Профиль рельсовый - Rail profile

Рельс 1896 года с указанием названия производителя и технических характеристик, нанесенных на стенку рельса во время прокатки.
Поперечные сечения рельсов с плоским дном, которые могут опираться непосредственно на шпалы , и рельсов с упором, которые сидят на стульях (не показаны).
Ранние рельсы в США
Секция направляющего рельса Translohr (во время установки в Клермон-Ферран в 2006 г.)

Профиль рельса является форма поперечного сечения железнодорожного рельса , перпендикулярно ее длине.

Ранние рельсы были сделаны из дерева, чугуна или кованого железа. Все современные рельсы изготовлены из горячекатаной стали с поперечным сечением (профилем), приближенным к двутавровой балке , но несимметричным относительно горизонтальной оси (однако см. Рифленый рельс ниже). Головка профилирована, чтобы противостоять износу и обеспечивать хорошую езду, а ступня профилирована для соответствия системе крепления.

В отличие от некоторых других применений чугуна и стали, железнодорожные рельсы подвержены очень высоким нагрузкам и изготовлены из стали очень высокого качества. Потребовалось много десятилетий, чтобы улучшить качество материалов, в том числе перейти с чугуна на сталь. Незначительные дефекты стали, которые могут не создавать проблем при использовании в других областях, могут привести к поломке рельсов и опасному сходу с рельсов при использовании на железнодорожных путях.

В целом, чем тяжелее рельсы и остальная часть пути, тем тяжелее и быстрее поезда могут нести эти пути.

Рельсы составляют значительную часть стоимости железнодорожной линии. Сталелитейные заводы одновременно производят лишь небольшое количество рельсов, поэтому железная дорога должна выбрать ближайший подходящий размер. Изношенные тяжелые рельсы магистральной магистрали часто восстанавливаются и понижаются для повторного использования на железнодорожных ветках , подъездных путях или дворах .

Вес и размеры рельсов

Два часто используемых профиля рельсов: сильно изношенный профиль с плотностью 50 кг / м и новый профиль с плотностью 60 кг / м.

Вес рельса на длину является важным фактором при определении прочности рельса и, следовательно, осевых нагрузок и скорости.

Вес измеряется в фунтах на ярд ( британские единицы используются в Канаде, Великобритании и США) или килограммах на метр (метрические единицы используются в Австралии и континентальной Европе ). Поскольку килограмм составляет примерно 2,2 фунта, а метр - примерно 1,1 ярда, количество фунтов на ярд почти в два раза больше, чем килограммы на метр. (Точнее, 1 кг / м = 2,0159 фунта / ярд.)

Обычно в железнодорожной терминологии фунт является метонимом выражения « фунты на ярд», и, следовательно, 132-фунтовый рельс означает рельс 132 фунта на ярд.

Европа

Рельсы изготавливаются в большом количестве разных размеров. Некоторые общеевропейские размеры рельсов включают:

  • 40 кг / м (81 фунт / ярд)
  • 50 кг / м (101 фунт / ярд)
  • 54 кг / м (109 фунтов / ярд)
  • 56 кг / м (113 фунтов / ярд)
  • 60 кг / м (121 фунт / ярд)

В странах бывшего СССР распространены рельсы 65 кг / м (131 фунт / ярд) и рельсы 75 кг / м (151 фунт / ярд) (без термической закалки). Термически упрочненные рельсы 75 кг / м (151 фунт / ярд) также использовались на железных дорогах большой грузоподъемности, таких как Байкало-Амурская магистраль , но оказались неэффективными в эксплуатации и в основном были отклонены в пользу 65 кг / м (131 фунт / ярд). ярд) рельсы.

Северная Америка

Весовая отметка «155 PS» на сочлененном сегменте 76,9 кг / м рельса «Пенсильвания Special», самого тяжелого рельса, когда-либо производившегося серийно.
Чертеж поперечного сечения, показывающий размеры в имперских единицах для рельса 100 фунтов / ярд (49,6 кг / м), используемого в Соединенных Штатах, c. 1890-е годы
Центральная система Нью-Йорка Дадли 127 фунтов / ярд (63,0 кг / м) поперечного сечения рельса

Американское общество гражданских инженеров (или ASCE) указано рельсовые профили в 1893 году 5 фунт / ярд (2,5 кг / м) с шагом в течение от 40 до 100 фунтов / ярд (19,8 до 49,6 кг / м). Высота рельса равнялась ширине стопы на каждый вес т-образного рельса ASCE; а в профилях указана фиксированная доля веса головы, стенки и стопы, составляющая 42%, 21% и 37% соответственно. Профиль ASCE 90 фунтов / ярд (44,6 кг / м) был адекватным; но более тяжелые веса были менее удовлетворительными. В 1909 году Американская железнодорожная ассоциация (или ARA) определила стандартные профили для 10 фунтов / ярд (4,96 кг / м) с шагом от 60 до 100 фунтов / ярд (от 29,8 до 49,6 кг / м). Американская ассоциация железнодорожного машиностроения (или AREA) в 1919 году определила стандартные профили для рельсов 100 фунтов / ярд (49,6 кг / м), 110 фунтов / ярд (54,6 кг / м) и 120 фунтов / ярд (59,5 кг / м) для Рельсы 130 фунтов / ярд (64,5 кг / м) и 140 фунтов / ярд (69,4 кг / м) в 1920 году и для рельсов 150 фунтов / ярд (74,4 кг / м) в 1924 году. Тенденция заключалась в увеличении высоты рельсов на фут. коэффициент ширины и укрепление сети. Недостатки более узкой подошвы были преодолены за счет использования стяжных пластин . Рекомендации AREA снизили относительный вес головки рельса до 36%, в то время как альтернативные профили снизили вес головки до 33% в рельсах с более тяжелым весом. Внимание также было сосредоточено на улучшении радиуса галтеля для снижения концентрации напряжений в месте соединения полотна с головкой. AREA рекомендовала профиль ARA 90 фунтов / ярд (44,6 кг / м). Старые рельсы ASCE с меньшим весом оставались в эксплуатации и удовлетворяли ограниченный спрос на легкорельсовый транспорт в течение нескольких десятилетий. В 1997 году компания AREA объединилась с Американской ассоциацией железнодорожного машиностроения и технического обслуживания путей . К середине 20-го века большая часть производства рельсов была средней тяжести (от 112 до 119 фунтов / ярд или от 55,6 до 59,0 кг / м) и тяжелой (от 127 до 59,0 кг / м). 140 фунтов / ярд или от 63,0 до 69,4 кг / м). Рельсы размером менее 100 фунтов / ярд (49,6 кг / м) обычно предназначены для легких грузов, малоиспользуемых железнодорожных путей или легкорельсового транспорта . Путь, использующий рельсы от 100 до 120 фунтов / ярд (от 49,6 до 59,5 кг / м), предназначен для низкоскоростных грузовых ответвлений или скоростного транспорта (например, большая часть пути системы метро Нью-Йорка построена с плотностью 100 фунтов / ярд (49,6 кг). / м) рельс). Главный железнодорожный путь обычно строится из рельса 130 фунтов / ярд (64,5 кг / м) или более тяжелого. Некоторые распространенные размеры рельсов в Северной Америке включают:

Некоторые распространенные размеры подкрановых рельсов в Северной Америке включают:

  • 12 фунтов / ярд (5,95 кг / м)
  • 20 фунтов / ярд (9,9 кг / м)
  • 25 фунтов / ярд (12,4 кг / м)
  • 30 фунтов / ярд (14,9 кг / м)
  • 40 фунтов / ярд (19,8 кг / м)
  • 60 фунтов / ярд (29,8 кг / м)
  • 80 фунтов / ярд (39,7 кг / м)
  • 85 фунтов / ярд (42,2 кг / м)
  • 104 фунтов / ярд (51,6 кг / м)
  • 105 фунтов / ярд (52,1 кг / м)
  • 135 фунтов / ярд (67 кг / м)
  • 171 фунт / ярд (84,8 кг / м)
  • 175 фунтов / ярд (86,8 кг / м)

Австралия

Некоторые общие размеры австралийских рельсов включают в себя:

  • 30 кг / м (60,5 фунтов / ярд)
  • 36 кг / м (72,6 фунта / ярд)
  • 40 кг / м (80,6 фунтов / ярд)
  • 47 кг / м (94,7 фунта / ярд)
  • 50 кг / м (100,8 фунта / ярд)
  • 53 кг / м (106,8 фунта / ярд)
  • 60 кг / м (121,0 фунт / ярд)
  • 68 кг / м (137,1 фунт / ярд)
  • 50 кг / м и 60 кг / м являются текущим стандартом, хотя некоторые другие размеры все еще производятся.
  • Некоторые американские размеры используются на железных дорогах северо-запада Западной Австралии .

История

Рельсы с краями Fishbelly уложены на каменные блоки на железной дороге Кромфорд и Хай-Пик .
Поперечные сечения ранних рельсов
Патент Stephenson-rail с шарнирным соединением с половиной нахлеста, запатентованный в 1816 году.

Ранние рельсы использовались на телегах , запряженных лошадьми , первоначально с деревянными рельсами, но с 1760-х годов использовались ленточные рельсы , которые состояли из тонких полос чугуна, прикрепленных к деревянным рельсам. Эти рельсы были слишком хрупкими, чтобы нести тяжелые грузы, но поскольку первоначальная стоимость строительства была меньше, этот метод иногда использовался для быстрого строительства недорогой железнодорожной линии. Ремешковые рельсы иногда отделялись от деревянной основы и врезались в пол вагонов выше, создавая то, что называлось «змеиной головой». Однако долгосрочные расходы на частое техническое обслуживание перевесили любую экономию.

На смену им пришли чугунные рельсы с фланцами (например, L-образной формы) и с плоскими колесами вагона. Одним из первых сторонников этой конструкции был Бенджамин Отрам . Его партнер Уильям Джессоп в 1789 году предпочел использовать « краевые рельсы », где колеса были фланцевыми, и со временем стало ясно, что эта комбинация работает лучше.

Самыми ранними из них были так называемые чугунные рельсы для рыбного живота из-за их формы. Рельсы из чугуна были хрупкими и легко ломались. Их можно было делать только короткой длины, которая вскоре становилась неровной. Патент Джона Биркиншоу 1820 года, в котором совершенствовались методы прокатки, представил кованое железо большей длины, заменил чугун и внес значительный вклад в бурный рост железных дорог в период 1825–1840 годов. Поперечное сечение сильно варьировалось от одной линии к другой, но было трех основных типов, как показано на диаграмме. Параллельный разрез, который развился в более поздние годы, получил название Bullhead .

Между тем, в мае 1831 года первый Т-образный рельс с фланцем (также называемый Т-образным сечением) прибыл в Америку из Великобритании и был проложен на Пенсильванской железной дороге компанией Camden and Amboy Railroad . Их также использовал Чарльз Виньоль в Великобритании.

Первые стальные рельсы были изготовлены в 1857 году Робертом Форестером Мушетом , который проложил их на станции Дерби в Англии. Сталь - гораздо более прочный материал, который постепенно заменял железо для использования на железнодорожных рельсах и позволял катать рельсы гораздо большей длины.

Американская ассоциация инженеров железнодорожного транспорта (AREA) и Американское общество по испытанию материалов (ASTM) , указанное углерод, марганец, кремний и содержание фосфора для стальных рельсов. Предел прочности на разрыв увеличивается с увеличением содержания углерода, а пластичность уменьшается. AREA и ASTM указали от 0,55 до 0,77 процента углерода в рельсах с плотностью от 70 до 90 фунтов на ярд (от 34,7 до 44,6 кг / м), от 0,67 до 0,80 процента в рельсах с массой от 90 до 120 фунтов / ярд (от 44,6 до 59,5 кг). / м) и от 0,69 до 0,82 процента для более тяжелых рельсов. Марганец увеличивает прочность и устойчивость к истиранию. AREA и ASTM указали от 0,6 до 0,9 процента марганца в рельсах весом от 70 до 90 фунтов и от 0,7 до 1 процента в более тяжелых рельсах. Кремний предпочтительно окисляется кислородом и добавляется для уменьшения образования ослабляющихся оксидов металлов при прокатке и литье рельсов. AREA и ASTM указали от 0,1 до 0,23 процента кремния. Фосфор и сера являются примесями, вызывающими хрупкость рельсов с пониженной ударопрочностью. AREA и ASTM указали максимальную концентрацию фосфора 0,04 процента.

Использование сварных, а не сочлененных гусениц началось примерно в 1940-х годах и стало широко распространенным к 1960-м годам.

Типы

Планка

Планка и шип

Самые ранние рельсы представляли собой просто бревна. Чтобы избежать износа, поверх деревянного рельса накладывалась тонкая железная лента. Это сэкономило деньги, так как дерево было дешевле металла. У системы был недостаток, заключающийся в том, что время от времени прохождение колес в поезде приводило к отрыву ремня от древесины. Впервые о проблеме сообщил Ричард Тревитик в 1802 году. Использование ремешков в Соединенных Штатах (например, на железной дороге Олбани и Скенектади около 1837 года) привело к тому, что пассажирам угрожали «змеиные головы», когда ремни скручивались и скручивались. проникли в вагоны.

Пластинчатый рельс

Пластинчатый рельс был ранним типом рельса и имел L-образное поперечное сечение, в котором фланец удерживал колесо без фланцев на рельсе. Фланцевые рельсы пережили небольшое возрождение в 1950-х годах в качестве направляющих шин в Paris Métro (метро с резиновыми шинами или французское Métro sur pneus ), а в последнее время - в качестве автобусов с гидом . В Кембриджширском автобусном маршруте рельс представляет собой бетонную балку толщиной 350 мм (14 дюймов) с выступом 180 мм (7,1 дюйма), образующим фланец. Автобусы ездят на обычных опорных катках с боковыми направляющими колесами, которые прилегают к фланцам. Автобусы управляются нормально, когда они не на автобусном пути, аналогично фургонам 18-го века, которые можно было маневрировать вокруг питхедов, прежде чем выехать на колею для более дальнего следования.

Мостовой рельс

Поперечное сечение через Great Western Railway «s сруб дорогу , сделанное с мостом железной дорогой

Мостовой рельс - это рельс с перевернутым U-образным профилем. Его простая форма проста в изготовлении, и она широко использовалась до того, как более сложные профили стали достаточно дешевыми, чтобы их можно было производить оптом. В частности , было использовано на Great Western Railway «s 7 футов  1 / 4  в ( 2140 мм ) колеи сруба дороги , разработанный Брюнель .

Рельс Барлоу

Поперечное сечение рельса Барлоу, используемого Сиднейской железнодорожной компанией

Рельс Барлоу был изобретен Уильямом Генри Барлоу в 1849 году. Он был спроектирован так, чтобы укладывать его прямо на балласт , но из-за отсутствия шпал (стяжек) было трудно поддерживать его ширину .

Рельс с плоским дном

Поперечное сечение нового рельса с плоским дном

Рельсы с плоским дном являются доминирующим профилем рельсов во всем мире.

Т-образная рейка с фланцем

Т-образный рельс с фланцем (также называемый Т-образным сечением) - это название рельса с плоским дном, используемого в Северной Америке . Деревянные рельсы с железными ремнями использовались на всех американских железных дорогах до 1831 года. Полковник Роберт Л. Стивенс , президент компании Camden and Amboy Railroad , высказал идею, что железные рельсы лучше подходят для строительства железной дороги. В Америке не было сталелитейных заводов, способных прокатать большие длины, поэтому он отплыл в Соединенное Королевство, которое было единственным местом, где можно было катать его Т-образный рельс с фланцами (также называемый Т-образным сечением). Железные дороги в Великобритании использовали катаные рельсы другого поперечного сечения, произведенные мастерами по металлу .

В мае 1831 года первые 500 рельсов, каждая длиной 15 футов (4,6 м) и весом 36 фунтов на ярд (17,9 кг / м), достигли Филадельфии и были размещены на рельсах, что ознаменовало первое использование T-образного рельса с фланцами. Впоследствии T-образная рейка с фланцами стала использоваться на всех железных дорогах США.

Полковник Стивенс также изобрел шип с крючком для крепления поручня к шпале (или шпале ). В настоящее время штырь винта широко используется вместо шипа с крючком.

Виньоль рейка

Vignoles Rail, которая использовалась для железных дорог Лондона и Кройдона в 1839 году.
Рельсы Vignoles, которые использовались для железной дороги Бирмингема и Глостера в 1840 году

Рельсы Vignoles - это популярное название рельсов с плоским дном, в честь инженера Чарльза Виньоля, который представил их в Великобритании . Чарльз Виньоль заметил, что износ происходил с коваными железными рельсами и чугунными стульями на каменных блоках, что было наиболее распространенной системой в то время. В 1836 году он порекомендовал железную дорогу Лондона и Кройдона, где он работал консультантом, по железной дороге с плоским дном . Его первоначальный рельс имел меньшее поперечное сечение, чем рельс Стивенса, с более широким основанием, чем современный рельс, закрепленным винтами через основание. Другие линии, которые приняли его, были Hull и Selby , Newcastle и North Shields , а также Manchester, Bolton and Bury Canal Navigation and Railway Company.

Когда стало возможно консервировать деревянные шпалы с помощью хлорида ртути (процесс, называемый кианизированием ) и креозота , они стали работать намного тише, чем каменные блоки, и появилась возможность закрепить рельсы напрямую с помощью зажимов или рельсовых шипов . Их использование распространилось по всему миру и приобрело имя Виньоль.

Стык, в котором концы двух рельсов соединяются друг с другом, является самой слабой частью рельсовой линии. Самые ранние железные рельсы соединялись простой накладкой или металлическим стержнем, прикрепленным болтами к стенке рельса. Были разработаны более прочные методы соединения двух рельсов. Когда в стык рельсов вложено достаточно металла, прочность стыка будет почти такой же, как и на остальной длине рельса. Шум, создаваемый поездами, проезжающими по стыкам рельсов, описываемый как «щелчок рельсового пути», может быть устранен путем сварки секций рельсов вместе. Цельносварной рельс имеет равномерный верхний профиль даже в местах стыков.

Двухголовый рельс

В конце 1830-х годов в Великобритании железнодорожные линии имели самые разные модели. Одной из первых линий, где использовались двуглавые рельсы, была Лондонско-Бирмингемская железная дорога , на которой был присужден приз за лучший дизайн. Этот поручень поддерживался стульями, а верхняя и нижняя части поручня имели одинаковый профиль. Предполагаемое преимущество заключалось в том, что, когда головка изнашивалась, рельс можно было перевернуть и использовать повторно. На практике эта форма рециркуляции была не очень успешной, поскольку стул вызывал вмятины на нижней поверхности, а двуглавый рельс превратился в рельс с упором, у которого голова была более прочной, чем ступня.

Бычий рельс

Рельсы Bullhead были стандартом для британской железнодорожной системы с середины 19 до середины 20 века. Например, в 1954 г. рельс с упором использовался для строительства 449 миль (723 км) нового пути, а рельс с плоским днищем - для 923 миль (1485 км). Один из первых британских стандартов , BS 9, был для рельсов с упором - он был первоначально опубликован в 1905 году и пересмотрен в 1924 году. Рельсы, изготовленные в соответствии со стандартом 1905 года, назывались «OBS» (оригинальные), а рельсы, изготовленные в 1924 году. стандарт как «RBS» (пересмотренный).

Рельс Bullhead похож на рельс с двумя головками, за исключением того, что профиль головки рельса не такой, как у основания. Рельс Bullhead эволюционировал из рельса с двумя головками, но из-за того, что он не имел симметричного профиля, его никогда не было возможности перевернуть и использовать ступню в качестве головы. Следовательно, поскольку рельс больше не обладал изначально предполагаемым преимуществом повторного использования, это был очень дорогой метод прокладки рельсов. Для поддержки перил требовались тяжелые чугунные стулья , которые крепились к стульям деревянными (позже стальными) клиньями или «ключами», которые требовали регулярного внимания.

Рельс Bullhead теперь почти полностью заменен рельсом с плоским дном на британских железных дорогах, хотя он сохранился в национальной железнодорожной системе на некоторых подъездных путях или ветках. Его также можно найти на старинных железных дорогах , как из-за стремления сохранить исторический облик, так и из-за утилизации и повторного использования старых компонентов пути с основных линий. Лондонское метро продолжало использовать бычок рельсы после того, как оно было прекращено в другом месте в Великобритании, но в последние несколько лет там согласованные усилия , чтобы преобразовать его трек плоского дна рельса. Однако процесс замены пути в туннелях - медленный процесс из-за невозможности использования тяжелой техники и техники.

Рельс с канавками

Поперечное сечение желобчатого трамвайного рельса
Разница в форме и профиле колеса и рельса поезда (слева, синий) и трамвая (справа, зеленый). См. Раздел " Фланец железнодорожного колеса".

Если рельс уложен на дорожное покрытие (тротуар) или на покрытых травой поверхностях, должно быть предусмотрено приспособление для фланца. Это обеспечивается прорезью, называемой фланцевым переходом. Рельсы тогда известный как канавки рельс , паз рельс , или балочного рельс . Фланцевый канал имеет головку рельса с одной стороны и ограждение с другой. Ограждение не несет веса, но может действовать как ограждение.

Рельс с канавками был изобретен в 1852 году Альфонсом Луба , французским изобретателем, который разработал усовершенствования в трамвайном и железнодорожном оборудовании и помог построить трамвайные линии в Нью-Йорке и Париже. Изобретение желобчатого рельса позволило прокладывать трамвайные пути, не причиняя неудобств другим участникам дорожного движения, за исключением ничего не подозревающих велосипедистов, колеса которых могли застрять в канавке. Канавки могут быть заполнены гравием и грязью (особенно, если они используются нечасто или после периода простоя), и время от времени их нужно очищать, причем это делается с помощью трамвая «скруббер». Если не прочистить канавки, это может привести к ухабистой дороге для пассажиров, повреждению колеса или рельса и, возможно, сходу с рельсов.

Балочный ограждение

Традиционной формой рифленого рельса является секция ограждения балки, показанная слева. Этот рельс представляет собой модифицированную форму рельса с фланцами и требует специального крепления для переноса веса и стабилизации колеи. Если вес переносится на поверхность проезжей части, необходимо через регулярные промежутки времени использовать стальные стяжки для поддержания толщины. Их установка означает, что вся поверхность должна быть раскопана и восстановлена.

Блок-рельс

Блочный рельс - это форма нижнего профиля балочного ограждения без перемычки. В профиле это больше похоже на сплошную форму рельса моста с добавленным фланцем и ограждением. Простое удаление перемычки и объединение верхней части непосредственно с нижней частью приведет к получению слабой направляющей, поэтому в комбинированной части требуется дополнительная толщина.

Современный блочный рельс с дальнейшим уменьшением массы - рельс LR55, который сделан из полиуретана, залитого в сборную бетонную балку. Его можно установить в канавках траншеи, вырезанных в существующем асфальтовом полотне дороги для легкорельсового транспорта (трамваев).

Длина рельсов

Рельсы должны быть как можно более длинными, поскольку стыки между длинами рельсов являются источником слабости. По мере совершенствования производственных процессов длина рельсов увеличивалась. Длинные рельсы гибкие, и нет проблем с поворотами. Рельс длиной 130 метров (430 футов), который станет самой длинной железнодорожной линией в мире в виде цельного куска, был прокатан на URM, Бхилайский сталелитейный завод (ПАРУС) 29 ноября 2016 года.

Сварка рельсов на более длинные рельсы была впервые введена примерно в 1893 году. Сварку можно производить как на центральном складе, так и в полевых условиях.

Конические или цилиндрические колеса

Давно признано, что конические колеса и рельсы с одинаковым уклоном лучше следуют кривым, чем цилиндрические колеса и вертикальные рельсы. Некоторые железные дороги, такие как Queensland Railways, долгое время имели цилиндрические колеса, пока более тяжелое движение не потребовало изменений. Цилиндрические протекторы колес должны «скользить» по изгибам колеи, что увеличивает как сопротивление, так и износ рельсов и колес. На очень прямой дорожке протектор колеса цилиндрической формы катится более свободно и не "нахтывается". Калибр немного сужен, а галтели фланца предохраняют фланцы от истирания рельсов. Практика Соединенных Штатов - это 1 конус из 20, когда он новый. По мере износа протектор приближается к неравномерному цилиндрическому протектору, и тогда колесо отлаживают на токарном станке или заменяют.

Производители

Рельсы изготавливаются из высококачественной стали, а не в огромных количествах по сравнению с другими видами стали, поэтому количество производителей в любой стране, как правило, ограничено.

Несуществующие производители

Стандарты

  • EN 13674-1 - Железные дороги - Рельсы - Рельсы - Часть 1: Железнодорожные рельсы Vignole 46 кг / м и более

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки