Обеспечение отвода уширения ширины рельсовой колеи в кривых малых радиусов на промежуточных рельсовых скреплениях

Providing a diversion of the width of the rail track in curves of small radii on intermediate rail fastenings

Vladimir Butakov

Student in Siberian Transport University – STU, Russia, Novosibirsk

Sergey Kosenko

Doctor of Engineering Sciences, Professor in Siberian Transport University – STU, Russia, Novosibirsk

Аннотация. В статье рассмотрены вопросы по созданию отвода ширины колеи при ее изменении в кривых участках пути радиусом менее 350 м. Представлены существующие способы уширения или сужения ширины колеи в кривых участках пути. Предлагается способ изменения ширины колеи в кривых участках пути от 1520 до 1530 или до 1535 мм.

Abstract. The article deals with the problems of creating a gauge track bend with its variation in curved sections of the path with a radius of less than 350 m. The existing methods of widening or narrowing the track width in curved sections of the track are presented. A method for changing the track width in curved sections of the track from 1520 to 1530 or up to 1535 mm is proposed.

Ключевые слова: железнодорожный путь; верхнее строение пути; промежуточное рельсовое скрепление; кривые малого радиуса; уширение колеи в кривых.

Keywords: railway track; upper track structure; intermediate rail fastening; small radius curves; gauge widening in curves.

Более 82% от общей протяженности Западно – Сибирской железной дороги составляет бесстыковой путь на железобетонных шпалах. Устройство кривых малых радиусов на бесстыковом пути возможно с использованием современных скреплений, обеспечивающих высокую стабильность пути, а также ряда мер, включающих в себя использование шпал с повышенным сопротивлением сдвигу и омоноли­чивание балластной призмы.

На Западно‑Сибирской железной дороге расположено всего около 9,4% кривых радиусом от 250 м до 350 м, при этом их длина при радиусе 299 м и менее – 6,915 км, при радиусе более 299 и менее 350 м – 66,264 км.

Анкерное бесподкладочное скрепление Pandrol Fastclip

Одним из важнейших условий обеспечения безопасности движения поездов с установленными скоростями является соблюдение норм устройства и содержания рельсовой колеи. Нормы и допуски к ним приняты на основе исследований в области взаимодействия пути и подвижного состава.

Ширина колеи – главнейшая характеристика верхнего строения железнодорожного пути. В кривых малого радиуса при укладке железо­бетонных шпал возникают проблемы по обеспечению требований норм. Это связано с тем, что большинство конструкций железобетонных шпал выпускается только под ширину колеи 1520 мм.

С 2004 г. на Узбекских железных дорогах начата укладка шпал типа BF70 со скреплениями Pandrol Fastclip в прямых и кривых участках пути радиусом более 349 м, а с 2011 г. начата укладка специальных шпал типа BF70S, которые обеспечивают возможность создания ширины колеи 1530 мм.

Укладка шпал типа BF70S в кривых участках пути требует устройства отвода уширения колеи с 1520 мм в прямых до 1530 мм в пределах круговой кривой. В ряде случаев переходные участки с переменой шириной колеи выполняются с укладкой деревянных шпал (рисунок 1). Такое техническое решение имеет много недостатков: изменение жесткости конструкции пути, снижение срока службы деревянных шпал, ненадежность и недолговечность.

a)                                                            б)

Рисунок 1. Конструкция отвода уширения колеи с 1520 до 1530 мм. а) на деревянных шпалах; б) на скреплении Pandrol Fastclip

Необходимо сочетание конструктивных элементов узла скрепления на железобетонной шпале, при котором одну и ту же шпалу можно было бы использовать на прямых участках, в переходных и круговых кривых, т. е. унифицировано, применительно к условиям возможности регулировки ширины рельсовой колеи с 1520 до 1530 мм.

Существуют различные способы, которые обеспечивают плавное уширение или сужение колеи в пределах кривых. Эти способы осуществляется либо за счет конструкции шпал, либо за счет конструкции промежуточных скреплений [2-4].

Регулировка ширины колеи за счет конструкции шпал производится с использованием шпалы с переменными значениями размеров ширины колеи, шаг изменения этих размеров предусмотрен в 2 мм. По всем параметрам и размерам, кроме расстояния, определяющего ширину колеи, шпалы для кривых меньшего радиуса полностью идентичны типовым железобетонным шпалам.

Для изготовления таких шпал требуются дополнительно специ­альные шпальные формы, кроме того, комплект поставки таких шпал зависит от длины конкретного переходного участка. Исходя из этого при такой регулировке ширины колеи существенно возрастают стоимость и трудовые затраты, усложняется технология выполнения работ.

Регулировка ширины колеи за счет конструкции промежуточных скреплений достигается с использованием боковых изоляторов с раз­личной толщиной. Способ изменения ширины колеи за счет конструкции промежуточных скреплений типа Pandrol Fastclip для пути колеей 1520 мм представлен в источнике [2]. Уширение рельсовой колеи осуществляется при помощи боковых изоляторов, которые варьируют размерами по пяти разновидностям. Боковое регулирование максимум на ±8 мм на каждом рельсе или в общем для колеи ±16 мм произ­водится шагами, кратными 2 мм, и зависит от размера а (рисунок 2).

Возможно одностороннее и двустороннее уширение рельсовой колеи со скреплениями типа Pandrol Fastclip (рисунки 3 и 4).

Рисунок 2. Поперечный разрез бокового изолятора скреплений типа Pandrol Fastclip

Рисунок 3. Одностороннее уширение рельсовой колеи со скреплениями типа Pandrol Fastclip

Рисунок 4. Двустороннее уширение со скреплениями типа Pandrol Fastclip

Уширение колеи осуществлено за счет изменения конструкции промежуточных скреплений и изменения конструкции шпал, требующих дополнительных расходов и трудовых затрат.

Предлагаемый способ уширения или сужения ширины колеи производится существующими элементами конструкции верхнего строения пути. Техническим решением является устройство отвода уши­рения колеи на шпалах типа BF70 и BF70S. Отвод изменения ширины колеи обеспечивается за счет изменения толщины боковых изоляторов.

Дополнительно необходимы боковые изоляторы скреплений типа Pandrol Fastclip с толщиной 6, 7, 9 и 10 мм. На половине участка отвода ширины колеи (примыкающем к прямой) укладываются шпалы BF70, а на другой половине (примыкающей к круговой кривой) – BF70S. Таким способом можно достигнуть плавного изменения ширины колеи от 1520 до 1534 мм с шагом изменения 2 мм.

В начале уширения колеи расположены боковые изоляторы с разной толщиной. Это указывает на то, что расстояния между анкерами больше, чем у обычных шпал. Обычно стандартная толщина боковых изоляторов скрепления Pandrol Fastclip составляет 8 мм, а расстояния между анкерами – 168 мм.

Вариант 1. Способ уширения колеи в кривых радиусом от 349 до 300 м, обеспечивающий плавный отвод колеи с 1520 до 1530 мм (рисунок 5). Данный способ позволяет обеспечить уширения колеи на кривых Западно – Сибирской железной дороги, общая протяженность которых по состоянию на 01.01.17 составляет 53,983 км.

Вариант 2. Способ уширения колеи в кривых радиусом 299 м и менее, обеспечивающий плавный отвод колеи с 1520 до 1534 мм. Протяженность таких кривых в пределах Западно – Сибирской железной дороги по состоянию на 01.01.17 составляет 6,915 км. Схема такого уширения представлена на рисунке 6.

Описанные способы уширения колеи обеспечивают требования действующих нормативов ОАО «РЖД» по отводу ширины колеи.

Рисунок 5. Схема отвода ширины колеи 1520 – 1530 мм на шпалах типа BF70 и BF70S в кривых радиусом от 349 до 300 м при длине переходных кривых 20 м

Рисунок 6. Схема отвода ширины колеи 1520 – 1534 мм на шпалах типа BF70 и BF70S в кривых радиусом 299 м и менее при длине переходных кривых (участок отвода уширения) 20 м

Предложенный вариант регулирования ширины рельсовой колеи в пути с железобетонными шпалами и скреплением типа Pandrol Fastclip выгодно отличается по трудовым затратам от аналогичной операции в пути с деревянными шпалами и дает возможность рационального использования существующих элементов верхнего строения пути. Сама система скреплений обеспечивает максимальную эффективность установки благодаря уникальной безрезьбовой конструкции, что обеспечивает высокую скорость механизированной укладки пути.

Кроме этого, скрепление Pandrol Fastclip уже хорошо зареко­мендовало на международном рынке, показывая хорошие результаты в различных условиях эксплуатации, в том числе на участках с тяжеловесным движением.

Обеспечение плавного отвода ширины колеи улучшает благоприятное вписывание подвижного состава в кривой участок пути и способствует значительному уменьшению износа рельсов.

Подкладочное скрепление СКД65-Б

В Украине в ДИИТе разработано и внедрено в эксплуатацию скрепление СКД65-Б, которое предназначено для использования в кривых участках пути малого радиуса. Скрепление запатентовано в Украине и в Российской Федерации группой авторов.

Конструкция показана на рисунке 7. От скрепления КБ-65 отличается конструкцией подкладки и наличием регулирующих ширину колеи боковых карточек. Стальные карточки в узел скрепления вкладываются между ребордой подкладки и боковой гранью подошвы рельса. В каждом узле вкладывается набор из 3-х карточек толщиной 2 и 3 мм каждая. Суммарная толщина трех карточек в узле скрепления составляет 7 мм. Чтобы не было движения карточки относительно подкладки, вверху карточки сделан вырез, с помощью которого она фиксируется клеммой конструктивно.

Используя скрепление СКД65-Б можно решить следующие задачи.

1)  Создать колею с железобетонными шпалами в кривых участках пути радиусом менее 350 м с шириной колеи от 1520 до 1534 мм, в том числе переменной по длине пути шириной в зоне переходной кривой, с шагом изменения ширины колеи 1 мм.

2)  При текущем содержанием пути с помощью боковых карточек скрепления СКД65-Б можно регулировать ширину колеи в кривых на сужение от 1 до 28 мм с шагом регулирования 1 мм.

3)  На участках пути, где существует сужение колеи, скрепление СКД65-Б позволяет регулировать колею на уширение от 1 до 14 мм с шагом расширения через 1 мм.

Способ регулирования ширины колеи можно применять и для подкладочных скреплений ЖБР-65 ПШ и ЖБР-65 ПШМ.

Также для кривых малого радиуса для значительного увеличения срока службы шпал и уменьшения объема работ по перешивке пути по подобному принципу разработано скрепление СКД65-Д для пути с деревянными шпалами. Оно позволяет боковыми карточками регулировать ширину колеи на уширение до 14 мм с шагом 1 мм.

Рисунок 7. Конструкция промежуточного скрепления СКД65-Б

Рассмотренные скрепления позволяют в том числе устраивать кривые радиусом от 299 м до 350 м, общая протяженность которых в пределах Западно-Сибирской железной дороги составляет 66,264 км по состоянию на 01.01.17.

Применение рассмотренных промежуточных рельсовых скреп­лений [2-4], а также других конструкций [5-6] позволяет существенно продлить срок службы элементов ВСП при эксплуатации [7-10] и высоком качестве сборки РШР [11-12], а также совершенствовать технологическое обслуживание бесстыкового пути и увеличивать срок службы рельсов [13-15].

Выводы

Таким образом, каждый из рассмотренных вариантов современных промежуточных скреплений имеет ряд преимуществ и недостатков. Скрепление Pandrol Fastclip показало надежность и стабильность, а также зарекомендовали себя в странах с развитой железнодорожной инфраструктурой, однако имеют более высокую стоимость в сравнении с отечественными скреплениями. При этом подкладочное скрепление СКД65-Б разрабатывалось с учетом опыта эксплуатации в странах СНГ, в связи с чем имеет преимущества в виде быстроты смены ширины колеи и удобства при текущем содержании кривых малых радиусов.

С учетом вышесказанного, содержание кривых радиусом 299 м и менее возможно с использованием скреплений: Pandrol Fastclip и СКД65-Б. В кривых большего радиуса возможно использование других типов скреплений.

Стоит также отметить, что технология, предусмотренная в скреплении СКД65-Б, разработанном украинскими инженерами, может быть реализована в отечественном скреплении КБ-65, что расширит область его применения без значительных затрат на переустройство и обеспечит низкую стоимость содержания пути в кривых малых радиусов на Западно – Сибирской железной дороге.