Основні норми влаштування та утримання рейкової колії безстикової і ланкового шляху збігаються.
Головною вимогою при проектуванні і монтажу рейкової колії є забезпечення безпеки руху поїздів з встановленими швидкостями при можливому мінімумі сил взаємодії колеса і рейкової батоги, зниженні інтенсивності накопичення залишкових деформацій і витрат на технічне обслуговування і ремонт безстикової колії.
Шлях і рухомий склад являють собою єдину механічну систему, складові частини якої працюють взаємопов'язано і взаємозалежно.
Залізничні екіпажі складаються з непідресореної і обрессоренной частин. Масу ходових частин рухомого складу, безпосередньо взаємодіє з рейками і відокремлену від решти маси екіпажу пружними зв'язками (наприклад, ресорами), називають непідресореної масою. Інша частина екіпажу вважається обрессоренной масою.
Обидві ці частини при русі екіпажів (локомотиви, вагони) здійснюють складні коливання як щодо шляху, так і один одного. Коливання виникають в основному з: за нерівності шляху і нерівності на колесах, а також залежать від режиму тяги, опору руху коліс і ряду інших причин.
Всі перераховані вертикальні сили мають різну природу і свої особливості. Постійна в часі тільки статичне навантаження, а всі інші сили мають імовірнісну природу.
Крім вертикальних сил рухомий склад передає на шлях також горизонтальні поперечні і поздовжні сили.
При русі екіпажів в прямих ділянках колії виникають бічні сили. пов'язані з вилянием рухомого складу. Сили, що діють на кузов і передаються через раму екіпажу на колісні пари, називаються рамними. Бічне вплив колеса на рейкову батіг складається з сили натискання гребеня на головку рейки і сил тертя, що виникають при поперечному ковзанні колеса по рейці.
Таким чином, бічне вплив колеса на рейку в прямих ділянках колії може бути знайдено як алгебраїчна сума всіх цих сил.
При русі екіпажу в кривій виникають додаткові горизонтальні сили - відцентрова сила і направляє зусилля.
Відцентрова сила
J = Q / gV 2 / 3,6 2 R
де Q - вага екіпажу, Н;
g - прискорення вільного падіння, 9,81 м / с 2;
V - швидкість руху, км / год;
R - радіус кривої, м;
3,6 - коефіцієнт переходу між швидкістю в км / год і в м / с.
Відцентрова сила J повинна компенсуватися силою Т, що виникає з: за пристрої підвищення зовнішньої рейки в кривій
де h - підвищення зовнішньої рейки, мм;
S - відстань між колами катання коліс, мм.
У зв'язку з дією сил Т, J і сил тертя ковзання коліс по рейках (рис. 2.17) виникають напрямні сили Y1. Y2. які повертають візки.
Мал. 2.17. Схема застосування основних сил при русі вагона по кривій радіуса R
Спільна дія цих сил може бути замінено їх алгебраїчною сумою Fнп = J + T. Якщо відцентрова сила J повністю компенсується силою Т, то Fнп = J + T = 0.
Якщо Fнп. 0, то виникають додаткові поперечні сили Uпоп. пропорційні величинам непогашеного поперечного прискорення
де b - коефіцієнт, що враховує установку візки в рейкової колії;
АНП - непогашене поперечне прискорення в м / с 2. має вигляд:
АНП = V 2 / 3,6 2 R - gh / S
Залежно від знака непогашеного поперечного прискорення може виникнути перевантаження зовнішньої або внутрішньої рейкової батоги.
Таким чином, в кривому ділянці шляху направляє зусилля, бічне і рамне впливу залежать від відцентрової сили, яка, в свою чергу, пропорційна величині непогашених горизонтальних прискорень.
При проходженні по шляху рухомого складу виникають і сили, що діють уздовж шляху. Викликаного ними поздовжнє переміщення рейок щодо шпал або всієї колійної решітки в баласті називається викраденням шляху.
Серед багатьох чинників, що призводять до угону шляху, найбільш значущими є опір руху поїзда, переміщення рейок щодо опор внаслідок вигину рейок під рухається навантаженням, гальмування рухомого складу і ряд інших.
Раніше були розглянуті питання розподілу поздовжніх температурних напружень по довжині рейкової батоги (див. Рис. 1.1). Якщо на довжині батоги є ділянки з погано закріпленими проміжними скріпленнями (незакріпленими або слабо закріпленими клемами), то при проходженні поїзда на цих ділянках відбуваються місцеві зрушення батогів, що призводять до утворення на їх кінцях значних додаткових стискають або розтягують батіг сил угону. Складаючись з поздовжніми температурними силами, сили викрадення можуть викликати втрату стійкості безстикової колії.
Коротко розглянувши діючі на безстикової шлях при проході по ньому рухомого складу вертикальні і поздовжні сили, перейдемо до запитань пристрої рейкової колії безстикової колії.
Обриси рейкових ниток в прямих ділянках колії визначаються основними нормативами, що стосуються влаштування та утримання рейкової колії щодо направлення в плані, її ширини, положення рейкових ниток за рівнем, подуклонкі рейок.
Шлях в плані повинен відповідати проектному положенню. Положення рейкових батогів в плані нормується і оцінюється в залежності від встановлених на ділянці швидкостей руху поїздів по різниці суміжних стріл вигину рейкових батогів, вимірюваних від середини хорди довжиною 20 м.
Різниця суміжних стріл в цьому випадку не повинна перевищувати:
- при швидкостях 81-140 / 71-90 км / ч - 10 мм;
- при швидкостях 61-80 / 61-70 км / ч - 15 мм;
- при швидкостях 41-60 км / год - 20 мм;
- при швидкостях 16-40 км / год - 25 мм;
- при швидкостях 15 км / год - 30 мм.
Різниця суміжних стріл вигину може перевірятися також від середини хорди довжиною 4, 10, 15, 25 і 30 м.
При спрямованої всередину колії короткої нерівності в плані в прямих ділянках колії з будь-якої, а в кривих ділянках колії - по зовнішньої рейкової нитки різниця суміжних стріл вигину, вимірюваних від середини хорди довжиною 4 м, не повинна перевищувати:
- 8 мм при швидкостях до 140 км / год;
- 9 мм при швидкостях до 120 км / год; 14 мм при швидкостях до 60 км / год;
- 15 мм при швидкостях до 40 км / год; 18 мм при швидкостях до 15 км / ч.
- При різниці стріл більше 18 мм рух поїздів закривається.
Відстань між внутрішніми робочими гранями головок рейок, виміряний на рівні 13 мм нижче поверхні катання, називається шириною рейкової колії.
Мал. 2.18. Співвідношення розмірів колісної пари і рейкової колії
У напрямку вирівнюють одну рейкову нитку (рихтувальну), а іншу - встановлюють за шаблоном в межах допусків по ширині колії.
Якщо на прямій ділянці шляху поставити колісну пару так, щоб гребінь одного колеса був притиснутий до рейки, то між гребенем другого колеса і робочою гранню головки другого рейки буде зазор. (Рис. 2.18). При великому зазорі. колеса спираються на рейки вузькою смужкою, що може викликати провалювання коліс всередину колії. Якщо зазору не буде взагалі, може виникнути заклинювання колісної пари в рейкової колії.
Приклад 2.1. Визначимо ширину рейкової колії, при якій можливий провал коліс всередину колії. З рис. 2.18 видно, що
де S - ширина рейкової колії в прямій ділянці шляху, мм;
T - насадка коліс, мм;
q - товщина гребеня, мм;
? - потовщення гребеня вище розрахункової площині, рівне для вагонних коліс 1 мм, для локомотивних коліс - 0 мм.
На рис. 2.19 показана колісна пара в момент, коли шестімілліметровой фаска на колесі збігається з початком заокруглення головки рейки. Можна вважати, що такий стан колеса є початком його провалювання в рейкової колії.
Мал. 2.19. Можливе положення колісної пари в дорозі при ширині колії 1574 мм (суцільна лінія) і 1550 мм (штрихова лінія)
Для вагонної колісної пари провалювання може статися при ширині колії
S = 25 + 1 + 1437 + 130 - 6 = 1 574 мм
де 25 - мінімально допустима товщина зношеного гребеня, мм;
1 - відстань від неробочої межі гребеня на розрахунковому рівні до вертикалі, від якої відраховується насадка колісної пари, мм;
1437 - мінімальна величина насадки колісної пари, мм;
130 - повна ширина вагонного колеса, мм;
6 - ширина фаски на зовнішньої межі колеса, мм;
13 - горизонтальна відстань від початку закруглення головки рейки до її робочої грані, мм.
Неприпустимою вважають таку ширину колії, при якій точка переходу конічності поверхні кочення колеса 1/20 в 1/7 збігається з початком заокруглення головки рейки, оскільки в цьому випадку можливо розпирання рейкової колії. Це може статися при ширині колії тисяча п'ятсот сімдесят чотири - 24 = 1550 мм (див. Рис. 2.19).
Якщо врахувати вигин вагонної осі і пружне розширення колії під поїзної навантаженням, то стає очевидною обгрунтованість існуючої заборони на ширину колії більше 1548 мм.
Приклад 2.2. Визначимо ширину рейкової колії, при якій можливе заклинювання колісної пари в колії.
Небезпечний межу ширини колії по її звуження визначається тим, що при найбільшій відстані між робочими гранями гребенів вагонних коліс 1443 + 2? 33 + 2? 1 = 1511 мм при ширині колії 1511 мм можливо
заклинювання колісної пари. Тому ширина рейкової колії в прямих менш 1512 мм не допускається.
Раніше вказувалося, що процес виляння коліс рухомого складу супроводжується виникненням сил тертя ковзання і сил впливу гребенів коліс на рейки при набіганні. Перші відносно невеликі, проте другі можуть досягати величин 30-40 кН. Ці сили залежать від швидкості набігання коліс на рейки при виляння, яка буде тим вище, чим більше зазор в рейкової колії. (Див. Рис. 2.18).
Номінальна ширина рейкової колії в прямих і кривих ділянках безстикової колії радіусом 350 м і більше становить 1520 мм; в кривих ділянках колії радіусом менше 350 м до 300 м включно - 1530 мм.
Для ширини колії 1520 мм передбачаються два види допусків по ширині колії в залежності від швидкостей руху поїздів: +8, -4 мм - при швидкостях руху більше 50 км / год і +10, -4 мм - при швидкостях руху 50 км / год і менше.
Верх головок обох рейкових ниток на прямих ділянках має бути на одному рівні. Дозволяється утримувати шлях з піднесенням за рівнем однієї рейкової нитки над іншою 6 мм. Довжина такого прямого ділянки повинна бути не менше 200 м, за винятком ділянок, розташованих між суміжними кривими одного напрямку.
При підвищенні однієї рейкової нитки на 6 мм екіпаж трохи нахилиться, що призведе до виникнення бічної сили, яка злегка притисне колеса до зниженою рейкової нитки і утруднить їх виляння. Оскільки ця рейкова нитка є рихтувальних, то притискається до неї колесо буде рухатися більш плавно.
На двоколійних лініях вище ставлять бровочную рейкову нитку, щоб рихтувальних стала більш стійка міжколійних рейкова нитка.
На одноколійних при проведенні чергового середнього ремонту, як правило, змінюють рихтувальну нитку.
Піднесення однієї рейкової нитки над іншою на прямій ділянці повинно закінчуватися не ближче 25 м від початку піднесення в кривій, якщо підвищена нитку на прямий збігається за рівнем зі зниженою ниткою в кривій.
Якщо на прямих ділянках колії з піднесенням однієї рейкової нитки над іншою розташоване мостове полотно з їздою на баласті, то на ньому також має бути збережено це піднесення. На мостах з їздою поверху і мостовими брусами піднесення допускається при довжині мосту не більше 25 м. На мостах більшої довжини з мостовими брусами, в тунелях і на підходах до них протяжністю 25 м, а також на стрілочних переводах в прямих ділянках колії допускати підвищення од: ної рейкової нитки над іншою на 6 мм забороняється.
Номінальний ухил відведення за рівнем від норми 6 мм до нульового положення не повинен перевищувати 1.
Допустимі відхилення від норм розміщення рейкових батогів за рівнем складають ± 6 мм. Якщо, наприклад, спочатку ліва рейкова батіг вище правої на 6 мм, а потім навпаки, то мінімальна відстань між такими перевищеннями має бути не менше 20 м, так як при меншій відстані утворюється перекіс шляху. До перекосів шляху відносяться різкі зміни положення рейкових батогів за рівнем в різні боки при відстані між вершинами пік 20 м і менше.
При такому перекосі можливо обезгружіваніе одного з коліс вагона, що в поєднанні з великими бічними силами може призвести до сходу рухомого складу.
На рис. 2.20 показано положення візка при проході через перекіс, вимірюваний на базі візки, коли центри обох коліс задньої і лівого колеса передньої колісної пари знаходяться в одній горизонтальній площині, а праве колесо передньої колісної пари опустилося.
В цьому випадку навантаження на нього від ресори кілька зменшується, тобто відбувається його часткове розвантаження. Якщо така розвантаження збігається з сильним боковим притисненням гребеня колеса до голівки рейки, то воно, обертаючись, може піднятися на головку рейки, а потім і зійти з неї.