Скрепление рельсов: промежуточные крепления на ЖД пути, виды и назначения соединения со шпалами

При проектировании железнодорожных объектов важно уделять достаточное внимание всем элементам полотна. Поэтому мы всесторонне рассмотрим стыковые и промежуточные скрепления рельсов со шпалами на ЖД-пути: выясним, что они собой представляют и какими могут быть, определимся с назначением, видами и типами, классификацией вообще. Также посмотрим на специфику монтажа при использовании различных опорных конструкций. Максимум полезной информации, чтобы вы могли понять, по каким принципам их выбирать и как использовать на практике.

Содержание

1. Скрепления рельсов – что это такое?
2. Зачем нужны рельсовые скрепления: их назначение, виды, описание
3. Фото стыкового крепления типа КД
4. Фото промежуточное крепление типа КБ
5. Классификации рельсовых скреплений
6. Рельсовые скрепления при деревянных шпалах
7. Наглядное изображение промежуточного крепления подкладкой КД
8. Рельсовые скрепления при железобетонных шпалах
9. Фото промежуточное скрепление ЖБР на шурупе
10. Фото промежуточное скрепление АРС 4

Чтобы вы в полной мере представляли их важность, отдельно отметим, что они играют серьезную роль в определении геометрических параметров, пространственной жесткости и общей надежности колеи. От них также зависит, как подвижные части движущегося транспорта будут взаимодействовать с полотном.

Общие сведения

Это ключевые элементы ВСП (верхнего строения пути) – приспособления, соединяющие металлоконструкции между собой и/или с основанием (то есть с деревянными/железобетонными шпалами).

Также востребованы при создании бесстыковой дороги, когда нужно, чтобы под воздействием внешних факторов смещались только концевые части плетей, а средние оставались неизменными даже при серьезных перепадах температуры. То, в каком количестве они будут использованы, напрямую повлияет на затраты при строительстве и эксплуатации. Важно помнить, что экономить на них небезопасно

Зачем нужны рельсовые скрепления: их назначение, виды, описание

Помимо соединения, эти элементы решают следующие задачи:

• снижают уровень вибраций, которые передаются на шпалы, балласт, земляную подушку;
• обеспечивают изоляцию на полотне с электротягой и автоблокировкой;
• поддерживают целостность колеи, помогая выдерживать максимально возможные нагрузки.

Ключевыми точками для их применения становятся: цепи в створах со светофорами (маневровые, входные, выходные, проходные), границы блок-участков, электрифицированные линии, дороги с диспетчерской централизацией. И это достаточно разнообразные части ВСП, поэтому особенности их классификации мы подробно рассмотрим ниже.

Они делятся на две главные группы:

• стыковые – используются для соединения звеньев двутавровых балок между собой;
• промежуточные – для фиксации металлоконструкций на опорных основаниях.

Фото стыкового крепления типа КД

Отдельно рассмотрим материалы исполнения и комплектацию данных элементов ВСП. Современные стыковые рельсовые скрепления состоят из набора болтов с шайбами и гайками, а также из накладок, но это в самом общем случае. Если же они изолирующие, то есть блокирующие электроток, тогда они либо обладают объемлющими накладками – несколькими прослойками и втулками из полиэтилена, фибры или текстолита, либо клееболтовые, когда стеклотканевая изоляция монолитно фиксируется на рельсе при помощи эпоксидного клея. Если токопроводящие, то являются штепсельными и выполняются из стальной проволоки. Привариваются к неиспользуемой грани головки металлоконструкции. Для обратной тяги их выполняют из медного троса.

Промежуточные элементы, в свою очередь, бывают:

• Нераздельные – двутавровый жд профиль фиксируется на опорном основании вместе с подкладкой.
• Раздельные – прокатное изделие сначала крепится на подкладке, которую после располагают на шпале (брусе) и закручивают место соединения шурупами или болтами.
• Смешанные – комбинированные. Технология монтажа такая же, как в предыдущем случае, только с дополнительным закреплением текстолитового или фибрового слоя при помощи костылей.

Каждый вариант находит свое применение в зависимости от предполагаемых нагрузок на линию.

Рис. 1.1. Промежуточные скрепления

а - нераздельные;

б - смешанное;

в - раздельное (клеммно - болтовое для железобетонных шпал):

1 - рельс; 2 - костыль; 3 - подкладка; 4 - деревянная шпала; 5 - железобетонная шпала; 6 - прокладка под подкладку; 7 - прокладка под подошву рельса; 8 - клеммный прижимной болт; 9 - клемма; 10 - изоляционная втулка; 11 - плоская шайба; 12 - шайба пружинная двухвитковая; 13 – закладной болт.

Фото крепления типа КБ

А вот смешанное или нераздельное соединение для защиты от «угона» необходимо дополнительно комплектовать противоугонами. Это пружинные скобы, которые защемляются на подошве двутавровой жд направляющей одним своим концом, а другим защелкиваются с противоположной стороны подошвы. Также могут быть оснащены прижимным клином, но обычно устанавливаются без него, так как тогда они максимально легкие и в них нечему ломаться (в наличии всего одна деталь). Такие устройства хорошо зарекомендовали себя на узко- и ширококолейных линиях, на одно- и двухпутных полотнах. Они просты в обслуживании и эксплуатируются длительное время, поэтому их установка экономически оправдана.

Естественно, промежуточные рельсовые скрепления применяются для установки крепления в определенном количестве (как любые другие), а не произвольно. На километр пути их понадобится от 40 до 90-100 штук, в зависимости от длины используемых металлоконструкций (стандартные Р-65 выпускаются по 25 и 12,5 м, но возможны варианты). Отдельно нужно подсчитать число закладных и клеммных болтов, гаек, шайб, накладок и резины, шурупов, костылей, уже упомянутых противоугонов, боковых упоров, скоб. Примерные данные есть в специальных таблицах – они станут удобным ориентиром для облегчения последующих вычислений.

Классификации рельсовых скреплений

Широко распространены следующие:

• Пандрол – анкерный узел, особенно актуальный на участках с высокоскоростным движением транспорта. Отличается простотой укладки, что позволяет сократить сроки на обустройство железной дороги, а также нетребовательностью к уходу, что минимизирует эксплуатационные затраты.
• W30 (VOSSLOH) – активно применяется для полотен, которые должны стабильно выдерживать тяжелый вес проезжающих локомотивов (вагонов, груженых тележек и так далее). В числе его практических преимуществ эластичность и высокая виброустойчивость, значительно продлевающие срок службы.
• Раздельное скрепление типа ЖБР – бесподкладочное и пружинное, его жесткость специально понижена. На практике востребовано при прокладке железобетонных шпал, так как обеспечивает сохранение широты колеи и не дает злоумышленникам снимать отдельные рельсы.
• АРС – помогает обеспечить безопасность движения и снизить эксплуатационные затраты на грузонапряженных отрезках бесстыкового полотна. После его монтажа уже нет необходимости подкручивать и смазывать болты и гайки, благодаря чему не приходится тратить смазку (экономия налицо).
• Крепление КБ, КД, Д.
• Это подкладочное соединение и оно в обязательном порядке комплектуется прослойкой из фибры, стеклоткани, полиэтилена, текстолита. 
• Бесподкладочные – преимущественно анкерные, ярким представителями в данном случае являются уже упомянутые Пандрол и АРС. В эту же категорию входят и ЖБР и их разновидности.

По исполнению клеммы все виды крепления рельсов к шпалам классифицируют на:

• Жесткие – фиксация максимально надежная, но она же со временем вызывает механическое истирание поверхностей деталей в месте контакта. Наиболее распространенные варианты здесь – КД и КБ.
• Упругие – в свою очередь, бывают пластинчатыми (ЖБР, ЖБ) и прутковыми (Пандрол-350, АРС, ЖБР-65). Тут свою роль играет исполнение прижимного элемента – плоское и продольное, соответственно, – от которого зависит равномерность распределения нагрузок. В первом случае поверхность контакта больше, в результате чего давление распределяется сразу во всех направлениях, Но стоимость их выше, что сказывается на общих затратах.

Все виды ЖД-скреплений рельс со шпалами также разделяются по типу монтажа – на следующие разновидности:

• Болтовые – появившиеся раньше остальных и являющиеся своего рода актуальной классикой. Доступные по стоимости и одновременно достаточно универсальные. К данной подкатегории относятся марки КБ, КД.
• Анкерные – отличаются высокой надежностью фиксации, поэтому активно применяются при укладке тяжеловесных полотен, которым необходимо выдерживать стабильное высокие нагрузки. Прижимаются к опорному основанию за счет сил трения, поэтому постепенно изнашиваются. Сюда входят Пандрол-350 и АРС-4.
• Шурупно-дюбельные (еще одно известное в народе название – глухари) – комбинированного типа. Представляют собой стержни с квадратной или шестигранной головкой и наружной резьбой, рисунок которой совместим с канавками в отверстии. Наиболее распространенные варианты – ЖБР-65Ш и К2.

В рамках консультации специалисты компании ПромПутьСнабжение подскажут, какие товары нужны именно для вашего объекта. Мы же перейдем к рассмотрению опорного основания, материал исполнения которого тоже играет важную роль.

Рельсовые скрепления при деревянных шпалах

Они делятся на:

• бесподкладочные – без металлических подкладок;
• подкладочные;
• нераздельные;
• раздельные;
• смешанные.

При нераздельных соединениях крепление осуществляется сразу с опорой через подкладку. 

Раздельные – рельсовый жд металлопрокат скреплен только с подкладкой, а подкладка независимо соединена с опорой.

При смешанных жд профиль через подкладку соединяется с опорой, и, кроме того, она самостоятельно прикрепляется к опоре.

В настоящее время в постоянной эксплуатации находятся в основном два типа соединений – костыльное Д (рис. 2.1) и раздельное - КД (рис. 2.2, а). Применяется также крепление Д4 (рис. 2.2, б).

Рис. 2.1. Костыльное скрепление Д

1 – рельс;   2 – костыль;   3 – подкладка;   4 - шпала

Подкладку к шпале принято пришивать двумя обшивочными костылями, а жд металлопрокат к шпале на прямых участках пути – костылями, расположенными диагонально. На кривых при необходимости направляющие к шпалам пришивают дополнительно костылями. Основными недостатками являются: смятие древесины под подкладкой и разработка костыльных отверстий, возможность напресовки снега и грязи под подошвой, что является причиной уширения колеи и схода подвижного состава.

В раздельном скреплении КД металлическая подкладка крепится к шпале четырьмя шурупами, а рельсовая балка прижимается к подкладке двумя жесткими П-образными клеммами и клеммными болтами. В отличие от Д обеспечивает постоянное прижатие к подкладке и позволяет производить регулировку по высоте до 14 мм. При этом обеспечивается стабильность ширины колеи и облегчается замена. Основной недостаток КД – его многодетальность и большая материалоемкость.

Тип Д4 отличаются многодетальностью и металлоемкостью. Они сильнее, чем костыли, зажимают рельсы и, таким образом, препятствуют угону. Могут использоваться при укладке бесстыкового пути. Между металлом и подкладкой укладываются прокладки разной толщины, что позволяет регулировать положение по высоте.

Рис. 2.2. Раздельное скрепление для деревянных шпал

а – типа КД; типа – Д4; 1 – двухвинтовая шайба; 2 – шуруп; 

3 – подкладка; 4 – клеммный болт; 5 – клемма; 6 – подрельсовая площадка; 7 – прокладка под подкладку.

Наиболее распространены нераздельные, которые могут быть 2 видов:

• Костыльные – популярны в РФ, Китае, Японии, США, Скандинавии при создании звеньевого полотна. Простые и поэтому надежные, легкие, а значит, не сильно нагружающие путь, упрощающие укладку и демонтаж решетки. Но обладают и недостатками, главный из которых – сравнительно неплотная фиксация, обусловленная тем, что со временем, под действием подвижных нагрузок, детали наддергиваются, что оборачивается повышением вибрации и ускорением изнашивания.

Частным случаем на постсоветских и российских железных дорогах является скрепление ДО (расшифровка которого: для деревянных шпал). Отличается наличием клинчатой ребордчатой подкладки и сразу двумя моделями монтажных элементов. Удерживает металлоконструкцию не только от бокового сдвига, но и от опрокидывания, но обладает тем же минусом, что у всех крепежей подобного типа прочность со временем ухудшается.

• Шурупные – актуальны в Западной Европе (в частности, во Франции, Голландии, Великобритании, Румынии, Венгрии). Тоже не без недостатков: обладают малой стойкостью к незапланированному снятию и позволяют подкладке вибрировать. Но надежность скрепления на ЖД-пути все перекрывает: для соединения рельсов со шпалами применяются потому, что их сопротивляемость выдергиванию в полтора-два раза лучше, чем у костыльных. Добавьте сюда и удобный показатель отжатия – на 40-50% меньше.

Кратко о размерах: диаметр наиболее распространенных шурупов – 22 и 24 мм, при длине 150 и 170 мм соответственно.

Внимание, оба варианта являются жесткими: в процессе их эксплуатации контакт между деталями постепенно нарушается, что приводит к убыстрению износа между элементами ВСП. Чтобы предотвратить преждевременный выход полотна из строя, нужно обеспечить упругую связь, которую неуклонно совершенствуют конструкторы разных стран.

Наглядное изображение промежуточного крепления подкладкой КД

Рельсовые скрепления при железобетонных шпалах

Для железобетонных шпал крепления могут быть:

• подкладочными и бесподкладочными;
• жесткими и упругими;
• раздельными и нераздельными.

Актуальны следующие их разновидности:

• КБ-65 – наиболее распространено (88,8% от общего количества), подкупает своим сроком службы в 50 лет. Здесь металлоконструкция прижимается парой жестких клемм и фиксируется закладными болтами. В наличии 2 подкладки – плоская металлическая, на специальной площадке, и упругая резиновая, контактирующая с бетоном.
• ЖБР-65П – с пружинными прутковыми держателями и стальной прослойкой, надежно стабилизирующей ширину полотна. Для электроизоляции используется пластмассовый пустотообразователь.
• ЖБР-65Ш – с шурупами, ввинчиваемыми в дюбели и играющими роль прижимателей. Главный плюс – отсутствие лишних деталей, которые приходилось бы периодически докручивать, а, значит, снижение эксплуатационных расходов.
• АРС – анкерное соединение, востребованное на магистральных линиях, при высоких скоростях движения транспорта. Отличается надежностью, малой материалоемкостью, простотой сборки, но плохо себя показывает на кривых участках.
• Также в числе применяемых вариантов КД-65, Pandrol (английское) и VOSSLOH (немецкое).

Наиболее распространенным промежуточным скреплением для железобетонных шпал является раздельное крепление КБ с жесткими клеммами. Типовая клеммно-болтовая фиксация работает в главном пути более 50 лет. В таком соединении рельс прижимается к подкладке двумя жесткими клеммами, а подкладка крепится к шпале двумя закладными болтами. Основными недостатками этого типа является его многодетальность (21 деталь), материалоемкость (41,6 т металла и 2,1 т полимеров на 1 км пути) и большое количество болтов (16 тыс. болтов на 1 км). Степень натяжения болтов быстро ослабевает, что требует регулярной и частой проверки, смазки и подтяжки.

Бесподкладочные упругие нераздельные скрепления ЖБР с прутковой клеммой обладают большей, чем у КБ, стабильностью натяжения болтов. недостаток у этого – высокая трудоемкость при сборке и недостаточная стабильность ширины колеи в кривых. Разновидностями таких креплений являются соединения ЖБР-65П и ЖБР-65Ш.

В модернизированном подкладочном виде ЖБР-65П вместо плоских клемм применены пружинные прутковые и металлическая подкладка. Бесподкладочное шурупно-дюбельное соединение ЖБР-65Ш имеет два шурупа, которые ввинчиваются в дюбели, заделанные в шпалу, и прижимают клеммы к подошве рельса.                            

Фото промежуточное скрепление ЖБР на шурупе

Схема ЖБР на шурупе

Основным недостатком ЖБР и АРС является недостаточная обеспеченность стабильной ширины колеи в кривых участках пути, особенно в крутых кривых. Причиной этого является плохое качество полимерных элементов.

Рис. 4.4. Нераздельное упругое анкерное крепление АРС-4

1 – упругая клемма; 2, 3 – монорегулятор-фиксатор; 4 – подклеммник; 5 – анкер; 6 – изолирующий уголок; 7 – резиновая прокладка.

Фото промежуточного ЖД-скрепления АРС 4

Мы подробно рассмотрели содержание и назначение промежуточных рельсовых скреплений, их основные виды, типы и особенности, фото тоже помогут вам определиться. А чтобы выбор был еще проще, обращайтесь за консультацией в «ПромПутьСнабжение».