Возвышение наружного рельса¶

Возвышение наружного рельса — это конструктивный элемент железнодорожного пути, представляющий собой превышение уровня одного рельса (наружного) над другим (внутренним) в пределах кривых участков. Данное техническое решение применяется для компенсации центробежной силы, возникающей при движении подвижного состава по кривой, и обеспечения плавности, безопасности и комфортабельности движения поездов.

¶Физические основы и назначение

При движении поезда по криволинейному участку пути на него действует центробежная сила, направленная от центра кривой. Эта сила вызывает повышенный износ наружного рельса и гребней колёс, создаёт опасность вдавливания рельса в колею, а также ухудшает комфорт пассажиров из-за поперечных ускорений. Для противодействия этим явлениям путь устраивают с возвышением наружного рельса, что позволяет наклонять подвижной состав внутрь кривой.

В результате такого наклона равнодействующая силы тяжести и центробежной силы проходит через ось симметрии вагона, что существенно снижает боковые нагрузки на рельсы и обеспечивает более равномерное распределение давления колёс на обе рельсовые нити. Оптимальное значение возвышения рассчитывается таким образом, чтобы при движении поезда со средней скоростью поперечное ускорение, испытываемое пассажирами, было минимальным.

¶Расчёт возвышения

Величина возвышения наружного рельса определяется по формуле, учитывающей радиус кривой и средневзвешенную скорость движения поездов:

h = 12,5 × V² / R

где:

• h — возвышение наружного рельса, мм;
• V — средневзвешенная скорость движения поездов, км/ч;
• R — радиус кривой, м.

Для пассажирских поездов, движущихся с более высокими скоростями, чем грузовые, расчётное возвышение может корректироваться. При этом учитывается, что для пассажирских поездов допускается непогашенное поперечное ускорение до 0,7 м/с², а для грузовых — до 0,3 м/с².

Максимальное значение возвышения наружного рельса на российских железных дорогах общего пользования составляет 150 мм. В исключительных случаях, на линиях с интенсивным движением тяжёлых грузовых поездов, допускается увеличение до 175 мм, однако такие решения требуют специального обоснования.

¶Устройство и конструкция

Возвышение наружного рельса создаётся не подъёмом одного рельса, а понижением уровня внутренней рельсовой нити относительно проектной отметки. Это обеспечивает сохранение требуемой высоты насыпи по оси пути и упрощает водоотвод. В поперечном профиле путь с возвышением имеет уклон, который называется уклоном отвода возвышения.

Переход от прямого участка к кривой с возвышением осуществляется плавно на протяжении переходной кривой. Длина переходной кривой зависит от величины возвышения и допускаемого уклона отвода, который составляет от 0,5 до 2,0 ‰ в зависимости от категории линии и скоростей движения. Чем выше скорость движения, тем меньший уклон отвода допускается для обеспечения комфортабельности.

В конструкции верхнего строения пути возвышение реализуется за счёт:

• применения подкладок и прокладок различной толщины;
• изменения толщины балластного слоя;
• использования специальных конструкций скреплений с регулируемой высотой.

¶Классификация и виды

По назначению и условиям применения различают несколько видов возвышения:

• Расчётное (проектное) возвышение — устанавливается при проектировании пути на основе средневзвешенных скоростей движения.
• Фактическое возвышение — реально существующее значение, измеряемое в процессе эксплуатации.
• Допускаемое возвышение — максимальное значение, при котором обеспечивается безопасность движения с учётом всех категорий поездов.

По способу реализации возвышение может быть:

• постоянным — на кривых постоянного радиуса;
• переменным — на переходных кривых, где оно изменяется от нуля до полного значения.

¶Особенности на скоростных и высокоскоростных магистралях

На линиях с высокоскоростным движением (свыше 200 км/ч) требования к возвышению наружного рельса ужесточаются. Здесь применяются увеличенные радиусы кривых (до 7000–10000 м), что позволяет уменьшить необходимые величины возвышения. Однако даже при больших радиусах на высокоскоростных магистралях возвышение может достигать 150–180 мм.

Для высокоскоростного движения характерно использование безбалластного пути (плитного или рамного), где возвышение реализуется за счёт изменения высоты плит основания. Это обеспечивает высокую точность геометрии пути и стабильность параметров при длительной эксплуатации.

¶Эксплуатационные требования и контроль

В процессе эксплуатации возвышение наружного рельса контролируется в соответствии с нормативами содержания пути. Отклонения фактического возвышения от проектного значения не должны превышать допустимых величин, установленных инструкциями. При превышении допустимых отклонений назначаются работы по выправке пути.

Периодичность контроля возвышения устанавливается в зависимости от грузонапряжённости линии и скоростей движения. Измерения выполняются с помощью:

• путеизмерительных вагонов;
• ручных путевых шаблонов;
• автоматизированных систем диагностики пути.

При обнаружении отклонений производятся регулировочные работы, включающие подъёмку пути, перегонку рельсовых нитей и замену подрельсовых прокладок.

¶Влияние на движение поездов

Правильно установленное возвышение наружного рельса обеспечивает:

• снижение бокового износа рельсов и гребней колёс;
• уменьшение сопротивления движению в кривых;
• повышение устойчивости подвижного состава против опрокидывания;
• комфортные условия для пассажиров;
• снижение расхода топлива и электроэнергии на тягу поездов.

При недостаточном возвышении увеличивается боковое давление на наружную нить, что может привести к ускоренному расстройству пути и даже к сходу подвижного состава. Избыточное возвышение, в свою очередь, вызывает перегрузку внутренней нити и ухудшает условия движения тихоходных грузовых поездов.

¶Историческая справка

Необходимость возвышения наружного рельса была осознана ещё на заре железнодорожного транспорта. Первые теоретические обоснования и практические рекомендации появились в середине XIX века. В России одним из первых исследователей этого вопроса был инженер П. П. Мельников, который в 1840-х годах разработал рекомендации по устройству кривых участков пути.

В 1850–1860-х годах возвышение наружного рельса стало применяться на российских железных дорогах повсеместно. К началу XX века были разработаны эмпирические формулы для расчёта возвышения, которые впоследствии совершенствовались с учётом накопленного опыта и развития теории движения поездов.

¶Современные тенденции

В настоящее время развитие методов расчёта возвышения связано с внедрением компьютерного моделирования динамики подвижного состава. Современные программные комплексы позволяют учитывать множество факторов: типы обращающихся поездов, их скорости, характеристики экипажной части, состояние пути и другие параметры.

На линиях с совмещённым движением пассажирских и грузовых поездов возникает проблема выбора оптимального значения возвышения, поскольку оптимальные значения для разных категорий поездов существенно различаются. В таких случаях применяются компромиссные решения, а также рассматриваются варианты применения систем наклона кузова вагонов, позволяющих снизить требования к возвышению.

¶Источники

• Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации.
• Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути.
• Шахунянц Г. М. Железнодорожный путь. — М.: Транспорт, 1987.
• Крейнис З. Л., Коршикова Н. П. Техническое обслуживание и ремонт железнодорожного пути. — М.: УМК МПС России, 2001.