3.2. Рельсовые пути карьерного железнодорожного транспорта

По условиям эксплуатации рельсовые карь­ерные пути делятся на стационарные, сохраняющие свое поло­жение постоянно или в течение длительного времени (пути на поверхности, транспортных бермах и в капитальных траншеях), и временные пути, периодически перемещаемые (на уступах и от­валах).

Железнодорожный путь состоит из нижнего и верхнего строений. К нижнему строению относится земляное полотно с искусственными сооружениями (мостами, путепроводами, эстакадами) и водоотводными сис­темами (трубами, лотками, канавами, кюветами). К верхнему строению пути относятся рельсы со стыковыми и проме­жуточными скреплениями, шпалы и балластный слой, противоугонные уст­ройства.

Рельсы служат для направления движущихся колес подвижного состава, восприятия и пе­редачи давления нижележащим элементам верхнего строения пути. Форма рельса определяется характером действующих нагрузок. Так как вертикальная нагрузка является наибольшей, то осно­вой формы рельса является двутавровое сечение, обладающее наибольшим сопротивлением изги­бу. При этом верхняя полка двутавра приспосабливается для качения по ней колес подвижного со­става, а нижняя – для прикрепления рельса к шпалам.

Рельсовые скрепления делятся на промежуточные – для соединения рельсов со шпалами и стыковые – для соединения рельсов между собой в стыках.

К промежуточным рельсовым скреплениям относятся прикрепители, подкладки и прокладки. В качестве прикрепителей используют костыли, шурупы и болты. Подкладка служит опорой рельса на шпалу и благодаря выступам препятствует смещению рельсов в сторону. Подкладки выполняют с уклоном 50‰, что обеспечивает подуклонку рельсов к оси пути. Подуклонка хорошо центрирует движение колес локомотиво­состава при случайных боковых силовых воздействиях. Деревян­ные или резиновые прокладки укладывают между подошвой рельса и подкладками или шпалами. Прокладки создают необ­ходимую амортизацию и снижают динамические нагрузки на рельсы от подвижного состава, что увеличивает срок службы рельсового пути. В подкладках и прокладках имеются отвер­стия, через которые проходят костыли, шурупы или винты, при­крепляющие рельсы к шпалам.

Наибольшее распространение при разработке месторождении открытым способом получили прикрепители в виде костылей, однако быстрое расшатывание и ослабление связи рельсов со шпалами являет­ся существенным недостатком этого крепления. Более совершен­ным считают крепление пружинными костылями, сопротивление выдергиванию которых значительно выше, чем при использовании обычных костылей.

Прочность прикрепления рельсов к шпалам имеет исключи­тельное значение для передвижных путей, так как при их разборке на отдельные звенья, повторной укладке и сборке крепление ослабляется и прикрепители выдергиваются из шпал. Поэтому в последнее время в качестве прикрепителей применя­ют шурупы с прижимными пружинными клеммами.

Наиболее прочно болтовое соединение рельсов со шпалами. Для этой цели используют специальные двухребордчатые под­кладки и два прижима. При передвижке путей без разборки на составные звенья с использованием специальных путепередвигательных машин применяют болтовые соединения клинового типа. Несмотря на большую прочность, болтовое соединение клинового типа допускает некоторую по­движность рельса относительно шпал, что необходимо при безразборной передвижке рельсовых путей.

Стыковые скрепления, предназначенные для связи рельсов между собой, выполняют в виде накладок различного типа. По расположению стыков по отношению друг к другу на разных рельсовых нитях различа­ют стыки вразбежку и стыки по наугольнику. Во втором случае стыки на обеих рельсовых нитях находятся на одной нормали к продольной оси. На путях, перемещаемых отдельными звеньями, необходимо расположение стыков по наугольнику.

На путях с нормальной колеей и рельсами тяжелого типа применяют двухголовые накладки, обладающие большой жесткостью. Для скрепления накладок с рельсами применяют стыковые болты с пружинящими шайбами, предотвращающи­ми их самопроизвольное отвинчивание. При передвижке путей с использованием путепередвигательных машин накладки вы­полняют с выемками в верхней части для пропуска роликов за­хватывающего устройства

При применении автоблокировки для регулирования движения поездов возникает необхо­димость электрически изолировать друг от друга отдельные участки пути. Для этого под металли­ческие накладки и в стыковой зазор помещается изолирующая прокладка, а на стыковые болты надеваются изолирующие втулки.

На электрифицированных участках пути, где рельсы служат обратным проводом, для уменьшения падения напряжения в рельсовой цепи выполняются электрические стыковые соеди­нения рельсов гибким медным тросом. Концы троса зажимаются в манжеты, которые приварива­ются к головкам рельсов. Для путей с перемещаемой рельсошпальной решеткой применяют бол­товое прикрепление электрических соединителей.

Шпалы служат для соединения рельсовых ниток железнодорожной колеи и передачи дав­ления от подвижного состава на балластный слой.

Материалом для шпал служат дерево, железобетон и металл. Наибольшее распространение получили деревянные шпалы – упругие, легкие, дешевые и удобные при производстве путевых работ.

Недостатком деревянных шпал является быстрый выход из строя из-за подверженности гниению, поэтому для увеличения срока службы шпалы, уложенные на стационарных карьерных путях, пропитываются противогнилостными составами (антисептиками). Однако на открытых разработках шпалы выходят из строя главным образом в результате механического износа. В пер­вую очередь это относится к путям на уступах, и отвалах, рельсошпальная решетка которых под­вергается периодическому перемещению. Срок службы таких шпал не более двух-трех лет.

При коротком сроке службы стоимость шпал на карьерах достигает 25% стоимости верх­него строения пути, поэтому проводятся различные мероприятия по увеличению срока службы шпал. Основными из таких мероприятий являются: пропитка шпал, укладываемых на стационар­ных путях; предварительное просверливание отверстий для костылей и шурупов (предохранение шпал от раскалывания); оковка торцов шпал бандажами из полосового железа; правильные усло­вия хранения шпал до их укладки в путь; применение шурупного и болтового скреплений; перио­дический ремонт шпал на звеносборочных базах.

Долговечность стационарных путей значительно повышается в случае применения железо­бетонных шпал.

Струнобетонные шпалы представляют собой балки переменного сечения, арми­рованные проволочными струнами. После натяжения проволок форма с помощью вибраторов за­полняется бетонной смесью. Когда бетон затвердевает, напряжение с арматуры снимается и бетон сжимается. Опыт показывает, что предварительно напряженный железобетон является долговеч­ным материалом, способным выдерживать значительные динамические нагрузки. Шпалы этого типа не подвергаются гниению, допускают большие напряжения и лучше со­противляются перемещениям, но менее упруги, имеют большую массу и более дороги по сравне­нию с деревянными.

На буроугольных карьерах Германии в некоторых случаях используют штампованные ме­таллические шпалы из проката специального профиля или сварные из существующих профилей проката. Металлические шпалы в 2 – 3 раза дороже деревянных, но имеют повышенную проч­ность и срок службы 15 – 20 лет.

Рельсошпальная решетка укладывается на балластный слой, являющийся упру­гим основанием, способствующим более равномерному распре­делению усилия на рельсы и смягчающим динамические нагруз­ки на земляное полотно. Кроме того, балластный слой, обла­дающий достаточной пористостью, способствует отводу поверх­ностных вод от рельсов и шпал и тем самым замедляет корро­зию рельсов и гниение шпал.

Для балласта используют щебень, гальку, гравий, крупнозернистый песок. Обычно щебень полу­чают посредством дробления твердых вскрышных пород. На пе­редвижных путях для балласта почти всегда используют пустые породы или отходы горного производства, если их свойства со­ответствуют требованиям, предъявляемым к балластировочным материалам.

Толщина балластного слоя определяется свойствами грунтов земляного полотна и нагруз­кой на ось подвижного состава.

Стрелочным переводом называется устройство, служащее для перевода подвижного состава с одного пути на другой.

Наиболее простым является одиночный стрелочный перевод, в котором один из разветвляющихся путей сохраняет прямое направление.

Стрелочный перевод состоит из стрелки, крестовины с контррельсами, соединительной части и комплекта переводных брусьев.

Стрелкой называется часть стрелочного перевода, состоящая из двух рамных рельсов, двух остряков (или перьев) и переводного механизма. Рамные рельсы, к которым прилегают остряки, являются продолжением путевых рельсов. Они укладываются на специальных подклад­ках или сплошных металлических листах – лафетах.

Остряки служат для направления подвижно­го состава на тот или иной путь и представляют собой отрезки рельсов, остро­ганные с одной стороны для плотного приле­гания к рамным рельсам и для накатывания на них ко­лес подвижного состава. Остряки связываются между собой соединительной тягой. Передний ост­рый конец остряка назы­вается острием, противоположный конец – корнем. Перемещение остря­ков из одного положения в другое осуществляется поворотом их в корневом креплении. При лю­бом положении стрелки один из остряков прижимается к рамному рельсу, а второй отодви­гается, образуя зазор для прохода колес подвижного состава.

Крестовина стрелочного перевода, предназначенная для пропуска гребней колес подвижно­го состава в местах пересечения рельсовых ниток, состоит из сердечника и двух усовиков. Ма­тематическим центром крестовины называется точка пересечения граней сердечника, однако фак­тически сердечник заканчивают острием.

Горлом крестовины называется наименьшее расстояние между усовиками.

Промежуток от горла крестовины до острия, где колеса не направляются рельсовыми нитями, называется вредным, или мертвым, пространством. Направ­ление колес на этом участке обеспечивается контррельсами.

Переводной механизм служит для перевода стрелки из одного положения в другое и может быть ручным или дистанционным (механическим или электрическим).