отчасти для того, чтобы гарантировать качество сварных швов.