Устройство верхнего строения пути (ВСП)

1. Устройство верхнего строения пути (ВСП)

2.

Верхнее строение пути включает:
1.Линейные конструкции;
2. Конструкции для пересечения
и
соединения путей.

3. Линейные конструкции ВСП

4.

Верхнее строение в целом

5.

6.

1. Рельсы
2. Подрельсовое основание
3. Промежуточные скрепления
4. Стыковые скрепления
5. Балластный слой
6. Противоугоны

7. Задачи курса!!!

• Изучить устройство ВСП в целом и его
отдельных элементов так, чтобы
хорошо понимать их функции, способы
обеспечения их надежной работы,
направления развития.

8. Назначение ВСП

• 1. Формирование колеи для
направления колес экипажей (ОФ)
• 2. Обеспечение пространственной
устойчивости колеи (ВФ)
• 3. Передать нагрузку от колес на
земляное полотно (ВФ)

9. Классификация путей

>50
25 – 50
10 – 25
5 – 10
5 и менее
1
2
Классы путей
Категории пути
3
4
5
6
7
41-60
>40
40 и
менее
Станционные,
подъездные и
прочие пути
Б
В
Г
Д
Е
Грузонапряженность,
млн.ткм брутто на км
в год
Группа пути
Классификация путей
2
3
3
3
4
3
3
3
4
4
5
Скорость: пассажирских поездов – числитель;
грузовых – знаменатель, км/ч
121-140 101-120
>80
>70
81-100
>60
61-80
>50
Главные пути
1
1
1
2
3
1
1
2
3
3
1
2
3
3
3
2
2
3
3
4

10. Соотношения прочностных свойств элементов железнодорожного пути

• Прочность
Рельсы
Шпалы
Балласт
ЗемПолотно

11. Учебники и пособия

• 1. Учебник «Железнодорожный путь»
под ред. Т.Г.Яковлевой, М. «Транспорт»,
1999 г.
• 2. Электронный учебник
«Железнодорожный транспорт», 2005 г.

12. Рельсы

• Назначение :
• - сформировать колею;
• - передать давления колес на
подрельсовые опоры.
• Основные требования:
• - хорошо сопротивляться износу и
усталостным разрушениям;
• - хорошо сопротивляться
корродированию.

13. Рельсы

Основные характеристики:
1. Погонный вес
2. Длина
3. Химический состав
4. Поперечный профиль

14.

Классификация
Рельсы подразделяют:
- по типам:
Р50,
Р65,
Р65К (для наружных нитей кривых
участков пути),
Р75;
- по категориям качества:
В
— рельсы термоупрочненные
высшего качества,
Tl, T2 — 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.

15. Химический состав рельсовой стали в процентах (осредненно)

• Углерод - 0,71-0,82
• Марганец - 0,75-1,05
• Кремний - 0,25-0,45
• Микродобавки ванадия, титана, хрома

16. Вредные добавки

• Фосфор – создает хладноломкость
• Сера
- вызывает красноломкость
• Алюминий –вызывает образования
силикатов (неметаллических включений
провоцирующих образование трещин)

17. Углерод и марганец

• Повышают:
• - сопротивление износу,
• - вязкость, сопротивление ударным
воздействиям
Твердость
(износостойкость)
Содержание углерода

18. Допуски на прямолинейность

19.

20. Рельс Р65 (поперечный профиль)

21.

22. Рельс UIC60

23. Механические свойства

Категория
Врем.
Сопр.
Предел
текучести
Относит.
удлинение
Ударная
вязкость
НВ
Не менее
В
1290
850
12
15
363401
Т1
1180
800
8
25
341401
Т2
1100
750
6
15
320401
Н
900
-
5
-
250

24. Основные причины выхода рельсов из строя

1. Контактно-усталостные и усталостные
трещины
2. Боковой износ в кривых
3. Волнообразный износ
4. Коррозия подошвы

25.

26. Направления повышения надежности рельсового хозяйства

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Термическая обработка
Повышение чистоты металла (вакуумирование в
ковше,продувка в ковше аргоном)
Периодическая шлифовка головки
Лубрикация
Укладка бесстыкового пути
Повторная укладка отремонтированных рельсов
Разработка методов ремонта рельсов в пути
Совершенствование поперечного профиля

27. Одиночный выход рельсов (среднесетевые условия)

28. Рельс для кривых Р65К

29.

30.

31. Промежуточные скрепления

• Назначение:
- прикрепить рельс к опорам, создав устойчивую колею;
- распределить силы от подошвы рельса на шпалу ;
- дополнительно при ж.б. шпалах:
-- обеспечить рациональную жесткость пути;
-- обеспечить электроизоляцию одной рельсовой нити от другой;
-- обеспечить выправку колеи в профиле за счет карточек.

32.

Требования.
Должно быть:
1. малодетальным
2. неметаллоемким
3. простым в изготовлении и эксплоатации
4. ремонтопригодным
5. экономичным

33. Скрепления для деревянных шпал

Классификация:
1- бесподкладочные
2- подкладочные:
2.1.- нераздельное
2.2.-раздельное
2.3.- смешанное
• Подкладочные обеспечивают подуклонку 1/20

34.

Смешанное костыльное скрепление

35.

4
1. Подкладка
2. Костыль обшивочный
3. Костыль основной
4. Противоугон пружинный

36. Металлическая подкладка костыльного скрепления

37. Прикрепители

38. Пружинные прикрепители

39.

40.

Раздельное скрепление КД
1
2
3
4
6
5
7
1:20
1. Двухвитковая шайба
2. Шуруп
3. Подкладка
4. Клеммный болт
5. Клемма
6. Подрельсовая прокладка
7. Прокладка под подкладку

41.

Раздельное скрепление КД
1
2
3
4
9
6
8
1:20
1. Шайба двухвитковая
2. Шуруп
3. Подкладка
4. Клеммный болт
5. Клемма пружинная
6. Прокладка ПР 65
7. Прокладка КД 65
8. Прокладка КД 65
9. Шайба черная
5
7

42.

Раздельное скрепление на метрополитене
1
2
3
1. Подкладка
2. Маятниковый штырь
3 . Лапа
4 . Шуруп
4

43. Скрепление типа Метро

44.

Скрепление типа Д4
1
2
3
4
6
5
7
1:20
1. Двухвитковая шайба
2. Шуруп
3. Подкладка
4. Клеммный болт
5. Клемма
6. Подрельсовая прокладка
7. Прокладка под подкладку

45. Скрепление Pandrol

46. Скрепления для железобетонных шпал

47.

Раздельное скрепление КБ-65
5
10
4
1
9
6
11
7
8
11
2
3
1. Прокладка ПР65
2. Скоба для изолирующей втулки КБ
3. Втулка изолирующая КБ
4. Прокладка ПБР 65х7
5. Прокладка КБ-10
6. Болт М22-8G-75.48
7. Болт М22-8G-175.36
8. Гайка М22-7Н.5
9. Клемма ПК
10. Подкладка
11. Шайба двухвитковая 25

48.

Раздельное скрепление КБ-65
(с прутковой клеммой)
8
10
2
1
7
6
11
5
3
12 10 9
4
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Клемма пружинная прутковая КБ 65П
Шайба черная 22
Скоба для изолирующей втулки
Прокладка КБ 65
Втулка изолирующая
Прокладка ПР 65
7. Прокладка ПБР 65
8 . Болт СМ 22-8G-65.48
9 . Болт СМ 22-8G-175.48.0115
10 . Гайка СМ 22-7Н.5
11. Подкладка КБ 65
12. Шайба двухвитковая 24

49. Подкладка КБ

50.

Нераздельное клеммно-болтовое
скрепление
БПУ-65
9 8
2 4
7
1
3
6
5
1. Втулка изолирующая
2. Прокладка ПБР 65х7
3. Клемма промежуточная БПУ 65
4. Подкладка БПУ-65
5. Прокладка универсальная БПУ-65
6. Втулка уплотнительная БПУ
7. Шайба черная
8. Болт М22-8g-175.36
9. Гайка М22-7Н.5

51.

Нераздельное клеммно-болтовое
скрепление БПУ-65 (без подкладки)
7 6
5
1
2
4
3
1. Втулка изолирующая
2. Клемма промежуточная БПУ 65
3. Прокладка универсальная БПУ-65
4. Втулка уплотнительная БПУ
5. Шайба черная
6. Болт М22-8g-175.36
7. Гайка М22-7Н.5

52.

Бесподкладочное пружинное
скрепление ЖБР-65
5
6 7 3
2
1
4
1. Скоба упорная
2. Клемма пружинная ЖБР-3
3. Скоба
4. Прокладка упругая
5. Прокладка ЖБР
6. Болт М22-175.48
7. Гайка М22-7Н.5

53. Варианты конструкций зарубежных промежуточных скреплений для ж.б. шпал

54.

55.

56.

57.

58.

59. Скрепление Пендрол для Ж.б. шпал

60.

61.

62.

63.

64.

65. Стыковые скрепления

• Назначение: соединить рельсы в
единую нить.
• Классификация:
• 1. Электропроводный
• 2. Изолирующий

66.

Расположение стыка относительно шпал
В настоящее время принять располагать на сближенных шпалах
с пролетом 420 мм

67. Принципы расположения стыков

• 1. По наугольнику
• 2 . Вразбежку

68. Стыковая двухголовая накладка

Накладки 4-х и 6- дырные
R15
30
40

69. Стыковой болт

70. Рельсовые соединители

71. Изолирующие стыки

• Изолирующий стык с
объемлющими
накладками
1 – изоляция; 2 – накладка;
3 – металлич. стопорная планка;
4 – изолирующая планка;
5 – прокладка торцевая.

72. Клееболтовой стык

а – с простроганными типовыми накладками; б- с полнопрофильными
накладками; 1 – накладка; 2 – болты; 3 – изоляция из стеклоткани с
клеевым соединением.

73. Изолирующий стык фирмы «АпАТэК»

74. Подрельсовые опоры

• Назначение:
• обеспечение пространственной
устойчивости (геометрической
неизменности колеи).
• Достигается образованием рамной
конструкции и распределением
давлений на большую площадь
балластного слоя.

75. Подрельсовые опоры

• Типы:
• 1. Шпалы (деревянные,
железобетонные, металлические,
полимерные)
• 2. Рамы и лежни
• 3. Плиты
• 4. Монолит

76. Эпюра шпал, шт/1км

• Выбор определяется из условий :
• - выравнивания давлений в балластном слое;
• - создания необходимого сопротивления в
продольном и поперечном направлении.
На главных путях:
- в прямых и кривых радиусом менее 1200 м - 1840 ;
- в кривых радиусом 1200 м и более – 2000;
- при скоростях более 140 км/ч при радиусе менее
2000 м - 2000.

77. Деревянные шпалы

Достоинства:
- легкость обработки при изготовлении
- упругость
- диэлектричность
- небольшой вес (легко вытащить)
- хорошее сцепление с щебнем
Недостатки:
- малый срок службы (в среднем 16 лет)
- большой расход строевой древесины (1 га на 1 км)
- неоднородность размеров, упругости

78. Деревянные шпалы

Длина -275 см
Поперечные размеры

79.

Основные виды разрушения:
1. Механический износ – растрескивание и размочаливание
(увеличение влажности на 1% снижает прочность на 3%.
2. Гниение
Продление сроков службы:
Пропитка антисептиками
1. Хорошее просушивание перед пропиткой
2. Укладка резиновых прокладок под подкладку, чтобы
избежать
разрушение древесины
4. Укрепление торцов шпалы обвязкой проволокой или мет.
лентой
5. Сверление отверстий под костыли (диаметром 12 мм)

80. Железобетонные шпалы

Достоинства:
- большой срок службы
- однородность упругости пути
- высокая устойчивость пути в балласте
- устойчивость к атмосферным
воздействиям

81.

Недостатки:
-Высокая жесткость пути ( в 3-5 раз выше, чем
у пути с деревянными шпалами)
-электропроводность
-Большой вес
-Хрупкость, чувствительность к ударам

82. Железобетонные шпалы

• Виды:
• 1. Двублочные (Франция)
• 2. Цельнобрусковые

83.

84.

85. Тенденции развития железобетонного подрельсового основания

• Главная задача – снижение давления
на балласт.

86.

Железобетонные шпалы, применяемые на
сети железных дорог Германии

87.

Железобетонные шпалы, используемые на сети DBAG
Параметр
Тип шпалы
B55 B70 B90 B75
Масса, кг
229 304 330 380
Площадь основания, см2
5130 5700 6680 7560

88.

Широкая шпала типа BBS2

89.

Шпала рамной конструкции RS95 из
преднапряженного железобетона

90. Малогабаритная рама

91.

92. Лежневая шпала японских ж.д

Недостаток: нестабильность ширины колеи

93.

94. Двухблочная полимербетонная шпала фирмы АБВ (Россия)

95. Противоугоны

Природа угона:
V
Δу
Р

96. Пружинный противоугон

97. Балластный слой

• Назначение:
• - обеспечение устойчивости
геометрических параметров колеи;
• - распределение давлений на земляное
полотно до допустимого уровня

98. Основные требования

1. Не задерживать воду;
2. Прочность материала;
3. Морозоустойчивость материала;
4. Диэлектричность;
5. Экономичность

99. Материал

• 1. Песок
• 2. Гравий карьерный или
сортированный
• 3. Щебень
4. Отходы асбестовой промышленности
• 5. Металлургические шлаки

100. Шебень

• Фракции:
• - 25 - 60 мм для главных путей;
• - 5 – 25 мм для станционных.
• Не допускается наличие глинистых
частиц; наличие некондиции по
фракциям не более 15%

101. Конструкция балластной призмы

• Типы:
• 1. Однослойные (песок, асбест, шлак);
• 2. Двухслойные (щебень и песчаная
подушка толщиной 20 см);
• 3. Трехслойная (двухслойная с
покрытием из ракушки и асбеста)

102. Двухслойная балластная призма

• Щебень твердых пород – основной
материал. Хорошая сцепляемость
частиц.
• Толщина щебня под шпалой зависит от
класса пути.
• Песчаная подушка
• - экономит щебень
• - предотвращает попадания частиц
грунта в щебень снизу.

103. Меры повышения устойчивости балластной призмы.

Враги балласта: засорители в совокупности с водой.
Методы повышения прочности:
- своевременная очистка;
- глубокая очистка;
- омоноличивание (латексом, битумом, отходами
нефтепереработки);
• - укладка геотекстиля;
• - динамическая стабилизация после ремонтов;
• - омоноличивание нижнего слоя и песчаной подушки
смолами.

104.

ПОПЕРЕЧНЫЕ ПРОФИЛИ БАЛЛАСТНОЙ ПРИЗМЫ ИЗ ЩЕБНЯ НА ПЕСЧАНОЙ ПОДУШКЕ
НА ОДНОПУТНЫХ УЧАСТКАХ ДЛЯ ПУТЕЙ 1 И 2 КЛАССОВ
В прямом участке пути на деревянных шпалах
В прямом участке пути на железобетонных шпалах
3.60 м
3.60 м
1:2 1:1.5
0.45
1
0.45
0.40
0.45
0.35
0.45
2.30
0.15
0.15
0.20
0.15
0.20
2
2.30
6.00
0.15
6.15
1 - Щебень; 2 - Песок
В кривом участке пути на деревянных шпалах
В кривом участке пути на железобетонных шпалах
3.60 м
0.35
0.45
1
0.45
0.40
0.45
h
0.45
h
3.60 м
2.30
0.15
0.15
6.00+1.5h
h - возвышение наружного рельса
0.20
0.15
0.20
2
2.30
6.15+1.5h
h - возвышение наружного рельса
0.15

105.

ПОПЕРЕЧНЫЕ ПРОФИЛИ БАЛЛАСТНОЙ ПРИЗМЫ ИЗ ЩЕБНЯ НА ПЕСЧАНОЙ ПОДУШКЕ
НА ДВУХПУТНЫХ УЧАСТКАХ ДЛЯ ПУТЕЙ 1 И 2 КЛАССОВ
В прямом участке пути на деревянных шпалах
В прямом участке пути на железобетонных шпалах
7.70 м
0.45
7.70 м
0.45
4.10
0.45
0.40
0.45
0.35
1:2 1:1.5
4.10
1
0.15
0.15
10.26
0.20
0.15
0.20
2
0.15
10.42
1 - Щебень; 2 - Песок
В кривом участке пути на деревянных шпалах
В кривом участке пути на железобетонных шпалах
10.26+A+1.6h
A - уширение междупутья в кривых; h - возвышение наружного рельса
7.70+A
0.45
0.15
0.15
0.40
0.45
4.10+A
0.45
0.20
h
0.35
0.20
0.15
4.10+A
0.45
h
7.70+A
0.45
10.42+A+1.6h
A - уширение междупутья в кривых; h - возвышение наружного рельса
0.45
0.15

106. Распределение напряжений в балластном слое

107. Бесстыковой путь

108. ВСП на искусственных сооружениях

109.

110. ВСП в метрополитене

111. ВСМ для легкого метро

112.

113.

114.

115. Экономическая эффективность бесстыкового пути

• 1. Снижение затрат на текущее
содержании
• 2. Уменьшение выхода элементов
конструкции ВСП по дефектам
• 3. Снижение металлоемкости
конструкции ВСП
• 4. Повышение комфортабельности
• 5. Снижение сопротивления движению
поездов

116.

Направление движения
Р
(нагрузка на колесо)
Ступенька
Сила удара
Зазор