Технические подробности о железнодорожных рельсах

ф

Рельсы — это стальные профилированные прокатные изделия в виде полос, это элементы верхнего строения пути, уложенные на опоры и скрепленные с ними и между собой, образуют рельсовую колею, непосредственно воспринимают давление колёс подвижного состава
Рельсы предназначены для движения подвижного состава железных дорог и метрополитена, трамвая, локомотивов, вагонеток рудничного транспорта и монорельсовых дорог крановых тележек, подъёмных кранов и др. передвижных, поворотных и вращающихся конструкций.
В России рельсы производят Кузнецкий и Нижнетагильский металлургические комбинаты. Рельсы имеют заводские знаки. Последний ГОСТ Р 51685-2000 на рельсы железнодорожные предусматривает четыре вида рельсов Р50, Р65, Р65К (для кривых) и Р75 , по категориям качества предусматриваются рельсы: В — термоупрочненные высшего качества; Т1 и Т2 — термоупрочненные; Н — нетермоупрочненные. В новом ГОСТе введен специальный рельс Р65К для укладки в наружные рельсовые нити кривых участков пути. Основное их отличие заключается в очертаниях головки. Боковые грани ее в верхней части имеют уклон 3,5:10, что уменьшает интенсивность бокового износа рельсов. К рельсам предъявляется ряд требований:
должна быть обеспечена прямолинейность в вертикальной и горизонтальной плоскостях;
установлены допуски в размерах поперечного профиля;
определен химический состав и твердость рельсовой стали;
оговорены недопускаемые дефекты металлургического производства и неметаллические строчечные включения и др.
Готовые рельсы на заводе подлежат приемке, сплошному дефектоскопированию и клеймению.
На шейке вдоль оси каждого рельса (на той же стороне, где выкатаны выпуклые знаки) наносятся в горячем состоянии номер плавки в 2-б местах по длине рельса на расстоянии не менее 1,0 м от его концов (номер плавки рельсов 1 группы должен начинаться с буквы П); обозначение порядкового номера рельса.
Клейма, наносимые на шейку горячего рельса, должны быть высотой 12 мм и углублены в тело на 0,8…1,5 мм. Расстояние между знаками должно быть 20…40 мм. По мере наработки тоннажа в процессе эксплуатации в рельсах накапливаются различные повреждения, деформации, усталостные дефекты и т. д. Современные требования российских железных дорог к рельсам В настоящее время рельсы и колеса для подвижного состава железнодорожного транспорта изготавливаются из высокоуглеродистых перлитных сталей одного и того же класса с близким химическим составом частично на одном и том же, или на близких друг к другу металлургических предприятиях. Подавляющее большинство рельсов и колес в процессе эксплуатации выходят из строя преимущественно из-за контактной усталости, износа, смятия и обычной усталости.
В результате многолетней работы проводимой ОАО «РЖД» по отношению к металлургическим предприятиям производящим рельсы и колеса, качество последних неуклонно повышается. В последние годы практически завершена реконструкция сталеплавильного производства на Нижнетагильском металлургическом комбинате и активно проводится модернизация производства на Новокузнецком металлургическом комбинате. Это позволило обоим предприятиям начиная с 2003 года полностью перейти на выпуск рельсов нового поколения по качеству стали, которая имеет отличия от рельсовой стали конца 90-х годов по следующим показателям:
выходу 1 сорта в длине 25 метров 96-97 % против 76-78 %;
длине строчек неметаллических включений 0,5 мм против 4-6 мм;
улучшению прямолинейности рельсов;
резкому уменьшению содержания вредных примесей и кислорода.
Пять лет работы по ГОСТ Р 51685-2000 показали, что оба металлургических комбината успешно освоили выпуск рельсов категории Т1, а так же промежуточных между Т1 и В рельсов повышенной прямолинейности для скоростного совмещенного движения (СС), низкотемпературной надежности (НК и НЭ), а так же повышенной износостойкости и контактной выносливости (ИЭ и ИК), выпускаемых по специальным техническим условиям.
Однако, несмотря на достигнутые успехи, сравнение качества российских рельсов производства НТМК и НКМК с зарубежными образцами, показывает лидерство зарубежных образцов. Проведенные исследования показали, что 80%-ный ресурс наиболее представительных партий отечественного производства был равен 500 млн т пропущенного груза брутто. В этих же условиях эксплуатации, рельсы производства Японии и Франции показали ресурс 1000 млн.т груза брутто.
Общая ежегодная потребность в рельсах для сети железных дорог РФ составляет по оценкам около 600 тысяч тонн, а ежегодная потребность в рельсах категории В составляет около 400 тысяч тонн. Потребность в железнодорожных рельсах длиной 50 м и более составляет 90 % от общего объема поставок. В 2004 г. из общего объема усиленного капитального ремонта (3870 км) 3400 км (88 %) относилось к бесстыковому пути, где экономически целесообразнее укладывать рельсы длиной 50 м и более.
Реализация всех намеченных металлургами и железнодорожниками планов позволит довести ресурс рельсов до 1000—1500 млн.т груза в прямых и до 300—700 млн.т в кривых участках пути.
Рельсы являются главнейшим элементом верхнего строения пути. Они предназначены: непосредственно воспринимать давление от колёс подвижного состава и передавать эти давления нижележащим элементам ВСП;
направлять колеса подвижного состава при их движении;
на участках с автоблокировкой служить проводником сигнального тока, а при электротяге обратного силового тока.
В настоящем стандарте применяют следующий термин с соответствующим определением: «Рельсы промышленные рельсы, имеющие потребительские качества, удовлетворяющие условиям эксплуатации на железнодорожных технологических путях предприятий и организаций различных отраслей народного хозяйства».
Стандартными и общепринятыми рельсами на всех дорогах мира являются рельсы широкоподошвенные.
Широкоподошвенный рельс состоит из трёх основных частей: головки, подошвы, шейки, соединяющей головку с подошвой.
Рельсы являются главнейшим элементом верхнего строения пути. Они предназначены:
непосредственно воспринимать давление от колёс подвижного состава и передавать эти давления нижележащим элементам ВСП;
направлять колеса подвижного состава при их движении;
на участках с автоблокировкой служить проводником сигнального тока, а при электротяге — обратного силового тока.
Рельсы подразделяют: по типам: Р50, Р65, Р65К (для наружных нитей кривых участков пути), Р75; по категориям качества: В — рельсы термоупрочненные высшего качества,Т1, Т2 — рельсы термоупрочненные,Н — рельсы нетермоупрочненные; по наличию болтовых отверстий: с отверстиями на обоих концах, без отверстий; по способу выплавки стали: М — из мартеновской стали, К — из конвертерной стали, Э — из электростали; по виду исходных заготовок: из слитков, из непрерывно-литых заготовок (НЛЗ); по способу противофлокенной обработки: из вакуумированной стали, прошедшие контролируемое охлаждение,прошедшие изотермическую выдержку. для типа рельса Р-50 Р-65 Р65К Р-75
Высота рельса 152 180 181 192
Высота шейки 83 105 105 104
Ширина головки 72 75 75 75
Ширина подошвы 132 150 150 150
Толщина шейки 16 18 18 20
Высота пера 10,5 11,2 11,2 13,5
На сети дорог завершен переход к рельсам длиной 25 м не только прокатом новых на заводе, но и сваркой старогодных рельсов по длине 25 м. Рельсы прежней стандартной длины 12,5 м используют только как уравнительные на бесстыковом пути, при укладке стрелочных переводов и как инвентарные при сборке путевой решётки с железобетонными шпалами с последующей заменой их бесстыковыми рельсовыми плетями. Для укладки на внутренней нити кривых изготовляют укороченные рельсы длиной 24,84 и 24,92 м при 25-метровых рельсах и 12,42 и 12,46 12,5-метровых, а для бесстыкового пути — ещё и 12,38 м.
Вновь выпускаемые рельсы имеют круглые отверстия для болтов. Такая их форма выбрана по условиям увеличения прочности рельсов и упрощения технологии изготовления. Болтовые отверстия на концах рельсов просверливают перпендикулярно к вертикальной продольной плоскости рельсов; заусенцы и наплывы металла у болтовых отверстий и на торцах рельсов удаляют зачисткой. Предусмотрено снятие фаски глубиной 1…1,5 мм на кромках болтовых отверстий и по нижним кромкам головки рельсов.
Концы рельсов должны быть отфрезерованы перпендикулярно продольной оси рельса; перекос торцов не должен быть более 1,0 мм при измерении в любом направлении. Расстояние от торца рельса до первого отверстия у рельсов Р75 и Р65 равно 96 мм, между осями первого и второго отверстия — 220 мм и от оси второго до оси третьего — 130 мм; у рельсов Р50 эти расстояния составляют соответственно 66, 150 и 140 мм. Все эти расстояния имеют допуски +1 мм. Маркировка новых рельсов. Все новые рельсы маркируются на заводах, что обеспечивает контроль за качеством рельсов при их изготовлении и эксплуатации.
Заводская маркировка рельсов делается постоянной (клеймение) и временной (красками).
На одной стороне, на средней линии шейки вдоль каждого рельса выкатываются выпуклые (не менее 1 мм) с плавным переходом к поверхности шейки цифры и буквы высотой от 30 до 40 мм в следующем порядке:
обозначение предприятия-изготовителя (начальная буква названия завода):
А — завод «Азовсталь», Д — Днепродзержинский комбинат, К — Кузнецкий металлургический комбинат, Т — Нижнетагильский металлургический комбинат; месяца — римскими цифрами и две последние цифры — года изготовления рельсов;типа рельсов; обозначение головного конца стрелкой.
На шейке вдоль оси каждого рельса (на той же стороне, где вы катаны выпуклые знаки) наносятся в горячем состоянии номер планки в 2—б местах по длине рельса на расстоянии не менее 1,0 м от его концов (номер плавки рельсов 1 группы должен начинаться с буквы П); обозначение порядкового номера рельса.
Клейма, наносимые на шейку горячего рельса, должны быть вы сотой 12 мм и углублены в тело на 0,8…1,5 мм. Расстояние между знаками должно быть 20…40 мм. По окончании отделки рельсов на один торец рельса клеймением наносят:
на торце головки инспекторские клейма — для рельсов I сорта один керн, один знак «Ключ и молоток», один знак «Серп и молот»;
для рельсов II сорта два керна, два знака «Ключ и молоток»;
на торце в нижней четверти шейки рельса — знак о закалке рельса К (если закалены только концы рельса) или З (если рельс закален по всей длине);
на торце выше знака о закалке на шейке наносятся знаки головных и донных рельсов — I (рельс прокатан из головной части слитка) или Х (рельс прокатан из донной части слитка);
на торец подошвы рельса — номер плавки, повторяя номер плавки, указанный на шейке вдоль рельса.
Для указания особенностей каждого рельса делают дополнительную маркировку рельсов красками.
На принятые рельсы 1 сорта наносится маркировка обводкой приёмочных клейм по контуру головки несмываемой краской: голубого цвета у рельсов группы 1; белого цвета у рельсов группы II.
Рельсы I класса обозначаются в верхней четверти рельса поперечной полосой фисташкового цвета, II класса — поперечной желтой полосой.
На рельсах дополнительно указывается закалка. Вдоль «сырого» рельса на головке на расстоянии около 0,5 м от торца наносится полоса шириной около 20 мм голубого (рельсы I группы) или белого (рельсы II группы) цвета.
Закалённый рельс обозначается вдоль рельса на расстоянии около 1 м от торца на шейке поперечной полосой шириной около 20 мм фисташкового цвета, а также вдавленным кольцом диаметром 15.. .20 мм на шейке с обозначением номера плавки.
Рельсы I сорта в торце имеют закрашенную половину шейки и нижнюю часть подошвы красным («сырой» рельс) или зеленым («закаленный» рельс).
На обоих торцах головки рельсов, не соответствующих требованиям стандарта, выбивается по три керна, а торцы их закрашиваются тёмно- синей несмываемой краской.
Маркировка снимаемых с пути старогодных рельсов делается светлой краской на шейке рельса, обращенной внутрь колеи, на расстоянии около 1 м от левого стыка или торца (при нахождении человека внутри колеи лицом к маркируемому рельсу). Зимой может производиться временная маркировка мелом с последующим её возобновлением масляной краской. Маркировка состоит из знаков, определяющих группу годности рельсов. Рельсы I группы отмечаются одной вертикальной линией, группы II двумя линиями, III группы — тремя линиями, группы IV — тремя косыми крестами. На рельсах, подлежащих ремонту перед повторной укладкой в путь, дополнительно ставится знак тире и буква Р.
Примеры условного обозначения рельсов:
типа Р65, категории Т1 из стали марки М76Т, длиной 25 м с тремя болтовыми отверстиями на обоих концах рельса:
Рельс Р65-Т1-М76Т-25-3/2 ГОСТ Р 51685-2000
типа Р75, категории Т2, из стали марки Э76Ф, длиной 25 м с двумя болтовыми отверстиями на одном конце рельса:
Рельс Р75-Т2-Э76Ф-25-2/1 ГОСТ Р 51685-2000
типа Р65, категории Н, из стали марки М76, длиной 12,5 м, без болтовых отверстий:
Рельс Р65-Н-М76-12,5-0 ГОСТ Р 51685-2000
типа Р65, категории В, из стали марки К78ХСФ длиной 25 м, с тремя болтовыми отверстиями на одном конце рельса:
Рельс Р65-В-К78ХСФ-25-3/1 ГОСТ Р 51685-2000
Рельсы изготовляют в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке.
Рельсы изготовляют из спокойной стали мартеновского, конверторного или электропечного производства.

Бесстыковой путь (или бархатный) — условное наименование железнодорожного пути, расстояние между рельсовыми стыками которого значительно превосходит длину стандартного рельса (25 метров). В России современный бесстыковой путь в основном представляет собой чередование участков пути, где уложены сваренные рельсовые плети длиной от 350 метров до длины блок-участка с короткими участками звеньевого пути — (уравнительными пролётами). Рельсы могут свариваться в плети длиной в перегон и достигать 30 и более километров, иногда такие плети свариваются со стрелками и станционными путями в единое целое.

Данный вид пути не рассчитан на воздействие значительных (по сравнению со звеньевым путём) температурных напряжений, возникающих в рельсах при колебаниях температуры воздуха. Рельсовые плети изготовляются из стандартных (25 м) рельсов сваркой на предприятиях (РСП — рельсосварочный поезд) или непосредственно на месте укладки. Хотя прокладка бесстыкового пути более дорогостояща, чем звеньевого, он отличается высокими эксплуатационными качествами, обеспечивающими высокоскоростное движение поездов, комфортабельность проезда пассажиров и снижение расходов на содержание подвижного состава и пути.

Рельсовое скрепление — конструкция, соединяющая рельсы между собой или прикрепляющая их к подрельсовому основанию.
Рельсовые скрепления подразделяются на стыковые, служащие для соединения рельсов между собой вдоль пути, и промежуточные — для прикрепления рельсов к опорам (шпалам, рамам, плитам и т. д.).
Стыковые скрепления выполняются в виде плоских накладок, соединяющих рельсы при помощи болтов. В начале XX века от ранее применявшихся четырёхдырных плоских накладок перешли к шестидырным фартучным накладкам, у которых подошва рельса перекрывается горизонтальной полкой, переходящей в вертикальный «фартук». В месте прикрепления рельсов к стыковым шпалам для размещения подкладок и костылей (против второго и пятого болтовых отверстий) в полке и фартуке сделаны вырезы. При увеличении нагрузок и скоростей в этом ослабленном сечении возникали косые изломы. С 1947 года на отечественных железных дорогах осуществлялся переход на двухголовые накладки с четырьмя болтовыми отверстиями (рис. 1) для рельсов Р75 и Р65 и шестью для рельсов Р50. Масса четырёхдырных накладок для рельсов Р50 — 18,77 кг, для рельсов Р65 и Р75 — 23,48 кг, а шестидырных для рельсов Р50 — 18,77 кг, для рельсов Р65 и Р75 — 29,5 кг. В уравнительных пролётах бесстыкового пути применяются накладки с шестью отверстиями. Отверстия в накладках сделаны поочерёдно овальной и круглой формы. Верхние и нижние головки накладок имеют скос, выполненный под тем же углом, как нижняя грань головки и верхняя грань подошвы рельса. Поэтому при затягивании стыковых болтов обеспечивается устойчивость рельсового стыка. Стыковые болты диаметром 27 мм для рельсов Р65 и Р75 и 24 мм для рельсов Р50 имеют круглую голову и овальный подголовок. Такой подголовок входит в овальное отверстие накладки, благодаря чему болт при завинчивании гайки не проворачивается. Разрезные шайбы, надеваемые на болт под гайку, обеспечивают упругое восприятие сил до 12 кН. Для изолирующих стыков на линиях, оборудованных автоматической блокировкой, применялись первоначально деревянные накладки, позже лигнофолиевые, а с 1950-х годов — металлические. Между металлической накладкой и рельсом помещается полиэтиленовая прокладка, на болты надеваются полиэтиленовые втулки. Торцы рельсов также разделены изолирующей прокладкой. В конструкции изолирующего стыка могут применяться и объемлющие накладки, охватывающие рельсы со стороны нижней плоскости подошвы. С 1969 года широко применяют клееболтовые электроизолирующие стыки, в которых двухголовые накладки уменьшены по высоте с обеих сторон на 3 мм. Образующийся между накладкой и рельсом люфт заполнятеся стеклотканью, пропитанной эпоксидным клеем с добавлением отвердителя. При использовании накладок с шестью болтовыми отверстиями и затяжкой болтов до 150—170 кН такой стык упруго воспринимает продольные силы до 1500 кН, а при применении объемлющих накладок — до 3000 кН.

 

Промежуточные скрепления могут быть раздельными (тип Д2 и Д4 для деревянных и тип КБ для железобетонных шпал), нераздельными (костыльные с подкладками, имеющими три костыльных отверстия, для деревянных шпал и тип ЖБ для железобетонных шпал) и смешанными (тип ДО — костыльные с подкладками, имеющими пять костыльных отверстий, для деревянных шпал).
Наиболее распространённой конструкцией промежуточного рельсового скрепления на пути с деревянными шпалами является костыльное скрепление (тип ДО). В этой конструкции (рис.2) применяются клинчатые двухребордчатые подкладки с пятью костыльными отверстиями: три для постановки костылей у подошвы рельса (из них два — с внутренней стороны) и два — для обшивочных костылей, для удобства расшивки которых на подкладке предусмотрены бортики. Для предохранения от прорезания древесины шпал подкладки имеют закруглённые по концам нижние грани и укладываются на прокладки из полимерных материалов (гамбелита или резины). Костыли имеют длину 165 мм, поперечное сечение 16×16 мм, овальную головку; пучинные костыли выпускаются длиной 205, 230, 255, 280 мм. Для более стабильного прижатия рельсов к подкладкам и шпалам могут применяться термически обработанные изогнутые костыли, обладающие пружинящими свойствами. В раздельных промежуточных скреплениях (тип Д2 и Д4) подкладка прикрепляется к шпале шурупами, а рельс к шпале клеммами и клеммными болтами (рис. 3). Скрепления этих типов имеют много деталей, большую металлоёмкость, но позволяют укладывать бесстыковой путь на деревянных шпалах и производить выправку пути установкой дополнительных подрельсовых прокладок между подошвой рельса и подкладкой.
Промежуточные рельсовые скрепления для пути на железобетонных шпалах применяются двух основных типов: подкладочные типа КБ с жёсткой клеммой (рис. 4) и бесподкладочные типа ЖБ с пружинной клеммой (рис. 5). В скреплении КБ подкладка, имеющая две реборды, крепится к шпале двумя закладными болтами, которые вставляются в шпальные отверстия и после поворота на 90° упираются плечикамив закладную шайбу. Под гайкой и шайбой закладного болта устанавливают текстолитовую втулку, обеспечивающую электрическую изоляцию болта от подкладки. Под подкладку укладывается изоляционная резиновая рифлёная прокладка, позволяющая также снизить жёсткость конструкции. Обычно резиновая прокладка имеет толщину 7 мм, в шпале с углублением для подрельсовой площадки — 14 мм. В отверстия реборд в виде ласточкиного хвоста вставляют клеммные болты, закрепляющие клеммы. Опираясь одной лапкой в подкладку, а другой — в подошву рельса, клеммы фиксируют рельс на подкладке. Для уменьшения жёсткости и большей стабильности прижатия подошвы рельса к шпале под гайку клеммного болта укладывают двухвитковую шайбу, а под подошву рельса — прокладки. Положение рельса можно регулировать по высоте до 14 мм укладкой дополнительных прокладок из полиэтилена. Установка пружинной прутковой клеммы типа «Краб» позволяет дополнительно снизить жёсткость конструкции. Скрепление ЖБ имеет два закладных болта, которые прижимают пружинные клеммы к шпале и подошве рельса. У пластинчатой клеммы нижняя ветвь доходит до кромки подошвы, а верхняя прижимает подошву рельса к шпале. Изоляция закладного болта аналогична изоляции скрепления КБ. Рельс от шпалы изолируется постановкой резиновой прокладки, служащей одновременно амортизатором. Пружинящие свойства клеммы обеспечивают стабильное прижатие подошвы рельса к прокладке и шпале. Скрепление ЖБ не позволяет регулировать рельсы по высоте и имеет недостаточное сопротивление горизонтальным боковым силам в крутых кривых. Основные недостатки скреплений КБ — высокую жёсткость и многодетальность — позволяют устранить скрепления типа БП (рис. 6), в которых закладной болт выполняет функции и клеммного болта, а клеммы — пружинные, пластинчатые или прутковые. При этом сохраняется возможность регулировки положения рельса по высоте. Скрепление БП является универсальным, поскольку при заглублении подрельсовой площадки на 25 мм оно может использоваться и без подкладки, но с упругими прокладками и клеммами. Бесподкладочное скрепление типа ЖБР (рис. 7) отличается повышенной надёжностью по сравнению со скреплением типа ЖБ. Так же, как скрепление БП, имеет заглублённую подрельсовую площадку и пружинную клемму, в которой подошва рельса перекрывается её верхней и нижней ветвями.

Количество шт. в 1 тонне, в шт. Масса 1 шт., в кг.
Шайба стыковая

М 27 10753 0,093
М 24 14706 0,068
М 22 20408 0,049
М 18 33333 0,030
Болт клеммный в сборе М 22?75 1695 0,59
Болт закладной в сборе М 22?175 1136 0,88
Втулка изолирующая КБ 25000 0,04
Шпала деревянная пропитанная тип 2 14 70,00
Шпала железобетонная предварительно напряженная Ш1 4 250,00
Прокладка резиновая железнодорожная

Наименование Маркировка Количество шт. в 1 тн, в шт. Масса 1 шт., в кг.
Подрельсовая на КБ 65 ЦП 143 4000 0,25
Подрельсовая на КБ 65 ЦП 318 4000 0,25
Подрельсовая на КБ 65 ЦП 356 4762 0,21
Под подкладку КБ 65 на шпалу ЦП 328 1563 0,64
Под подкладку КД 65 на шпалу ЦП 361 1515 0,66
Под подкладку КД 65 ЦП 363 4000 0,25
Под подкладку Д 65 ЦП 362 1563 0,64
Под подкладку Д 65 ЦП 204 1923 0,52

 

     

Справочные данные по железнодорожному крепежу
Перейти: ? Материалы верхнего строения пути Железнодорожный крепеж ?

При расчете комплектности — количество 1 штуке в 1 тонне деталей, масса 1 штуки в килограммах – можно воспользоваться таблицей, в которой приведены справочные данные по железнодорожному крепежу.
По данной таблице: приведено 25 наименований железнодорожного крепежа, 60 маркировок для которых рассчитано количество штук в 1 тонне и масса 1 позиции в килограммах.

Рельсовый стык — место соединения между собой двух рельс на железной дороге. Накладка изолирует от рельсов комплектами боковых и торцевых прокладок и втулок и служит удерживающим элементом.