Рельсы стандартной длины. Длинные рельсы. Бесстыковой путь
Вернемся к примеру 1.5. Рельсовая плеть была закреплена для работы в постоянном режиме при температуре закрепления (нейтральной температуре) to = 21 °С. После изменения температуры рельса на ?tн = 5 °С преодолеваются силы сопротивления, сдвигающие рельсы в стыке. Дальнейшее повышение температуры рельсов приводит к перемещению их концов в пределах стыкового зазора. После изменения температуры рельсов на величину ?t = tн + max tпог полностью преодолеваются все силы сопротивления его продольной деформации. При дальнейшем изменении температуры в том же направлении рельс изменяет свою длину как свободный стержень (см. формулу (1.2)).
Пределы изменения температуры рельсов по станциям сети железных дорог указаны в «Технических указаниях по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути». Наибольший перепад ?tmax может быть определен как разность между максимальной для данной местности температуры рельса tmax и температуры закрепления рельса на постоянный режим работы.
Если ?tmax ? ?t, то левый и правый (см. рис. 1.1) участки х смыкаются друг с другом, что является отличительным признаком как рельсов обычной (нормальной) длины, так и длинных. Соотношение между величинами стыкового зазора ? и температурного перемещения конца рельса ? является дополнительным признаком отличия рельсов обычной длины от длинных рельсов.
При расчетных значениях стыкового зазора 19 и 21 мм, начиная с температурной амплитуды 85 °С и выше, рельс длиной 25 м почти никогда нельзя отнести к категории «рельс обычной длины». Другими словами, одна и та же конструкция пути с рельсами длиной 25 м в зависимости от температурной зоны может быть отнесена как к рельсам обычной длины, так и к длинным рельсам.
Если длина рельса такова, что для компенсации перемещения его концов недостаточно стыкового зазора ? и в процессе удлинения рельса полное закрытие стыкового зазора наступает прежде, чем температура рельса достигнет максимума (тогда дальнейшее повышение температуры приводит к торцевому нажатию концов рельсов в стыке), а полное конструктивное раскрытие стыкового зазора наступает прежде, чем
температура рельса достигнет минимума (тогда при дальнейшем понижении температуры стыковые болты начинают работать на изгиб), — в этом случае перед нами длинный рельс.
В зависимости от расчетной для данной местности амплитуды экстремальных температур рельсов, типа, конструкции и состояния промежуточных и стыковых скреплений, рода и состояния балластного слоя, величины установленных при укладке стыковых зазоров и некоторых других причин длина длинного рельса на сети дорог может изменяться от 25 до 150 м.
Если ?t > ?tmax, то температурные деформации возникают лишь на концевых участках рельса (см. формулу (1.5)). Средняя его часть при любых изменениях температур всегда будет неподвижной, это является необходимым и достаточным признаком бесстыкового пути.
Известны и другие определения понятия «бесстыковой путь». В статье «Бесстыковой путь» (см.: Большая Советская энциклопедия. Т. 3. С. 273) дано следующее определение: «Бесстыковой путь — условное название железнодорожного пути, расстояние между рельсовыми стыками которого значительно превосходит длину стандартного рельса», т.е. за основной классификационный признак принята длина рельса. Это не совсем точно. Например, бесстыковой путь с саморазрядкой напряжений, уложенный по предложению М.С. Боченкова в 1949 г. на бывшей Томской железной дороге, а в 1954 г. — на бывшей Московско-Курско-Донбасской железной дороге (более 10 км пути с уравнительными приборами по концам 800-метровых плетей), бесстыковым путем не был, так как температурные напряжения в рельсах при изменениях температуры практически отсутствовали.
В официальном документе («Технических указаниях по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути») дано иное определение: «Бесстыковой путь — железнодорожный путь, имеющий рельсы столь большой длины, что в них при изменениях температуры возникают продольные силы, пропорциональные этим значениям», т.е. за классификационный признак принято наличие температурных продольных сил. Но выше было показано, что даже в рельсах длиной 25 м при изменениях температуры возникают и пропорционально им меняются продольные силы.
Нам представляется, что более точным классификационным признаком бесстыкового пути является наличие в рельсовых плетях бесстыкового пути неподвижной средней части рельса при максимально возможных в данной местности изменениях температур рельсов.
Отличительные признаки рельса обычной длины, длинного рельса и бесстыкового пути приведены в табл. 1.1.
Отличительные признаки рельсов различной длины
| Термин | Зона распространения температурных деформаций |
Изменение стыкового зазора |
| Рельс обычной длины |
По всей длине рельса | ?max > ? > 0 |
| Длинный рельс | То же | ? = 0 при t < tmax max ? = ?max при t > tmin min |
| Бесстыковой путь | Только на концевых участках |
— |
Итак, мы установили, что из-за отсутствия стыков внешне более простой, чем звеньевой, бесстыковой путь на большей части рельсовой плети нагружен значительными по величине продольными температурными силами.
Какой же должна быть конструкция бесстыкового пути? Как он должен быть устроен?
Контрольные вопросы и задания
- Перечислите основные элементы рельсового стыка.
- От каких факторов зависит температура рельса?
- Что такое нейтральная температура рельса?
- Как маркируется рельсовая плеть при изготовлении?
- Что сопротивляется продольному смещению рельсовых плетей?
- Как распределяются продольные силы в рельсовой плети при изменении ее температуры?
- Зависит ли продольная температурная сила в рельсовой плети от длины плети?
- В чем различия между рельсами стандартной длины, длинными рельсами и бесстыковым путем?
- Какой фактор является основным для отнесения конструкции пути к обычной (стандартной), с длинными рельсами или к бесстыковому пути?
- Почему применяются уравнительные пролеты бесстыкового пути?
- Прокомментируйте следующее определение: «Бесстыковой путь — условное название железнодорожного пути, расстояние между рельсовыми стыками которого значительно превосходит длину стандартного рельса».
- Каковы особенности работы рельсов в пути с длинными рельсами и в бесстыковом пути?
- Нарисуйте эпюру продольных температурных сил в рельсовых плетях бесстыкового пути.
- Насколько изменится напряженное состояние рельсовой плети при изменении ее температуры на 1 ?С?
- Зависит ли продольная температурная сила от длины рельсовой плети?