РЕЛЬСОВЫЙ ПУТЬ ПРЯМОЛИНЕЙНОЙ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ

Рельсовый путь прямолинейной высокоскоростной железной дороги относится к железнодорожному пути и предназначен для высокоскоростных поездов.

Аналогом являются рельсы для железнодорожного пути с накладками для их соединения встык, которые установлены с зазором для компенсации деформации рельсов при изменении температуры в летнее и зимнее время года, установленные на шпалах и на насыпном балласте железнодорожного полотна (см. Учебное пособие бригадиру пути. Учебное пособие для образовательных учреждений ж.-д. транспорта, осуществляющих профессиональную подготовку / Под ред. Э.В.Воробьева. - М.: Маршрут, 2005. - 665 С.).

Известны рельсы для железнодорожного пути, сваренные встык электроконтактной сваркой длиной 100 м, 800 м, 1000 м, 1500 м, 10000 м и более, которые установлены на железобетонных шпалах без учета компенсации деформации рельсов при изменении температуры в летнее и зимнее время года (см. Инструкция по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути. - М., 2012. С. 138).

Недостатками известных рельс железнодорожного пути являются:

- В стыках рельс колеса железнодорожного подвижного состава наносят удары по торцам рельс, что приводит к повышению шума, вибрации колесной пары, тележки и вагона и износу колес, рельсов и автоматической сцепки вагонов, снижается скорость электропоезда, шум и вибрация вагонов оказывает психологическое воздействие на состояние здоровья человека.

- В сварных рельсах встык электроконтактной сваркой в длинных плетях возможен угон рельса с места его укладки на величину удлинения плети при увеличении температуры окружающей среды и динамических нагрузках в момент прохождения поездов по железной дороге.

- Возможна потеря устойчивости длинной плети рельса, что приводит к появлению искривления рельсов по всей длине железной дороги в виде поперечных или вертикальных полуволн, высоких напряжений сжатия в местах сварки рельсов, поломкам стыков рельс, к сходу подвижного состава поезда с железнодорожного пути и к снижению скорости поездов до 60-120 км/ч.

- На искривленных объездных участках дороги при удлинении рельсов в летнее время и при укорочении в зимнее время года изменяется расстояние ширины колеи, что приводит к сходу подвижного состава поездов с рельс, большим материальным затратам и человеческим жертвам.

- При движении поезда по насыпному балласту железнодорожного полотна под тяжестью груженных вагонов подвижного состава балласт проседает, перед локомотивом в рельсах образуется бегущая волна, которая создает сопротивление движению поезда, что приводит к снижению его скорости, разрушению железобетонных свай, ослаблению усилия затяжки резьбового соединения и смятию витков резьбы, к увеличению вибрации колесных пар, тележек и вагонов, износу рельс, колес и автоматических сцепок вагонов, к поломкам стыков сварных соединений рельс и бесконечному ремонту железной дороги и подвижного состава поездов.

- Насыпное балластом железнодорожное полотно весной во время таяния снега и летом в период обильных и длительных дождей смывает, пропитанный водой грунт под железнодорожным полотном проваливается, при этом нарушается ширина колеи, горизонтальное расположение шпал и рельс, требуются дополнительные расходы денег, на восстановление железнодорожного полотна, задействовано большое количества людей и техники, прекращается движение поездов на период ремонта дороги.

- Техническим результатом является создание рельсового пути прямолинейной высокоскоростной железной дороги с комфортными условиями для человека при высоких скоростях электропоезда и безопасной работы железнодорожного транспорта.

Рельсовый путь прямолинейной высокоскоростной железной дороги, содержащий рельсы с накладками для их соединения встык, которые установлены с зазором для компенсации деформации рельсов при изменении температуры в летнее и зимнее время года, установленные на шпалах и на насыпном балласте железнодорожного полотна, отличающийся тем, что в каждом рельсе длиной 12,5 м или 25 м, или в плети 50 м или 75 м, или 100 м, сваренной встык электроконтактной сваркой из указанных длин рельсов, в ее головке выполнены на концах рельса консольные балки, с левой и с правой стороны рельса от ее середины, длиной для рельса 12,5 м до 50 мм, 25 м до 80 мм, или для плети 50 м до 100 мм, или 75 м до 140 мм, или 100 м до 180 мм, шириной до 37,5 мм и высотой до 75-92 мм, для стандартных рельсов Р65 и Р75, каждая консольная балка соединена относительно следующего рельса плоскостями указанных балок внахлестку с возможностью их продольного перемещения, рельсы соединены встык с зазором накладками и болтами, болты установлены с левой стороны от стыка в окнах шейки рельса или плети с зазором на величину их удлинения при изменении температуры окружающей среды, а с правой от стыка в отверстие шейки рельса установлены болты с зазором до 2 мм, накладки с отверстиями с двух сторон расположены без зазора в нижней части головки рельса, на которых установлены консольные балки рельсов, и его верхнем перовым основанием для предотвращения вертикального перемещения двух связанных рельсов, между торцами консольных балок и задних стенок рельсов выполнены зазоры для компенсации деформации рельсов при изменении температуры нагрева металла от 0°С до +30°C в летнее время и от 0°С до -35°C в зимнее время года, равные зазору в стыке двух рельсов, при перепаде температур Δt=65°C, коэффициенте линейного расширения для стали α=125·10^-7 град^-1 удлинение рельсов, длиной 12,5 м составит 10 мм, 25 м - 20 мм, удлинение плети длиной 50 м - 40 мм, 75 м - 60 мм, 100 м - 80 мм, а при перепаде температур Δt=110°C и указанном коэффициенте линейного расширения для стали удлинение рельсов длиной 12,5 м составит 17,3 мм, 25 м - 34,6 мм, а плети 50 м - 69,2 мм, 75 м - 103,8 мм, 100 м - 138,4 мм, основание каждого рельса соединено подрезными лапками клемм болтами к железобетонным шпалам, которые установлены с опорой на железобетонные плиты и сваи или в железобетонных плитах по всей длине железной дороги установлены болтовые соединения, к которым закреплено основание рельсов подрезными лапками клемм, или консольная балка установлена с одной стороны рельса в прямоугольную полость головки рельса, длиной до 100-150 мм, по горячепрессовой посадке и приварена к рельсу, или помимо этого с наружной стороны головки рельса и в балке выполнены отверстия с резьбой, в которые установлены винты для предотвращения произвольного выхода балки из прямоугольной полости, а ее консоль с уклоном расположена в прямоугольной полости следующего рельса или плети с возможностью ее продольного перемещения по указанной полости длиной для рельса 12, 5 м до 50 мм, 25 м до 80 мм или плети 50 м до 120 мм или 75 м до 140 мм или 100 м до 180 мм, шириной до 30-50 мм для стандартного рельса P 65 и высотой до 50 мм, по балке, выполняющей функцию моста над стыком двух рельсов, по которому плавно катятся колеса подвижного состава поезда, рельсы или плети установленные с зазором встык соединены накладками и болтами, болты установлены, с левой стороны от стыка в окнах шейки рельса или плети с зазором на величину их удлинения при изменении температуры окружающей среды, а справой от стыка - в отверстия шейки рельса с зазором, накладки с отверстиями а двух сторон расположены без зазора, в нижней части головки рельса, и его верхним перовым основанием для предотвращения вертикального перемещения двух связанных рельсов при прохождении грузовых или пассажирских поездов, на мостах основание рельса скреплено болтами с подошвой подрезанными лапками клемм и винтами подошва соединена с железобетонной плитой, а вдоль железной дороги основание рельса соединено подрезанными лапками клемм болтами к железнодорожным шпалам, которые установлены с опорой на железобетонные плиты и сваи, литые или набивные, расположенные ниже зоны промерзания грунта с упором в твердую породу по всей длине прямолинейной высокоскоростной железной дороги, или в железобетонных плитах по всей длине железной дороги установлены болтовые соединения, к которым закреплено основание рельсов подрезными лапками клемм, исключив из железнодорожного пути бесчисленное количество железобетонных шпал, рельсы каждой железобетонной плиты соединены болтами с шейками рельс калиброванными двутавровыми балками на ширину колеи 1520 мм по всей длине железной дороги, расстояние между балками до 8 м, или между основанием рельсов и поверхностями железобетонных плит установлена, например, медная полоса толщиной до 10 мм и шириной до 170 мм для более мягкого и безударного качения колес по рельсам, набивные сваи со стальными арматурными каркасами диаметром до 1200 мм установлены в скважинах на глубину до 20 м и более, расстояние между сваями до 1,5-10 м, а литые сваи забиты сваебойной машиной на указанных расстояниях, или вместо свай в скважины установлены толстостенные трубы диаметром до 1200 мм, в полостях которых расположены сваренные стальные решетки из арматурных стержней диаметром до 50 мм и залитые бетоном, плиты шириной и. высотой до 1000 мм со стальными сваренными каркасами выполнены из арматурных стержней диаметром до 50 мм, длиной до 1500 м, высотой и шириной до 1000 мм и залиты бетоном по всей длине железной дороги на десятки тысяч километров, стальные сваренные каркасы свай соединены со стальными сваренными каркасами плит и со стальными сваренными каркасами поперечных перегородок шириной до 500 мм и высотой до 1000 мм, которые залиты бетоном, образовавшиеся полости между железобетонными плитами и перегородками засыпаны балластом, например щебнем.

На фиг. 1 показан рельсовый путь прямолинейной высокоскоростной железной дороги.

В каждом рельсе 1 длинной 12,5 м или 25 м, или в плети 50 м или 75 м, или 100 м, сваренной встык электроконтактной сваркой из указанных длин рельсов, в ее головке выполнены на концах рельса консольные балки 2, с левой и с правой стороны рельса от ее середины, длиной для рельса 12,5 м до 50 мм, 25 м до 80 мм, или для плети 50 м до 100 мм, или 75 м до 140 мм, или 100 м до 180 мм, шириной до 37,5 мм и высотой до 75-92 мм, для стандартных рельсов Р65 и Р75, каждая консольная балка 2 соединена относительно следующего рельса плоскостями указанных балок внахлестку с возможностью их продольного перемещения, рельсы соединены встык с зазором накладками 3 и болтами 4, болты установлены с левой стороны от стыка в окнах 5 шейки 6 рельса или плети с зазором на величину их удлинения при изменении температуры окружающей среды, а с правой от стыка в отверстие 7 шейки рельса установлены болты с зазором до 2 мм, накладки 3 с отверстиями с двух сторон расположены без зазора в нижней части головки рельса, на которых установлены консольные балки рельсов, и его верхнем перовым основанием 8 для предотвращения вертикального перемещения двух связанных рельсов, между торцами консольных балок и задних стенок рельсов 1 выполнены зазоры для компенсации деформации рельсов при изменении температуры нагрева металла от 0°C до +30°C в летнее время и от 0°С до -35°C в зимнее время года, равные зазору в стыке двух рельсов, при перепаде температур Δt=65°C, коэффициенте линейного расширения для стали α=125·10^-7 град^-1 удлинение рельсов, длиной 12,5 м составит 10 мм, 25 м - 20 мм, удлинение плети длиной 50 м - 40 мм, 75 м - 60 мм, 100 м - 80 мм, а при перепаде температур Δt=110°C и указанном коэффициенте линейного расширения для стали удлинение рельсов длиной 12,5 м составит 17,3 мм, 25 м - 34,6 мм, а плети 50 м - 69,2 мм, 75 м - 103,8 мм, 100 м - 138,4 мм, основание каждого рельса соединено подрезными лапками клемм болтами к железобетонным шпалам, которые установлены с опорой на железобетонные плиты 9 и сваи 10 или в железобетонных плитах по всей длине железной дороги установлены болтовые соединения, к которым закреплено основание рельсов подрезными лапками клемм, или консольная балка 11 установлена с одной стороны рельса в прямоугольную полость 12 головки рельса, длиной до 100-150 мм, по горячепрессовой посадке и приварена к рельсу, или помимо этого с наружной стороны головки рельса и в балке выполнены отверстия 13 с резьбой, в которые установлены винты для предотвращения произвольного выхода балки из прямоугольной полости, а ее консоль с уклоном расположена в прямоугольной полости 12 следующего рельса или плети с возможностью ее продольного перемещения по указанной полости длиной для рельса 12,5 м до 50 мм, 25 м до 80 мм или плети 50 м до 120 мм или 75 м до 140 мм или 100 м до 180 мм, шириной до 30-50 мм для стандартного рельса P 65 и высотой до 50 мм, по балке, выполняющей функцию моста над стыком двух рельсов, по которому плавно катятся колеса подвижного состава поезда, рельсы или плети установленные с зазором встык соединены накладками 3 и болтами 4, болты установлены, с левой стороны от стыка в окнах 5 шейки 6 рельса или плети с зазором на величину их удлинения при изменении температуры окружающей среды, а справой от стыка - в отверстия 7 шейки рельса 6 с зазором, накладки 3 с отверстиями а двух сторон расположены без зазора, в нижней части головки рельса, и его верхним перовым основанием 8 для предотвращения вертикального перемещения двух связанных рельсов при прохождении грузовых или пассажирских поездов, на мостах основание рельса скреплено болтами с подошвой подрезанными лапками клемм и винтами подошва соединена с железобетонной плитой, а вдоль железной дороги основание рельса соединено подрезанными лапками клемм болтами к железнодорожным шпалам, которые установлены с опорой на железобетонные плиты 9 и сваи 10, литые или набивные, расположенные ниже зоны промерзания грунта с упором в твердую породу по всей длине прямолинейной высокоскоростной железной дороги, или в железобетонных плитах 9 по всей длине железной дороги установлены болтовые соединения, к которым закреплено основание рельсов подрезными лапками клемм, исключив из железнодорожного пути бесчисленное количество железобетонных шпал, рельсы каждой железобетонной плиты соединены болтами с шейками рельс 1 калиброванными двутавровыми балками на ширину колеи 1520 мм по всей длине железной дороги, расстояние между балками до 8 м, или между основанием рельсов и поверхностями железобетонных плит установлена, например, медная полоса толщиной до 30 мм и шириной до 170 мм для более мягкого и безударного качения колес по рельсам, набивные сваи со стальными арматурными каркасами диаметром до 1200 мм установлены в скважинах на глубину до 20 м и более, расстояние между сваями до 1,5-10 м, а литые сваи 10 забиты сваебойной машиной на указанных расстояниях, или вместо свай в скважины установлены толстостенные трубы диаметром до 1200 мм, в полостях которых расположены сваренные стальные решетки из арматурных стержней диаметром до 50 мм и залитые бетоном, плиты шириной и. высотой до 1000 мм со стальными сваренными каркасами выполнены из арматурных стержней диаметром до 50 мм, длиной до 1500 м, высотой и шириной до 1000 мм и залиты бетоном по всей длине железной дороги на десятки тысяч километров, стальные сваренные каркасы свай соединены со стальными сваренными каркасами плит и со стальными сваренными каркасами поперечных перегородок шириной до 500 мм и высотой до 1000 мм, которые залиты бетоном, образовавшиеся полости между железобетонными плитами и перегородками засыпаны балластом, например щебнем.

Рельсовый путь прямолинейной высокоскоростной железной дороги работает следующим образом.

При движении электропоезда со скоростью 520 км/час по рельсовому пути колеса пассажирских вагонов плавно и бесшумно катятся по консольным балкам, выполняющим функцию мостов над стыками рельсов создавая комфортные условия пассажирам. Железобетонные плиты, на которых установлены рельсы, снижают поперечную и вертикальную вибрацию колесных пар, тележек и вагонов, износ рельсов, колесных пар и автосцепок вагонов, обеспечивают безопасную работу грузового и пассажирского транспорта.

Железобетонные плиты, в которых установлены болтовые соединения по всей длине железной дороги для крепления оснований рельсов подрезными лапками клемм, полностью заменяют железобетонные шпалы и технологию их производства.

Медная полоса, расположенная между основанием рельса и железобетонной плитой обеспечивает более мягкое и безударное качение колес по рельсам и защищает железобетонные плиты от разрушения при движении грузовых и пассажирских поездов.