Типы шпал. Достоинства и недостатки

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВПАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Иркутский государственный университет путей  сообщения 

Кафедра: ИПиПЖД

Дисциплина: Изыскания и проектирование железных дорог

Реферат

Тема: Типы шпал. Достоинства и недостатки.

                                                                                     Выполнил:

                                                                                          

.                                                                                     Проверил:

                                                                                                 Четвертнова В.В.

 

Иркутск 2011год 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:                                                                        Стр.

 Деревянным шпалам-                                                                     2

 Железобетонные  шпалы-                                            7

 Стальные шпалы-                                                                                        12

 Шпалы из пластика-                                                                      13

 Шпалы в метрополитене-                                                               14

Шпа́лы (нидерл. spalk — подпорка) — опоры для рельсов в виде брусьев. В железнодорожном пути обычно укладываются на балластный слой верхнего строения пути и обеспечивают неизменность взаимного расположения рельсовых нитей, воспринимают давление непосредственно от рельсов или от промежуточных скреплений и передают его на подшпальное основание (обычно — балластный слой, в метрополитене — бетонное основание).^[1]

При прокладке железной дороги Ливерпуль — Манчестер (англ. Liverpool and Manchester Railway) использовались каменные плиты служившие основанием для укладки рельсов. Позже появились деревянные шпалы, (причём именно дерево длительное время являлось наиболее распространённым материалом для шпал)[2], а затем и другие типы шпал.  (железобетонные, стальные, шпалы из полимерных материалов).

 

Шпалы:

деревянным шпалам

Более 50% использования шпал на сети железных дорог России – это деревянные шпалы.

Основные породы леса – хвойные: сосна (70%) и ель (30%). Деревянные шпалы  изготовляют из сосны, ели, пихты, лиственницы, кедра и березы, причем лучшими  являются сосновые шпалы. По форме поперечного  сечения деревянные шпалы укладывают только после пропитки масляными антисептиками. Деревянные шпалы очень дефицитные и дорогие, срок службы небольшой, они выходят из строя из-за износа, трещин, гниения. Средний срок службы деревянной шпалы 15-17 лет.  
Деревянные шпалы в пути находятся в условиях переменной влажности, что способствует развитию гнилостных грибков и быстрому загниванию шпал. Для защиты от гниения пропитывают антисептиками.

Деревянные шпалы обладают многими  достоинствами:

 – упругость;  
– легкость обработки; 
– простота прикрепления рельсов;  
– возможность плавного отвода уширения рельсовой колеи с кривых с малыми радиусами (менее 300 м);  
– хорошее сцепление со щебнем;  
– малая чувствительность к ударам и колебания температуры;  
– небольшой вес; деревянная шпала весит около 80 кг (железобетонная - 270 кг), что облегчает ремонт пути.  
– диэлектрик.

Срок службы деревянных шпал (в  зависимости от типа древесины, внешних  условий и интенсивности эксплуатации) составляет от 7 до 40 лет. Деревянные шпалы  в России изготавливают преимущественно  из сосны, а также из ели, пихты, кедра^[2], хотя ранее проводились эксперименты по изготовлению шпал из дуба, лиственницы. Основная проблема деревянных шпал — тенденция их загнивания в местах крепления к ним рельсов, и проблема с дальнейшей их утилизацией.

Деревянные шпалы изготавливаются  по ГОСТ 78-2004.

В зависимости от назначения деревянные шпалы изготавливают трех типов:

I типа предназначены  для главных путей магистральных  железных дорог 

II типа — для станционных  и подъездных путей 

III типа — для путей  промышленных предприятий.

Шпалы из дерева подразделяются на три  вида:

обрезные (отёсанные со всех 4 сторон)

полуобрезные (отёсанные только с 3 сторон)

необрезные (отёсанные только сверху и снизу)

Ранее для тёски шпал применялся топор-дексель (тесло).

Пропитка шпал осуществляется каменноугольными маслами, креозотом, либо антисептиками ЖТК для пропитки железнодорожных шпал. В настоящее время в России пропитка осуществляется методом «вакуум-давление-вакуум», этот метод нормирован ГОСТ.     Фотографии шпалы: непропитанные, пропитанные: Недостатки:  – сравнительно небольшой срок службы;   – расход дефицитной строевой древесины. Основные дефекты:  – продольные трещины с обнаженной непропитанной древесиной, расколы на торцах;   – износ древесины под подкладками;   – выколы кусков древесины между трещинами;   – поперечные изломы;   – загнивание торцов.   Основная проблема деревянных шпал — тенденция их загнивания в местах крепления к ним рельсов, и проблема с дальнейшей их утилизацией. Деревянные шпалы не имеют  ограничений по зонам укладки.   Их целесообразно укладывать:   – звеньевой путь, кривые малого радиуса (менее 300м), где колея 1530-35 мм;   – на участках с нестабильным земляным полотном, на вечномерзлых и болотистых основаниях;   – на пучинистых основаниях;   – высоко грузонапряженных. Стрелочные брусья подразделяют на: обрезные – пропилены четыре стороны, необрезные – пропилены  две противоположные стороны. Мостовые брусья изготовляют  только обрезные.   В зависимости от назначения деревянные шпалы и стрелочные брусья изготовляют трех типов, отличающихся размерами поперечного сечения: I – для главных путей, II – для станционных и подъездных путей; III – для малодеятельных подъездных путей промышленных предприятий.   Длина стрелочных брусьев изменяется от 3,00 до 5,50 м. с шагом 0,25 м. Количество брусьев в комплекте стрелочного перевода составляет 80 шт. (марка 1/11), 137 шт. (1/18), 177 шт. (1/22). Длина мостовых брусьев обычного сечения 3,25 м. Деревянные шпалы не имеют  ограничений по зонам укладки, их целесообразно, в первую очередь, укладывать:   – звеньевого пути, где необходимо уширение колеи до 1530 – 1535 мм;   – подверженных пучению;   – высоко напряженных, где применение бесстыкового пути с ж/б шпалами является малоэффективным.

 

 Бывшие в использовании  деревянные шпалы        Путь на деревянных шпалах  

 

 

    Шпалы являются наиболее  важным видом подрельсовых оснований  и служат для восприятия давления  от рельсов и передачи его  на балластный слой. Кроме того, шпалы предназначены для крепления  к ним рельсов и обеспечения  постоянства ширины колеи. Помимо  шпал к подрельсовым основаниям  относятся мостовые и переводные  брусья, отдельные опоры в виде  полушпал, а также сплошные опоры  в виде плит и рам. Необходимо, чтобы шпалы были прочными, упругими  и дешевыми, а также обладали  достаточно высоким электрическим  сопротивлением. Материалом для  шпал служат дерево, железобетон  и металл.

 

 

      Размеры поперечного сечения шпал в зависимости от их типа приведены  в таблице. Стандартная длина  деревянных шпал 2750 мм.

       

 Для особо грузонапряженных  участков изготавливают шпалы  длиной 2800 мм.

 

Деревянная шпала в три раза легче, своей конкурентки, что облегчает работу с ней в условиях минимальной механизации. Так же надо отметить, что деревянная шпала значительно ниже по цене, чем железобетонная. 
 
Из вышесказанного можно сделать вывод, что деревянные пропитанные шпалы ещё долгое время будут незаменимы в строительстве железнодорожных путей, особенно там, где к ним не предъявляется особенных требований, а надежность, цена и простота в укладке являются главным решающим аргументом при выборе.

  Железобетонные шпалы

 

 

С 1970-х в СССР приобрели популярность шпалы из напряжённого железобетона, особенно удачным их использование  оказалось на бесстыковом пути.

 

Современная железобетонная шпала - цельнобрусковая из предварительно напряженного железобетона, армированная высокопрочной проволокой.

При изготовлении железобетонных шпал ей придают трапециевидную форму, что улучшает ее работу под нагрузкой  по сравнению с прямоугольным  параллелепипедом как у пропитанных шпал.

Так, наибольшие прогибы  и давления на балласт имеют место  у торцов железобетонной шпалы. Для  компенсации этого неблагоприятного для балласта и шпал обстоятельства ширина подошвы уменьшена в средней части шпал и увеличена у торцов.

Поперечное сечение шпалы  имеет трапецеидальную форму, что  снижает давление на балласт и  его деформации, особенно у краев  балластной призмы, где сопротивление  выдавливанию балласта наименьшее. При  этом увеличивается сопротивляемость пути сдвигу в поперечном направлении  и выбросу, что особенно важно  для бесстыкового пути.

Продольное сечение железобетонной шпалы — переменное по ее длине  с относительно малой жесткостью средней части по сравнению с  подрельсовыми сечениями. Увеличение высоты в этих сечениях достигнуто за счет утолщения слоя бетона над  продольной арматурой; верхняя часть  шпалы под поездной нагрузкой  испытывает сжатие, а на сжатие хорошо работает даже неармированный бетон.

При этом одновременно достигаются  следующие положительные эффекты:

- рациональное предварительное  обжатие бетона обеспечивается  за счет того, что центр тяжести  подрельсовых сечений выше, чем  центр тяжести арматуры, а в  средней части — наоборот. Благодаря  этому максимальное предварительное  обжатие бетона имеет место  в зонах, растянутых под поездной  нагрузкой: нижних — в подрельсовых  сечениях и верхних — в середине  шпалы;

- изгибающий момент в  междурельсовой средней части  шпалы тем меньше, чем меньше  ее изгибная жесткость.

Кроме того, в подрельсовых зонах устраиваются углубления с  наклоном для обеспечения подуклонки рельсов, а также передачи боковых  сил на бетон и улучшения работы закладных болтов и нашпальных резиновых  прокладок.

В зависимости от трещиностойкости, точности геометрических параметров и  качества бетонных поверхностей шпалы  подразделяют на два сорта: первый и  второй.

Шпалы второго сорта ( аналог шпал пропитанных 2 типа) предназначены для укладки на малодеятельных, станционных и подъездных путях и поставляются только с согласия потребителя.

Многолетний опыт эксплуатации шпал брускового типа из предварительно напряженного железобетона показал  их бесспорные достоинства по сравнению  с деревянными пропитанными шпалами:

- увеличение межремонтных  периодов благодаря долговечности  шпал (до 30—50 лет); 
- повышенная (на 10—20 % по сравнению с деревянными шпалами) устойчивость бесстыкового пути против выброса; 
- стабильность ширины рельсовой колеи; 
- однородность упругих свойств по длине пути и плавность движения поездов (что важно для скоростных линий); 
- сохранение лесов.

 

Преимуществом железобетонных шпал по сравнению с деревянными пропитанными шпалами является то, что они лучше обеспечивают равноупругость рельсовых опор. Кроме того, железобетонные шпалы не подвержены гниению и имеют значительно большую прочность на смятие. 
 
При железобетонных шпалах наблюдается большая плавность в движении поездов, создаются лучшие условия для работы бесстыкового пути вследствие большой поперечной устойчивости. 
 
Недостатки этих шпал заключаются в следующем:

- повышенная жесткость пути  по сравнения с деревянными пропитанными шпалами, которую приходится снижать с помощью резиновых прокладок-амортизаторов; 
- высокую чувствительность к неоднородности балластного основания; 
- малую площадь активной зоны контакта; 
- относительно высокие нагрузки на балласт при жестком нижнем строении пути.

-большая стоимость и  вес

-возможность усталостного  разрушения бетона

- электропроводности. Во избежание утечки электрического тока применяют рельсовые скрепления специальной конструкции с электроизоляционными деталями.

- сложность крепления рельсов к ним

- слабая сопротивляемость бетона выколам и растяжению неармированных частей. 

Для снижения роли указанных недостатков  необходимы новые конструктивные решения, которые должны разрабатываться  с учетом максимального снижения затрат жизненного цикла. Одним из таких  решений является железобетонная шпала  с упругой подошвой.

Железобетонные шпалы  эффективны в следующих условиях:

в сочетании с бесстыковыми рельсовыми плетями

на линиях со скоростным движением  пассажирских поездов (более 140 км/ч) благодаря  высокой стабильности и равноупругости такого пути.

Следует иметь в виду, что переход  от железобетонных к пропитанным деревянным шпалам осуществляют вне зоны рельсового стыка, для того чтобы "скачок" жесткости пути не совпадал с неровностью, неизбежной для стыков.

 

 

 

      

Шпала железобетонная тип Ш-1,44х3, ГОСТ 10629-88, может использоваться на магистральных  путях, на путях общего пользования, на станционных путях, на подъездных путях, на тупиковых путях и вспомогательных  путях следования.  
 
Марка: Тип Ш-1 ГОСТ 10629-88  
Соответствие: Новые с хранения  
Категория: 44х3  
Сорт: 1 сорт  
Размер: Согласно ГОСТу

Изготовление железобетонных шпал предварительно напряженными — процесс  трудоемкий и требует особого  внимания со стороны компаний-поставщиков  — это влияет и обуславливается  ужесточением со стороны покупателей  шпал и требований эксплуатации, равно  как и экономической эффективности, по этому постоянно модернизируется  изготовление железобетонных шпал и вводят современные технологии. Не исключено, скоро будут внедрять и нанотехнологии.  
 
Армирование шпал производится проволокой Вр II, сечением 3 мм.  
Техническая характеристика железобетонных шпал Ш1 
 
Масса изделия – 270 кг.  
Объем бетона – 0,108 м. куб.  
Класс бетона – В40  
Марка бетона по морозостойкости – F200  
Длина – 2700 мм, ширина – 300 мм, высота – 230 мм. 
Шпалы в зависимости от типа рельсового скрепления подразделяют на:  
Ш1 – для раздельного клеммно-болтового рельсового скрепления (типа КБ) с болтовым креплением подкладки к шпале;  
Ш2 – для нераздельного клеммно-болтового рельсового скрепления (типа БПУ) с болтовым прикреплением подкладки или рельса к шпале.  
Ш3 – так же применяются для нераздельного клеммно-болтового скрепления (типа ЖБР65) с болтовым прикреплением рельса к шпале.