Железобетонные шпалы: типы, технология производства и монтаж

Применение и производство железобетонных шпал

Материал под рельсы или элемент фундаментной опоры строения — железобетонные шпалы. К изобретению такой конструкции шли долго. Сначала использовались каменные прокладки, однако они плохо поддаются обработке и изнашиваются, выходят из строя. Хорошо себя зарекомендовали подпорки из специально обработанного дерева, но их через некоторое время заменяют и ремонтируют. В итоге наиболее прочными остались конструкции из железобетона, который является материалом будущего.

Что это такое и где используют?

Железобетонные шпалы — подпорки под рельсы, которые имеют форму бруса с меняющимися размерами и формами сечения.

Это изделие имеет внутренний металлический каркас, состоящий из стальных прутьев, диаметр которых 0,03—0,06 см, меняется в зависимости от модификаций конструкции. Производство материала для фиксирования рельс выполняется по особой технологии, к которой предъявляют такие требования:

  • Однородность смеси. Бетон для изделий хорошо перемешивают.
  • Прочность конструкции. Важна при передачи усилия напряжения.
  • Точность исполнения. Производители изделия соблюдают такие параметры материала для надежного монтажа рельс:
    • размеры;
    • формы;
    • вес.

Бетонные изделия широко используются по всему миру при сооружении новых железных дорог и реконструкции старых путей. Использование во всех климатических поясах выставляет повышенные требования к технико-эксплуатационным характеристикам, качеству изделий. Железобетонные шпалы, в зависимости от интенсивности износа полотна, имеют ресурс долговечности в 30—60 лет. Эти подпорки постепенно вытесняют деревянные в железнодорожном строительстве. А также делают фундамент из железобетонных шпал, часто используются изделия, бывшие в употреблении.

Плюсы и минусы: основной перечень

Изделия для закрепления рельс к полотну имеют позитивные и негативные отличия, представленные в таблице:

ПоказательОписание
ПлюсыДолговечность
Устойчивость к агрессивным факторам внешней среды
Стойкость к процессам разложения
Высокая сопротивляемость механическим нагрузкам
Сравнительно низкая цена
Монтажные работы не сложны
Эксплуатация шпал не требует больших финансовых издержек
Параметры подпорок (длина, ширина) позволяют удобно их транспортировать, загружать и выгружать
МинусыРазрушение железобетонных конструкций, из-за чего состояние путей периодически осматривают
Прокладка под рейсы весит 270 кг, поэтому монтаж производится техникой (укладчиком шпал)
Обязательное использование в конструкции прокладок, придающих упругость
Железобетонный каркас проводит ток, поэтому применяют электроизоляцию

Виды изделий

Железобетонные шпалы бывают разных типов, подробнее о которых в таблице:

Параметры классификацииВидХарактеристика
Стойкость к растрескиванию, качество и точность параметровОпоры 1-го сортаОбладает высокими эксплуатационными характеристиками
Опоры 2-го сортаПодвержены растрескиванию, в геометрии размеров допускаются отклонения
Вид крепления к рейсамШ-1Раздельное болтово-клеммное соединение, фиксация осуществляется болтами и прокладками
Ш-2Крепление нераздельное
Ш-3Похожи с Ш-2, но вид крепления другой
Наличие изоляции от электротока и вид арматурного каркасаС изоляциейБетонные шпалы оборудованы изоляторами
Без изоляцииОтсутствуют изолирующие вкладыши

Требования по стандарту

Прочностные и другие показатели железобетонных шпал отражены в ГОСТ 33320–2015. Это изделия, к эксплуатационным показателям которых выдвигаются требования:

  • Прочностные параметры. Сила, передающая предварительное натяжение, возникает сразу после изготовления изделия.
  • Параметры бетона. Смесь должна иметь наивысшую меру однородности консистенции.
  • Точные формы и размеры. Соответствие этим параметрам характерны для этих конструкций. Существуют строгие допуски по элементам шпал, сверяется соответствие заданным стандартам мест соединения с рельсами.

Производство

За последние годы было испробовано множество способов изготовления бетонных подпорок под шпалы. В мире пользуются 4-мя методами технологии по производству железобетонных изделий. Они обеспечивают получение надежной и проверенной продукции, которая отвечает требованиям международной стандартизации.

Карусельный тип с задержкой снятия форм

Технология предусматривает использование кассетных форм, состоящих из 6-ти элементов. Подготовленная смесь заливается в кассеты, где потом происходит ее уплотнение. Чтобы получить нужное сцепление и обеспечить предварительное напряжение, в раствор монтируют арматурный каркас. Достают из приспособлений готовую продукцию после достижения наивысших прочностных показателей. После завершения производственного цикла, освободившиеся от конструкций формы отправляют для следующей партии изделий.

Линейный тип

Для этого вида используют конвейер, на котором в очередности установлены формы для залива бетона, их длина составляет 100 метров. Боковые части устройств закрывают специальные приспособления, передающие механическое воздействие на металлический каркас. Когда смесь созревает, напряжение распределяется по всей бетонной поверхности.

Метод демонтажа формы со следующим напряжением

Эта технология предусматривает использование специальных форм и встраиваемых шаблонов, которые отмечают место расположения арматурного каркаса. Формы заливаются бетонным раствором, который уплотняют. Когда смесь схватывается, в нее фиксируют стальные пруты. После созревания бетона готовую шпалу вынимают из формы и шаблона. Изготовление изделий происходит беспрерывно.

Снятие форм с предварительным напряжением

Технология сходна с предыдущей, но вместо погружения в бетон металлических прутов в формы монтируют сварные стальные рамки, на них оказывают механическое воздействие. Устройства обеспечивают готовому изделию напряженное усилие. Емкости также быстро освобождаются от готовых железобетонных конструкций, и производственный цикл начинается заново.

Железобетонные шпалы: основные разновидности, характеристики и особенности применения

В этой статье мы расскажем о том, что собой представляют собой данные изделия, а также о том, каковы особенности их производства и эксплуатации. Рассмотрим, где используются железобетонные шпалы б у,и какие требования предъявляются к производителям данного вида материалов.

Первоначально под железнодорожные рельсы подкладывались каменные бруски. Чуть позже камень заменили деревом, которое не только обладало лучшими амортизационными качествами, но и было проще в плане механической обработки. Впрочем, ситуация кардинально изменилась только лишь тогда, когда началось производство железобетонных шпал.

Готовые к установке шпалы

Немного истории

На фото — деревянные шпалы после долговременной эксплуатации

Как уже было сказано, история железных дорог насчитывает несколько разновидностей подпорок, которые укладываются под рельсы. Все решения имели ряд эксплуатационных недостатков. Например, камень был чрезвычайно сложен в обработке и имел низкие амортизационные свойства.

Кроме того, несмотря на кажущуюся прочность, эти плиты были не самым долговечным решением, так как вследствие продолжительного механического воздействия трескались и приходили в частичную или полную негодность.

Чуть лучше дело обстояло с изделиями из древесины. Такие шпалы просмаливались для защиты от негативного воздействия факторов внешней среды. Но древесина, рано или поздно, несмотря на специальную обработку, гниёт. И, как результат, железнодорожные пути требуют ремонта.

Несмотря на неплохие амортизационные качества, древесина имеет один существенный недостаток — это высокая цена пиломатериалов, даже с учётом простоты их механической обработки. Ситуация изменилась к лучшему во второй половине двадцатого века, когда были разработаны первые шпалы из железобетона.

Несмотря на то что деревянные изделия и по сей день применяются на второстепенных ветках, именно железобетонные конструкции небезосновательно считаются наиболее современным и перспективным решением.

Основные характеристики

Схема и размеры железобетонных шпал Ш1

Инструкция применения железобетонных шпал на территории постсоветского пространства апробирована в течении более чем 40 лет.

В соответствии с ГОСТом 23009, современные бетонные шпалы представляют собой рельсовые опоры, изготавливаемые в виде брусьев с переменным размером и формой сечения. Изделие армируется арматурной проволокой с диаметром сечения 3-6 мм в зависимости от модификации.

В процессе эксплуатации изделие укладывается поверх балластного слоя. Применительно к обычным путям в качестве балластной насыпи применяется крупноразмерный щебень, а при обустройстве метрополитена применяется бетонное основание плитного типа.

Схематичное изображение ЖБИ типа Ш1

Изделия из напряжённого железобетона, используемые в качестве подрельсовых опор, это оптимальное решение, как для бесстыковых, так и для остальных категорий путей.

Актуальность данных конструкций объясняется рядом технических и эксплуатационных преимуществ, среди которых:

  • продолжительный эксплуатационный ресурс;
  • оптимальные показатели устойчивости к негативным воздействиям факторов внешней среды;
  • устойчивость к механическим нагрузкам;
  • неподверженность гниению в течение всего ресурса эксплуатации;
  • возможность монтажа на путях с любым уровнем загруженности;
  • относительно невысокая цена;
  • минимальные затраты, необходимые для эксплуатационного обслуживания;
  • простота укладки и монтажа, в сравнении с деревянными аналогами;
  • абсолютная идентичность типоразмеров форм и веса, что гарантирует удобство транспортировки и отгрузки.

На фото — щипцы для переноски шпал

Есть ли недостатки,способные негативно сказаться на использовании этих ЖБИ?

Таких недостатков немного:

  • Во-первых, это вероятность усталостного разрушения бетонной конструкции и, как следствие, необходимость периодического осмотра путей.
  • Во-вторых, вес железобетонной шпалы(270 кг) делает невозможным ее монтаж своими руками без применения спецтехники. Поэтому, в отличие от деревянных аналогов, бетонные конструкции устанавливаются посредством специализированных шпалоукладчиков.

Сфера и условия применения

Схематичное изображение железобетонных шпал типа Ш3 и Ш3Д

Шпалы, изготовленные с применением предварительно напряженного железобетона,повсеместно применяются при строительстве железнодорожных путей транспортного сообщения по всему миру.

Учитывая разнообразие климатических условий, в которых осуществляется эксплуатация этих изделий,а также разную степень механических нагрузок, к производству шпал, равно как и к качеству готового изделия,предъявляются повышенные требования.В итоге, в зависимости от благоприятности условий применения, эти ЖБИ могут использоваться в течение30-60 лет.

Железобетонная полушпала для укладки путей передвижения рельсовых кранов

Повсеместное вытеснение привычных деревянных подпорок железобетонными аналогами объясняется не только прочностью и долговечностью, но и сжатыми сроками изготовления.

К примеру, для производства готовых к монтажу ЖБИ необходимо всего лишь несколько часов, что очень удобно когда речь идет о строительстве крупной ветки и необходим постоянный подвоз больших объемов стройматериалов. Опять же ЖБИ можно ремонтировать и адаптировать для эксплуатационных нужд применяя алмазное бурение отверстий в бетоне.

Важно: Шпалы,изготавливаемые отечественными производителями с применением предварительно напряженного железобетона в соответствии с требованиями ГОСТ, по несущей способности и материалоемкости превосходят зарубежные аналоги.

Требования, предъявляемые к железнодорожным ж/б шпалам

Монтаж рельс и железобетонных шпал перед укладкой на насыпь

Читайте также:  Бетонные блоки для забора: декоративные, сплиттерные и производство своими руками

Как уже было сказано, эксплуатационные условия, в которых используются шпалы предъявляют высокие требования к технологии производства этих ЖБИ и в частности к технологии изготовления предварительно напряженного железобетона.

К материалу и готовому изделию предъявляются следующие требования:

  • Прочность, достаточная для передачи силы предварительного напряжения уже через несколько часов (время задаётся в соответствии с модификацией ЖБИ) по окончанию производственного процесса.
  • Максимально возможная степень однородности консистенции свежеприготовленного бетона.
  • Точность размеров и форм — на порядок выше,чем аналогичные требования, предъявляемые к другим категориям общеупотребимых железобетонных и предварительно напряженных железобетонных конструкций.
    Под этими требованиями подразумеваются допуски по углу наклона,длине и ширине отдельных конструкционных элементов. Особенно строго контролируются размеры на участках примыкания к рельсам.

Важно: На территории Западной Европы технические требования, определяющие качество исходного материала,используемого при изготовлении железобетонных шпал, регламентируется стандартом EN 13230.
Класс прочности исходного материала на отечественном производстве определяется более высокими требованиями приведенными в ГОСТ 26633.

Производственные технологии

Формы для заливки бетона с прутьями для передачи предварительного напряжения

Независимо от того, планируется фундамент из железобетонных шпал или же ЖБИ будут использованы по своему прямому назначению, прочность этих конструкционных элементов будет гарантирована. Эксплуатационные качества готовых изделий обеспечиваются производственными технологиями.

Несмотря на то, что в течение пятидесяти с лишним лет было апробировано немало методов изготовления шпал, сегодня повсеместно применяется четыре наиболее распространённые производственные технологии, отвечающие требованиям международных стандартов.

  • Технология карусельного типа с задержкой снятия формы.
    Особенность этого технологического процесса в том, что готовая смесь заливается в формы и уплотняется. Извлечение изделия из формы осуществляется только после достижения оптимальных прочностных показателей, достаточных для приложения силы предварительного напряжения.
    В процессе изготовления применяются специализированные разборные кассетные формы, которые способны вместить до шести единиц изделия. За счет применения специальных механизмов натяжения, обеспечивается предварительное напряжение арматурных прутьев, которое впоследствии передается и на бетон и обеспечивает оптимальное с ним сцепление.
    После того как железобетонная шпала готова, форма может быть демонтирована и сразу же применена для очередного производственного цикла.
    Название метода объясняется типом производственного процесса и конструкционными особенностями используемых форм, которые располагаются на транспортной системе карусельного типа. Такой метод получил широкое распространение в странах Западной Европы и считается наиболее перспективным и технологичным.
  • Линейная технология.
    Независимо от того, что изготавливается железобетонная полушпала для рельсовых кранов или полноразмерное изделие,производственный процесс может быть реализован на основе линейной технологии.
    В ходе производственного процесса применяется конвейер с рядом последовательно расположенных форм. Общая длина цепочки, как правило,составляет не меньше 100 метров.
    В торцах форм применяются специальные устройства,которые не только закрывают форму,но и передают предварительное напряжение на арматурные прутья. По мере высыхания смеси усилие передаётся на бетон.
  • Технология снятия формы с последующим напряжением.

На фото — современная линия по производству шпал западноевропейского стандарта

В данном случае в формы вставляются шаблоны, которые будут определять расположение металлической арматуры. Затем бетон заливается в формы и уплотняется.

По мере застывания, в толщу смеси вводятся металлические штыри,на которые оказывается механическое усилие. Через небольшой промежуток времени форма демонтируется и извлекаются шаблоны. Преимущество данного способа в том, что процесс по сути беспрерывный, а потому для получения требуемого результата необходимо ограниченное количество форм.

  • Технология снятия формы с предварительным напряжением.
    В этом случае форма снимается так же быстро, как и в предыдущем способе. Единственным существенным отличием этого технологического процесса является то, что напрягающее усилие изделию передается не через штыри, а посредством рам.

Особенности монтажа, ремонта и утилизации железобетонных шпал

На фото — эксплуатация передвижного шпалоукладчика

Укладка железнодорожных путей с применением ж/б шпал имеет ряд характерных особенностей.

Рельсы и бетонные шпалы, при сооружении железных дорог,монтируются на изначально подготовленное полотно на основе земельного грунта, песка и щебневой засыпки.Для того чтобы предотвратить повреждение шпал при прохождении поездов и обеспечить сохранность земляного полотна, требуется специальная подготовка, которая заключается в устройстве песчаных полос.

Укладка производится посредством механизированных комплексов,которые позволяют минимизировать степень использования физического труда. В итоге снижается себестоимость монтажного процесса, а кроме того, сокращаются сроки реализации укладки пути в целом.

Как ранее было сказано,эксплуатационный ресурс ж/б шпал ограничивается 30-60 годами. Но такие параметры долговечности возможны только в том случае, если состояние путей регулярно осматривается на предмет поломок и частичных деформаций.

К примеру на эксплуатационное состояние ЖБИ влияет состояние шурупов, крепящих подкладку к шпале. Если шуруп сломан и неполадка своевременно не обнаружена велика вероятность того, что подкладка при прохождении состава будет бить по бетону, вызывая в нем усталостные напряжения. (См. также статью Застывание бетона: особенности.)

Если проблема не устраняется после срыва головки шурупа, в сравнительно небольшой промежуток времени в толще бетона появляются микротрещины, которые приводят к частичному или полному разрушению шпалы.

На фото — работа механизированного комплекса по утилизации твердых строительных отходов

По истечении эксплуатационного ресурса или вследствие естественных разрушений, шпалы подлежат замене. В то же время непригодные к использованию ЖБДИ подлежат утилизации.

Так как резка железобетона алмазными кругами с целью измельчения представляется неоправданно дорогостоящим процессом, переработка осуществляется с применением специальных механизированных комплексов. Основным рабочим элементом комплекса является щековая дробилка, которая измельчает ЖБИ до консистенции средне или мелкоразмерного щебня. (См. также статью Упрочнение бетона: как сделать.)

Переработанные шпалы впоследствии могут быть применены в качестве материалов для засыпки котлованов или для формирования насыпей.

Вывод

Теперь вы знаете,сколько весит железобетонная шпала, как она изготавливается и каковы ее эксплуатационные особенности. Надо полагать, что применение этих ЖБИ будет актуальным и востребованным в течение долгого времени.

Ведь даже несмотря на разработку полностью пластиковых шпал в Японии, именно соответствие ГОСТ на железобетонные шпалы гарантирует оптимальное сочетание прочности, долговечности и приемлемой стоимости. Больше полезной и интересной информации вы сможете обнаружить, посмотрев видео в этой статье.

Технология изготовления шпал Горновским заводом “Спецжелезобетон” Тогучинского района Новосибирской области

Страницы работы

Содержание работы

2 Организационно-технологическая часть 5

2.1 Характеристика предприятия

2.2 Характеристика участка

2.3 технический процесс изготовления шпал

3 Расчёт и технико-экономическое обоснование участка 17

3.1 Расчёт трудоёмкости работ на участке

3.2 Режим работы и фонды времени

4 Экономическое обоснование участка 28

4.1 Расчёт капитальных вложений

4.2 Расчёт себестоимости

4.2.1 Прямые расходы

4.2.2 Расчёт накладных расходов

4.2.3 Заводские расходы

4.2.4 Внепроизводственные расходы

4.2.5 Полная себестоимость

5 Расчётно-конструкторская часть 46

6 Восстановление изношенной детали 52

6.1 Возможные дефекты

6.2 Порядок операций и переходов при ремонте

6.3 Вибродуговая наплавка

6.4 Токарная обработка

6.5 Расчёт затрат на восстановление детали

7 Техника безопасности 62

8 Список литературы 67

Основными направлениями экономического развития России намечено последовательно проводить дальнейшую индустриализации строительного производства, превращая его в единый процесс возведения объектов из элементов заводского изготовления, перейти на коллективную поставку стройкам инженерного и технологического оборудования укрупненными блоками. В связи с этим предусмотрено сокращение примерно на 25% объёма работ выполняемых ручным способом и повышения производительности труда в строительстве на 16 -17%.

Для успешного решения задач, поставленных перед строителями, необходимо ускорить создание и внедрение прогрессивной технологии (в том числе арматурных и бетонных работ ), систем машин и механизмов, обеспечивающих комплексную механизацию и автоматизацию строительных и монтажных работ.

В настоящее время научно – технический прогресс в строительстве неразрывно связан с опережающим развитием и применением сборного и монолитного железобетона.

Железобетон вследствие своих физико-химических свойств, высокой прочности, долговечности, огнеопасности и технико-экономической эффективности, а так же доступностью сырьевых ресурсов для получения бетона занимает, и длительное время будет занимать ведущее место в капитальном строительстве. Технология изготовления железобетона состоит из нескольких самостоятельных процессов: приготовления бетонной смеси; изготовление арматурных изделий и закладных деталей; подготовки стальных форм, определяющих размеры и очертания изделий; установки в форму арматуру, закладных деталей и натяжение арматуры предварительно напряжённых конструкций; укладки и уплотнение бетонной смеси; ускорения твердения бетона путём его обогрева паром; расформование и транспортирование железобетонных изделий. Все эти технологические процессы выполняют арматурщики и бетонщики с помощью механизированного и автоматизированного инструмента.

Арматурой называют стальные стержни различной формы, сетки и объёмные каркасы из них, представляющие собой составную часть железобетонных конструкций и отвечающие техническим и технологическим требованиям. Требования к арматуре определяются необходимостью обеспечить совместную её работу с бетоном на всех стадиях службы конструкции.

Читайте также:  Полистиролбетонные перемычки: особенности, виды и преимущества

Сталь для арматуры должна обладать прочностными характеристиками, которые могут быть наиболее полно использованы при работе конструкции, и свойствами, необходимыми для выполнения арматурных работ и их индустриализации. Первое из этих требований удовлетворяют путём улучшения сцепления арматуры с бетоном.

При унификации сварных сеток учитывались параметры арматурных каркасов массовых типовых железобетонных изделий. Закладные детали предназначены для создания сборных железобетонных изделий между собой и монолитных конструкций со сборными с целью образования жёсткого каркаса при возведении зданий и сооружений. Закладные детали состоят из плоских или стальных фигурных элементов с приваренными к ним тавровыми или нахлестачными соединениями отрезками стержней, предназначенными для закрепления закладной детали в бетоне изделия. Надежность и долговечность сопряжений сборных железобетонных изделий в значительной степени зависит от способа противокоррозионной защиты закладных деталей.

С 1956 года в нашей стране началось массовая укладка железобетонных шпал. Арматура таких шпал состоит из 44-х стальных проволок диаметром 3 мм. Эти проволоки до бетонирования подвергают сильному натяжению. Железобетонные шпалы имеют одинаковые размеры, что положительно сказывается на плавности движения поездов, они не боятся воды, солнца, мороза и не гниют. Срок их службы предположительно 40-50 лет.

Железобетонные шпалы: типы, технология производства и монтаж

Массовая укладка ж/б шпал на отечественных дорогах началась в 1959г.

Железобетонные шпалы делятся на монолитные из предварительно напряженного бетона, образующие непрерывный брус и двухблочные, состоящие из двух самостоятельных подрельсовых опор, соединенных между собой стержнями. Последние не получили в России распространения, т.к. имея малую изгибную жесткость в средней части и относительно малую опорную площадь обеспечивали не достаточную стабильность колеи по шаблону и уровню.

Современная железобетонная шпала – цельнобрусковая из предварительно напряженного железобетона (бетон класса по прочности на сжатие В40, по морозостойкости F200), армированная высокопрочной проволокой периодического профиля класса Вр диаметром 3 мм. Номинальное число проволок в шпале 44, каждая из них натягивается усилием 8.1 кН. Современная шпала должна соответствовать требованиям ОСТ32.152 – 2000 Основная часть эксплуатируемых в пути шпал зготовлена по ранее действовавшему ГОСТ 10629-88 .

Типы железобетонных шпал, принятых к серийному применению на ж.д. России приведены в табл.2.

Таблица 2. – Типы ж/б шпал _

ТипСкрепленияПодтипОсобенность шпалы
Ш1КБШ1 -4*10Стержневая арматура
КБШ1 -44*3Проволочная арматура
Ш1 – ЧЧелночная ж.б. шпала
КБШ1- КДля укладки в кривых радиусом менее 350 м.
КБШ1 – ММостовая ж.б шпала
Ш3ЖБРШ3 – Д (дюбель)_
Ш – АРСАРСБезболтовое_

Геометрические размеры железобетонной шпалы на примере шпалы типа Ш-1 приведены на рис 2.

При формовании шпале придана форма, улучшающая ее работу под поездной нагрузкой.:

– Наибольшие прогибы и давления на балласт имеют место у торцов железобетонных шпал. Для компенсации этого неблагоприятного для балласта и шпал обстоятельства ширина подошвы уменьшена в средней части шпал (250мм) и увеличена у торцов (300мм).

– Поперечное сечение шпалы имеет трапецеидальное очертание, благодаря чему снижается давление на балласт и увеличивается сопротивление пути сдвигу.

– Кроме того, в подрельсовых зонах устраивают углубления (по 25 мм) с наклоном (1:20) для обеспечения подуклонки рельсов, а также передачи поперечных горизонтальных сил на бетон.

=В продольном сечении шпала состоит из двух более крупных по размерам подрельсовых частей и более низкой и узкой средней части. Предварительно напряженная арматура максимально смещена в сторону растянутой под поездной нагрузкой поверхности шпалы (в подрельсовом сечении – нижней, в середине шпалы – верхней), благодаря чему достигается максимальное обжатие бетона в растянутых зонах, а следовательно увеличивается трещиностойкость шпал .

Рис 2. Железобетонные шпалы типа Ш – 1.

.Достоинства и недостатки железобетонных шпал, сферы их применения.

– высокий срок службы (30-50 лет);

– устойчивость против выброса;

– стабильность рельсовой колеи;

– однородность упругих свойств по длине пути, а, следовательно, плавность движения экипажа;

– значительное увеличение жесткости пути, приводящее к увеличению износа элементов пути и ходовых частей подвижного состава;

– хрупкость и чувствительность к ударам;

– низкая работоспособность в зоне стыков;

– большая масса.(265 кг).

Сферы эффективного применения:

1.Бесстыковой путь 1 – 4 классов;

( 1-2 класс – новые шпалы 1 сорта; 3-5 класс – старогодные шпалы; 4-5 класс новые шпалы 2 сорта.)

2.Звеньевой путь 5 класса.

3. Участки скоростного движения.

Железобетонные шпалы применяются в прямых и кривых радиусом 350м и более. В кривых радиусом менее 350 м и в переходных кривых допускается применять специальные шпалы с индексом К и двумя последними цифрами номинальной ширины колеи.

При укладке шпал между их подошвой в средней части и спланированной поверхностью балластного слоя следует обеспечить зазор высотой до 4 -5 см и длиной не более чем 25 -30 см в обе стороны от оси колеи.

Описание блочных железобетонных подрельсовых опор, применяемых на мостах и в тоннелях, приведены приведены в соответствующих лекциях.

Шпалы

Назначение шпал и требования к ним

Шпалы (рельсовые опоры) служат для:

  • восприятия давления от рельсов и передачи его балластному слою;
  • упругой переработки динамических воздействий на путь;
  • обеспечения постоянства ширины колеи и совместно с балластом устойчивости рельсошпальной решетки в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

В соответствии с этим шпалы должны обладать достаточной прочностью, упругостью, хорошо сопротивляться механическому износу и перемещениям, быть простыми по форме, иметь наибольший срок службы и наименьшую стоимость при изготовлении и содержании.

Число шпал на 1 км (эпюра) зависит от величины нагрузок на рельсы, грузонапряженности, скоростей движения поездов, типа рельсов, типа балластного слоя, плана и профиля пути. В РФ приняты 3 эпюры: 1600 шт/км (на второстепенных путях), 1840 и 2000 (в зависимости от плана линии и скорости движения).

Схема расположения шпал на рельсовом звене называется эпюрой укладки шпал.

Шпалы (в зависимости от материала) бывают деревянные, железобетонные и металлические.

Деревянные шпалы

Деревянные шпалы преобладают на железных дорогах мира, так как они с технической точки зрения в наибольшей степени отвечают требованиям, предъявляемым к подрельсовому основанию.

Главные достоинства деревянных шпал – хорошая упругость, простота изготовления и эксплуатации (транспортировки, подбивки, смены), большое электрическое сопротивление.

Недостатки деревянных шпал – малый срок службы при высокой грузонапряженности, большая потребность в деловой древесине, необходимой для разнообразнейших нужд народного хозяйства.

С 1 января 1966 г. на дорогах России укладывают деревянные шпалы (рис. 1) двух видов:

  • обрезные (А), у которых пропилены все четыре стороны;
  • необрезные (Б), у которых пропилены две противоположные стороны – постели.

Деревянные шпалы делятся на три типа:

  • I – для главных путей;
  • II – для станционных и подъездных (железнодорожных путей необщего пользования);
  • III – для малодеятельных путей необщего пользования промышленных предприятий.

Рис. 1 – Типы деревянных шпал (поперечные сечения)

Шпалы изготовляют из сосны, ели, пихты, кедра, бука и березы. Длина шпал 2,75 м. Для особо грузонапряженных участков поставляют шпалы длиной 2,8 м, а для участков с совмещенными путями различной ширины колеи – 3,0 м.

Деревянные шпалы заменяют из-за гниения и механического износа. Эти процессы протекают одновременно и влияют друг на друга. В РФ принята система выборочной смены шпал, кроме капитального ремонта, при котором шпалы заменяют сплошь. Профессор М. А. Чернышев предложил определять средний фактический срок службы деревянных шпал из выражения

где А – общее количество шпал, лежащих в пути;

m1, m2 – количество негодных шпал в пути по данным натурного осмотра соответственно к началу и к концу периода (года, пятилетки);

n – количество шпал, уложенных в путь за период tн;

tн – длительность наблюдения.

Величины A, m1, m2 и n берут из технического паспорта пути и технических отчетов.

Рис. 2 – Изменение срока службы деревянных шпал в зависимости от прошедшего тоннажа: 1 – костыльное скрепление; 2 – раздельное жесткое; 3 – раздельное с пружинной клеммой

По данным МИИТа и ВНИИЖТа, срок службы деревянных шпал при различных скреплениях зависит от прошедшего тоннажа (рис. 2). Продление срока службы шпал имеет большое народнохозяйственное значение. Чтобы увеличить их долговечность, необходим целый комплекс мероприятий и следует выполнять множество требований:

  • заготовлять здоровую древесину, как правило, зимой;
  • до пропитки хранить и просушивать шпалы без доступа прямых лучей солнца; костыльные и шурупные отверстия сверлить перед пропиткой;
  • стягивать шпалы винтами для предупреждения их растрескивания;
  • перед пропиткой накалывать постели и боковые грани шпал для увеличения глубины пропитки и предупреждения растрескивания;
  • высококачественно пропитывать шпалы на заводах маслянистыми антисептиками (каменноугольным креозотовым или антраценовым маслом);
  • правильно (по инструкции) хранить шпалы после пропитки на заводах и на дорогах до укладки в путь;
  • бережно грузить, перевозить и выгружать шпалы, правильно укладывать их в путь и подбивать;
  • широко применять специальные нашпальные прокладки, чтобы предохранить поверхность от механического износа;
  • использовать высококачественный балласт;
  • предупреждать угон пути;
  • укладывать на 1 км пути столько шпал, сколько требуется при данных грузонапряженности, нагрузке от подвижного состава и скорости движения поездов;
  • высококачественно осуществлять текущее содержание пути в целом и шпал в частности.
Читайте также:  Бетонный столб для электросетей: установка, монтаж и контроль

Среди всех мероприятий по продлению срока службы деревянных шпал особое место занимает пропитка их антисептиками, которые убивают разрушающие древесину грибки и не допускают их развития. Лучший антисептик – каменноугольное креозотовое масло. Это – чистый отгон каменноугольной смолы без посторонних примесей. Его получают на коксохимических заводах перегонкой смолы при температуре 200–400 °С. Этот антисептик не выщелачивается, не влияет вредно на металл и не повышает электропроводность шпал. Обычно его применяют в смеси с мазутом (40–50% каменноугольного креозотового масла и 60– 50% мазута).

Железобетонные шпалы

После второй мировой войны во многих странах стали усиленно внедрять железобетонные шпалы, особенно в СССР, ГДР, ФРГ, Франции, Англии, Венгрии, ЧССР и Бельгии.

Железобетонные шпалы имеют следующие преимущества: они сберегают древесину; не гниют; выдерживают большие сжимающие напряжения, чем деревянные; обладают большей сопротивляемостью перемещениям; имеют больший срок службы. Вместе с тем к недостаткам следует отнести большую жесткость по сравнению с деревянными, что требует применения упругих прокладок. Железобетонные шпалы обладают большей электропроводностью и нуждаются в использовании изолирующих элементов; повышенная хрупкость требует соблюдать осторожность при перевозках и подбивке, а большая масса создает неудобства в работе с ними.

В РФ отдается предпочтение предварительно напряженным струнобетонным брусковым (фигурным) шпалам. Массовая укладка типовых железобетонных шпал у нас началась в 1959 г. По укладке железобетонных шпал Россия занимает первое место в мире.

Конструкция современной железобетонной шпалы изображена на (рис. 3). Шпалы армированы проволокой периодического профиля диаметром 3 мм (44 шт.); сила натяжения одной проволоки 8,1 кН. Для изготовления шпал применяют бетон марки не ниже 500. Масса шпалы около 265 кг.

Рис. 3 – Железобетонные шпалы: а – типа ШС-1; б – типа ШС-ly; в, г – расположение арматуры

Железобетонные шпалы типов ШС-1 и ШС-lу (сотрите рис. 3) используют при скреплении КБ, а шпалы ШС-2 и ШС-2у – при бесподкладочных скреплениях БП и ЖБР. У шпал ШС-2 и ШС-2у форма и все размеры, кроме расстояний между отверстиями для закладных болтов, такие же, как и у ШС-1 и ШС-ly. Конструкция шпалы позволяет использовать ее при рельсах Р50, Р65 и Р75. Глубина подрельсовых выемок у этих шпал 25 мм.

Кроме струнобетонных, в некоторых странах применяют брусковые железобетонные шпалы со стержневой арматурой диаметром до 22 мм. Чаще всего арматура состоит из двух стержней, их напряженное состояние поддерживается гайками, навинченными на концы стержней. Недостатки такой конструкции – больший, чем на струнобетонные шпалы, расход металла; сосредоточенное расположение арматуры и связанное с этим более сильное раскрытие трещин, чем при рассредоточенной арматуре.

Железобетонные шпалы делают путь более стабильным, что сокращает расходы на его текущее содержание. По данным В. Я. Шульги, оно более чем на 25 % дешевле по сравнению с содержанием пути с деревянными шпалами при средней длине плетей 600 м.

Долговечность железобетонных шпал для сети дорог пока еще не определена. Опыт эксплуатации на Октябрьской дороге (с 1954 г.) и анализ их выхода, проведенный ЛИИЖТом, показали, что при здоровом земляном полотне и балластном слое, соответствующих техническим условиям, срок службы зависит от конструкции шпалы, типа рельсов и скреплений, грузонапряженности, скорости движения и нагрузок от колесных пар на рельсы. На основании этого установлен критический тоннаж (смотрите таблицу ниже), после пропуска которого струнобетонные шпалы оказываются пораженными дефектами, а объем ежегодной одиночной смены достигает 30–40 шт/км.

Тип скрепления и рельсаСредняя нагрузка колесной пары, кН (тс)Критический тоннаж, млн. т брутто
КБ; Р65151,9 (15,4)1400
КБ; Р65113,5 (12,6)1650
ЖБ; Р65151,9 (15,4)750
ЖБ; Р65113,5 (12,6)840
К2; Р65151,9 (15,4)1200
К2; Р65113,5 (12,6)1250
К2; Р50149,9 (15,3)850

В процессе эксплуатации пути с железобетонными шпалами сильно изнашиваются рельсовые скрепления. Это побуждает заменять рельсошпальную решетку, укладывая старогодную на менее деятельные линии, а затем – на станционные и пути необщего пользования. Такая система многократной перекладки путевой решетки с железобетонными шпалами позволит обеспечить срок их службы значительно больше 50 лет.

Техническая политика предполагает дальнейшее увеличение полигона путей с железобетонными шпалами. В ближайшей перспективе намечено увеличить его до 64– 65 тыс. км.

Металлические шпалы

Металлические шпалы наиболее распространены в ФРГ, ГДР и Индии. Используются шпалы корытообразной формы (рис. 4). Масса нестыковой шпалы 50–80 кг, а стыковой 115–145 кг. Сейчас такие шпалы не укладывают.

Рис. 4 – Металлические шпалы дорог ГДР: а – нестыковая; б – стыковая

В Индии стальные шпалы служат примерно на 20 % протяжения пути, а чугунные – на 30 %. Широкое применение там металлических шпал объясняется климатом. Высокая влажность и жара способствуют ускоренному гниению древесины. Кроме того, в некоторых районах распространены термиты, быстро приводящие деревянные шпалы в негодность.

Незначительное количество металлических шпал имеется также на дорогах и других стран, в частности Франции.

Достоинства металлических шпал:

  • больший срок службы, чем деревянных;
  • меньшая масса, чем железобетонных;
  • возможность укладки в горячих цехах промышленных предприятий.

Недостатки металлических шпал:

  • высокая жесткость пути, по сравнению с деревянными шпалами;
  • значительный шум при движении поездов;
  • высокая электропроводность;
  • подверженность коррозии;

Шпалы деревянные железнодорожные

В качестве опоры для рельсов различного назначения применяют изделия, называемые шпалами. Для их изготовления применяют следующие материалы: бетон, дерево, металл, современные синтетические материалы. Наиболее дешёвыми в производстве считаются деревянные шпалы. Они первыми применялись для прокладки железнодорожных путей. Деревянные шпалы обладают рядом преимуществ, которые позволяют использовать их достаточно широко. Их используют для крепления рельс на главных и второстепенных путях. Для производства применяют различные сорта древесины. От этого зависит технология производства и конечная стоимость. В настоящее время им на смену пришли шпалы железнодорожные из других материалов. Однако деревянные изделия по-прежнему применяются в различных сферах.

Классификация по типам

В современной стандартизации деревянные шпалы классифицируются по следующим признакам:

  • форме изготовления (обрезная, полуобрезная, необрезная);
  • качеству;
  • наличию пропитки (пропитанная или непропитанная);
  • сфере применения

По первому признаку деревянные шпалы могут иметь дополнительный признак. К нему относятся так называемые глубоко наколотые брусы. На поверхности такая железнодорожная шпала имеет специальные насечки, которые способствуют более глубокому проникновению антисептической жидкости. По качеству деревянные шпалы выпускаются двух сортов. Изделия первого сорта применяются на наиболее важных участках дороги. Шпалы второй сорт устанавливают на второстепенных путях.

По третьему и четвёртому признаку деревянные шпалы делятся на типы. 1-ый тип используется для главных путей первого и второго класса. Их разрешается применять для путей третьего класса с грузонапряжённостью превышающей 50 млн. т×км брутто/км. Обычно это шпала пропитанная тип 1. 2 тип разрешён для установки на главные пути третьего и четвёртого класса, подъездных и сортировочных путей. Третий тип применяется для любых путей пятого класса.

Габаритные размеры и вес деревянных шпал ЖД

В принятом стандарте установлены геометрические размеры деревянной шпалы. Для всех типов установлена длина шпал равна 2750 мм. Разрешённый допуск составляет 20 мм. Вес деревянной шпалы будет зависеть от остальных размеров. Высота варьируется от 150 мм для первого типа до 105 мм для третьего. Ширина определяется по форме, конструкции.Эти параметры определяют назначение железнодорожной шпалы и условий её эксплуатации. Сколько весит ЖД вариант зависит от всех перечисленных параметров. После пропитки вес незначительно увеличивается. Вес одной шпалы зависит от её конструкции. Масса шпалы деревянной первого типа равна 85 кг. Она должна выдерживать самые большие нагрузки. Вес второго типа не превышает 80 кг. Размеры деревянных шпал в стандарте заданы с учётом состояния древесины. Влажность не должна превышать двадцать два процента. Поэтому размеры шпалы могут отличаться в одной партии, но в пределах допуска. Перед началом производства задают габариты будущих изделий. Особое внимание уделяется такому параметру толщина. Она должна быть постоянной по всей длине.

Размеры ЖД шпалы по ГОСТу

Геометрические характеристики (размеры шпал) и классификация приводится на основании требований установленных государственным стандартом. Например, ГОСТ 78-2004 шпалы деревянные для железных дорог широкой колеи, объединяет все характеристики, готовых изделий. Для специальных путей разработаны свои стандарты. ГОСТ 22830-77 шпалы деревянные для метрополитена уточняет отдельные параметры необходимые для их эксплуатации в этих специфических условиях. Каждый стандарт согласован с другими руководящими документами, согласованными с правилами эксплуатации различных путей. На деревянные шпалы ГОСТ накладывает определённые ограничения по области их применения. Особое внимание уделяется выбору покрытия, которое наносится на поверхность для улучшения их технических характеристик.

Добавить комментарий