Залізничні колії, які також називаються залізничними коліями, направляють поїзди вперед і несуть їх величезну вагу, передаючи навантаження вниз через шпали на баласт і земляне покриття. У міру того як залізниці розвиваються в напрямку вищих швидкостей і важких вантажів, вимоги до якості залізниць постійно зростають. У цій статті пояснюється, наскільки міцною є залізнична колія та які фактори впливають на її міцність.
Що робить залізничну колію міцною
Міцність залізничної колії не є властивістю лише сталевої рейки. Це результат спільної роботи всієї конструкції: рейка переносить колісні навантаження та розподіляє їх по шпалах; шпали розподіляють навантаження на баласт; баласт підтримує шпали, забезпечує стійкість і дренаж; а ущільнене земляне покриття утворює основу. Пропускна здатність колії обмежена найслабшим із цих шарів, тому при проектуванні колії глибині баласту та якості земляного полотна приділяється така ж увага, як і ділянці рейки.
Властивості сталі: міцність на розтяг, текучість і твердість
Рейки виготовляються з-високовуглецевої сталі, яка твердіша та міцніша за м’яку. Стандартні вуглецеві рейки мають мінімальну міцність на розрив у діапазоні приблизно від 780 до 930 МПа, що відповідає приблизно 113 000 до 135 000 фунтів на квадратний дюйм, з межею текучості приблизно від 510 до 670 МПа, приблизно від 74 000 до 97 000 фунтів на квадратний дюйм. Термічна обробка підвищує твердість бігової поверхні, як правило, до 340–400 HBW для рейок із загартованою головкою, що протистоїть контактному зносу при коченні, а серцевина рейки залишається міцною. Ці властивості дозволяють рейці протистояти вигину, деформації та втомі під час мільйонів проходів коліс.
Роль ваги рейок
Важчі рейки – міцніші рейки. Ділянка вагою 136 фунтів/ярд, приблизно 67,5 кг/м, є звичайною для північноамериканських магістралей і коридорів для важких -вантажів, тоді як ділянки 60 кг/м і 75 кг/м перевозять найінтенсивніший китайський і європейський трафік. Важча секція має більшу площу поперечного-перерізу, тому напруга вигину під певним навантаженням на вісь нижча, і рейка може витримувати вищі швидкості та навантаження на вісь. Сучасні важкі-вантажні вагони в Північній Америці можуть досягати ваги брутто близько 286 000 фунтів, і колія має бути спроектована таким чином, щоб перевозити такі вантажі без надмірних прогинів.
Баласт, шпали та земляне покриття
Баласт — це глибокий шар щебеню, який підтримує шпали, фіксує колію і забезпечує дренаж, щоб вода не послаблювала пласт. Шпали, виготовлені з бетону або дерева, розподіляють навантаження від рейки на баласт і утримують колію. Основа — це ущільнена земля під баластом; якщо земляне покриття погане, ніяка міцність рейок не зможе врятувати колію, тому що фундамент осідає і геометрія втрачається. Таким чином, міцність колії є властивістю системи.
Типи рейкових колій
Секції рейок згруповані за вагою та застосуванням. Китайська стандартна рейка включає кранові рейки від QU70 до QU120, важкі рейки від 38 кг/м до 60 кг/м і легкі рейки від 8 до 30 кг/м. Міжнародна доріжка використовує британську серію BS, німецьку серію DIN, американську серію AREMA та ASCE, наприклад 115RE та 136RE, японську серію JIS та серію UIC, наприклад UIC54 та UIC60. Кожен профіль має власні розміри, але всі прокатні з однієї групи високоміцної вуглецевої сталі.
| Категорія залізниці | Типові розділи | Діапазон ваги |
|---|---|---|
| Трамвай | від 8 до 30 кг/м | Шахти, майстерні, світлопроводи |
| Важка рейка | від 38 до 75 кг/м | Магістраль, -висока швидкість, метро |
| Кранова рейка | QU70 до QU120 | Кранові злітно-посадкові смуги |
| Північноамериканська залізниця | 115РЕ, 136РЕ | Магістральні вантажні перевезення, важкі перевезення |
FAQ
З: Наскільки міцна рейкова сталь?A: Стандартна вуглецева рейкова сталь має мінімальну межу міцності на розрив приблизно від 780 до 930 МПа та межу текучості приблизно від 510 до 670 МПа, при цьому сорти, загартовані -головкою, досягають вищої твердості.
П: Яка частина конструкції колії є найміцнішою?В: Сталева рейка є найміцнішим окремим компонентом, але загальна пропускна здатність колії залежить від усієї системи рейок, шпал, баласту та земляного полотна.
З: Чому на магістральних лініях використовуються більш важкі рейки?Відповідь: важча рейка має більшу площу перетину, тому напруга на вигин нижча, і колія може витримувати вищі швидкості та навантаження на вісь із меншим обслуговуванням.
З: Що означає 136 фунтів/ярд?Відповідь: це означає, що рейка важить 136 фунтів на ярд, приблизно 67,5 кг/м, і це стандартна секція AREMA для магістральних і важких-колій.
Питання: Чому земляне покриття обмежує міцність?Відповідь: Якщо земляне покриття осідає або погано ущільнюється, геометрія колії втрачається незалежно від міцності рейок, тому фундамент необхідно проектувати разом із верхньою будовою.
