Зубчатый шип

Зубчатый шип — это элемент конструкции железнодорожного пути, представляющий собой металлический стержень с насечками (зубьями) на одном конце, предназначенный для крепления рельсов к шпалам. Является разновидностью костыльного крепления, обеспечивающего фиксацию подошвы рельса к деревянным или железобетонным шпалам. Зубчатые шипы широко применялись на железных дорогах Российской империи, СССР и постсоветского пространства, особенно в эпоху массового использования деревянных шпал, и продолжают использоваться в отдельных случаях при ремонте и строительстве путей второго и третьего классов.

История

История зубчатого шипа неразрывно связана с развитием железнодорожного транспорта в России. Первые железные дороги в Российской империи, такие как Царскосельская (1837 год) и Николаевская (1851 год), использовали для крепления рельсов к шпалам чугунные подкладки и болты. Однако с увеличением грузонапряжённости и скорости движения возникла необходимость в более надёжном и технологичном креплении.

В середине XIX века, с началом массового строительства железных дорог, в России начали применять костыльное крепление, основой которого стал зубчатый шип. Первые конструкции шипов были простыми: кованые железные стержни с заострённым концом. Однако для повышения удерживающей способности и предотвращения выдёргивания шипа при вибрациях рельса была разработана зубчатая насечка. В 1860–1870-х годах на заводах Урала и Петербурга начали выпускать стандартизированные зубчатые шипы с определённым шагом и глубиной зубьев.

В советский период, особенно в 1930–1950-е годы, зубчатые шипы стали основным типом крепления на железных дорогах СССР. Они применялись на линиях с деревянными шпалами, которые составляли подавляющее большинство. В 1960–1970-х годах, с внедрением железобетонных шпал, начался переход на более современные системы крепления (например, КБ-65, КД-65), однако зубчатые шипы продолжали использоваться на второстепенных путях, станционных и подъездных путях, а также при ремонте старых участков.

В постсоветский период, в 1990–2000-х годах, объём применения зубчатых шипов сократился из-за износа деревянных шпал и перехода на железобетон. Тем не менее, они остаются в эксплуатации на некоторых линиях РЖД и промышленных предприятий, особенно в регионах с ограниченным бюджетом на модернизацию.

Конструкция и характеристики

Зубчатый шип представляет собой металлический стержень, обычно изготавливаемый из стали марки Ст3 или Ст5 (по ГОСТ 380-2005). Длина шипа варьируется от 120 до 200 мм, диаметр — от 12 до 16 мм. Ключевой элемент — зубчатая насечка на одном конце, которая может быть выполнена в виде продольных или спиральных канавок с шагом 2–5 мм. Эта насечка обеспечивает увеличение силы трения между шипом и древесиной шпалы, предотвращая его выдёргивание под действием динамических нагрузок.

Основные элементы

• Головка — верхняя часть шипа, предназначенная для забивания молотком или костыльным молотком. Обычно имеет плоскую или слегка выпуклую форму.
• Стержень — основная часть, погружаемая в шпалу. Может быть гладким или с насечкой.
• Зубья — насечки на стержне, которые врезаются в древесину, увеличивая удерживающую способность.
• Остриё — заострённый конец, облегчающий забивание.

Технические параметры

По ГОСТ 5812-82 (действовал в СССР) зубчатые шипы подразделяются на несколько типов в зависимости от длины и диаметра:

Зубья наносятся методом накатки или фрезерования. Глубина насечки — 0,5–1,5 мм, шаг — 2–4 мм. Для защиты от коррозии шипы могут оцинковываться или покрываться битумным лаком.

Применение

Зубчатые шипы используются исключительно для крепления рельсов к деревянным шпалам. В железобетонных шпалах они не применяются из-за хрупкости бетона и необходимости использования специальных закладных деталей (болтов, анкеров). Основные области применения:

• Магистральные железные дороги — на участках с деревянными шпалами, особенно на линиях второго и третьего классов (с грузонапряжённостью до 30 млн т·км/км в год).
• Промышленные железные дороги — на подъездных путях заводов, шахт, карьеров, где используются деревянные шпалы.
• Ремонтные работы — при замене изношенных шпал на старых участках, где нецелесообразна полная замена пути.
• Временные пути — на строительных площадках, при прокладке временных железнодорожных веток.

Технология монтажа

Установка зубчатого шипа производится вручную с помощью костыльного молотка (массой 2–4 кг). Шип забивается в предварительно просверленное отверстие в шпале (диаметром на 1–2 мм меньше диаметра шипа) или непосредственно в древесину. Глубина забивания — 80–120 мм, головка должна выступать над подошвой рельса на 10–20 мм. Для предотвращения растрескивания шпалы шипы устанавливаются в шахматном порядке.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Простота монтажа — не требует специального оборудования, может выполняться вручную.
• Низкая стоимость — зубчатые шипы дешевле болтовых и анкерных креплений.
• Надёжность — зубья обеспечивают высокую удерживающую способность, особенно на деревянных шпалах из твёрдых пород (дуб, лиственница).
• Ремонтопригодность — при износе шип легко заменяется без демонтажа рельса.

Недостатки

• Ограниченная область применения — только для деревянных шпал.
• Склонность к коррозии — при отсутствии защитного покрытия шипы ржавеют, что снижает их прочность.
• Повреждение шпал — при забивании возможно растрескивание древесины, особенно у старых шпал.
• Меньшая удерживающая способность по сравнению с болтовыми креплениями — при высоких динамических нагрузках (скорость более 100 км/ч) возможен вырыв шипа.
• Трудоёмкость демонтажа — извлечение шипа требует специального инструмента (костыльного выдёргивателя).

Современное состояние

В настоящее время (2020-е годы) зубчатые шипы постепенно вытесняются более современными системами крепления, такими как КБ-65, КД-65, ЖБР-65, которые используются на железобетонных шпалах. Однако на сети РЖД и железных дорогах стран СНГ сохраняется значительный парк путей с деревянными шпалами, особенно на малодеятельных участках. По оценкам специалистов, доля деревянных шпал в общем парке РЖД составляет около 30–40% (на 2023 год), и на этих участках зубчатые шипы остаются основным типом крепления.

В России производство зубчатых шипов осуществляется на нескольких предприятиях, в том числе на Выксунском металлургическом заводе (Нижегородская область) и на заводах в Екатеринбурге и Новокузнецке. Продукция выпускается по ГОСТ 5812-82 или техническим условиям предприятий.

Интересные факты

• В 1910-х годах на железных дорогах Российской империи проводились эксперименты по использованию зубчатых шипов с двумя рядами насечек для повышения удерживающей способности, но они не получили массового распространения из-за усложнения технологии изготовления.
• В годы Великой Отечественной войны (1941–1945) зубчатые шипы производились в упрощённом варианте — без насечек, из-за нехватки станочного оборудования. Такие шипы назывались «гладкими» и имели меньшую надёжность.
• В некоторых странах (например, в США) зубчатые шипы не получили широкого распространения — там предпочитали использовать болтовые крепления или костыли без насечек.

Источники

• ГОСТ 5812-82 «Шипы зубчатые для железных дорог. Технические условия». — М.: Издательство стандартов, 1982.
• Крейнис З.Л., Королёв В.И. «Железнодорожный путь». — М.: Транспорт, 1987.
• Шахунянц Г.М. «Железнодорожный путь». — М.: Транспорт, 1969.
• Справочник путейца. Под ред. В.И. Болотина. — М.: Транспорт, 1985.
• Отчёт ОАО «РЖД» о состоянии путевого хозяйства за 2023 год.