История железнодорожного пути

Текущее состояние технологии постоянного пути см. в разделе «Железнодорожные пути» . Чтобы узнать о других значениях, см. Постоянный путь (значения) .

Участок лесной дороги от золотого рудника XVI века в Трансильвании . Вагоны ориентировались за счет ярко выраженного фланца на деревянных колесах и узкой колеи 480 мм ( 18 + 7 ⁄ 8 дюйма ) позволяли изменять точки путем поворота единственной направляющей переключателя.

Современная иллюстрация управляемого грузовика, использовавшегося в шахтах XVI века в Германии.

Реконструкция ровного деревянного пути для перевозки серебряной руды; наведение осуществлялось с помощью вертикального штифта, проходящего между бревнами.

Железнодорожный путь или постоянный путь — это элементы железнодорожных линий: обычно пары рельсов , обычно уложенные на шпалы или шпалы, залитые балластом, предназначенные для перевозки обычных железнодорожных поездов. Его описывают как постоянный путь, потому что на заре строительства железных дорог подрядчики часто прокладывали временные пути для перевозки грунта и материалов по площадке; когда эта работа была в основном завершена, временный путь был проложен и проложен постоянный путь.

Самые ранние пути представляли собой деревянные рельсы на поперечных деревянных шпалах, что помогало сохранять расстояние между рельсами. Последовали различные разработки: чугунные поверх деревянных рельсов укладывались пластины, а затем пластины из кованого железа или угловые пластины из кованого железа ( угловое железо в виде L-образных пластинчатых рельсов). Рельсы также были индивидуально прикреплены к рядам каменных блоков без каких-либо поперечных связей для обеспечения правильного разделения. Эта система также приводила к проблемам, поскольку блоки могли перемещаться по отдельности. В первой версии Isambard Kingdom Brunel шириной 7 футов ( 2134 мм ) системы широкой колеи использовались рельсы, уложенные на продольные шпалы, ширина колеи и высота которых были зафиксированы путем привязки к сваям (концептуально похоже на свайный мост ), но эта схема была Дорого, и Брюнель вскоре заменил его тем, что стало классическим железнодорожным путем с широкой колеей, в котором отсутствовали сваи, а транецы, похожие на шпалы, поддерживали ширину колеи. Сегодня на большинстве железнодорожных путей используется стандартная система рельсов и шпал; лестничная направляющая используется в нескольких приложениях.

Развитие технологий производства привело к изменениям в конструкции, изготовлении и монтаже рельсов, шпал и средств крепления. Чугунные рельсы длиной 4 фута (1,2 м) начали использоваться в 1790-х годах, а к 1820 году стали использоваться рельсы из кованого железа длиной 15 футов (4,6 м). Первые стальные рельсы были изготовлены в 1857 году, а стандартная длина рельсов со временем увеличилась с 30 до 60 футов (9,1–18,3 м). Рельсы обычно определялись в единицах веса на линейную длину, и их количество также увеличивалось. Железнодорожные шпалы традиционно изготавливались из креозотом обработанных лиственных пород, , и это продолжается до наших дней. Бесстыковые рельсы были представлены в Великобритании в середине 1960-х годов, после чего последовало появление бетонных шпал.

Деревянные гусеничные системы

Дощатые пути

Фрагмент картины Лукаса Гасселя 1544 года «Куппермайн» с изображением железной дороги.

Самое раннее использование железнодорожных путей, по-видимому, было связано с добычей полезных ископаемых в Германии в 12 веке. Шахтные ходы обычно были влажными и грязными, и перемещение по ним курганов с рудой было крайне затруднено. Были внесены улучшения за счет укладки деревянных досок, чтобы колесные контейнеры можно было перетаскивать с помощью рабочей силы. К 16 веку проблема с поддержанием прямолинейного движения повозки была решена за счет того, что в зазор между досками вставлялся штифт. Георг Агрикола описывает тележки коробчатой ​​формы, называемые «собаками», размером примерно в половину тачки, оснащенные тупым вертикальным штифтом и деревянными роликами, движущимися на железных осях. Пример елизаветинской эпохи был обнаружен в Сильвергилле в Камбрии , Англия. и они, вероятно, также использовались в близлежащих Королевских шахтах Грасмера, Ньюлендса и Колдбека. Там, где позволяло место, были установлены деревянные рельсы круглого сечения для перевозки грузовиков с ребордными колесами: на картине 1544 года фламандского художника Лукаса Гасселя изображен медный рудник с рельсами такого типа, выходящими из штольни .

Рельсы обрезные

Основная статья: вагонный путь

Иная система была разработана в Англии, вероятно, в конце 16 века, недалеко от Брозли , для транспортировки угля из шахт, иногда штрековых шахт, вниз по склону ущелья Северн к реке Северн . Этот, вероятно, наклонный самолет на канатной дороге существовал «задолго до» 1605 года. Вероятно, это предшествовало поезду Wollaton Wagonway 1604 года, который до сих пор считался первым.

В Шропшире колея обычно была узкой, чтобы можно было уводить вагоны под землю в штреках. Однако наибольшее количество повозок находилось возле Ньюкасл-апон-Тайн , где одиночный повозку тащила лошадь по повозке шириной примерно современной стандартной колеи. Они доставляли уголь из карьера в станцию , где уголь загружался в речные лодки, называемые килями.

Проблемой был износ деревянных рельсов. Их можно было обновить, перевернув, но их приходилось регулярно заменять. Иногда рельс делали из двух частей, чтобы верхнюю часть можно было легко заменить при износе. Рельсы скреплялись деревянными шпалами, покрытыми балластом, чтобы обеспечить поверхность, по которой могла ходить лошадь.

Ранние железные рельсы

Чугунные полосы можно было укладывать поверх деревянных рельс, и использование таких материалов, вероятно, произошло в 1738 году, но есть утверждения, что эта технология восходит к 1716 году. В 1767 году металлургический завод Кетли начал производить чугунные пластины, которые крепились гвоздями к верху деревянных рельсов, чтобы обеспечить более прочную рабочую поверхность. Эта конструкция была известна как ленточный рельс (или ленточный рельс) и широко использовалась на предпаровых железных дорогах в США. Хотя они были относительно дешевы и быстро строились, они были не приспособлены к тяжелым нагрузкам и требовали «чрезмерного обслуживания». Колеса поезда, перекатываясь по шипам, ослабили их, позволив рельсу вырваться и изогнуться вверх настолько, что колесо автомобиля могло пройти под ним и протолкнуть конец рельса сквозь пол вагона, извиваясь и скручиваясь, подвергая опасности пассажиров. Эти сломанные рельсы стали известны как «змеиные головы».

Когда кованое железо стало доступным, кованые пластины стали еще более прочной поверхностью. Рельсы имели выступающие проушины (или уши) с отверстием для крепления к лежащему под ними деревянному рельсу.

Железные пластины

Секция Г-образных пластинчатых рельсов

Длинный поручень с рыбьим брюхом, поддерживаемый несколькими стульями.

Альтернативу разработал Джон Карр из Шеффилда, управляющий шахтой герцога Норфолка . У него была Г-образная направляющая, так что фланец находился на направляющей, а не на колесе. Его также использовали Бенджамин Аутрам из Butterley Ironworks и Уильям Джессоп (который стал их партнером в 1790 году). Они использовались для перевозки грузов на относительно короткие расстояния вплоть до каналов, хотя Карр курсировал между шахтой поместья и городом Шеффилд . Эти рельсы называются плитами, а железную дорогу иногда называют платформой. Термин «пластинчатый слой» также происходит от этого происхождения. Теоретически безбортовые колеса можно было использовать на обычных шоссе, но на практике это, вероятно, делалось редко, поскольку колеса фургона были настолько узкими, что врезались бы в дорожное покрытие.

Система нашла широкое распространение в Великобритании. Часто плиты устанавливались на каменные блоки, а иногда и без шпал, но это приводило к раздвижению рельсов и увеличению колеи. Железные дороги такого типа широко использовались в Южном Уэльсе, особенно для транспортировки известняка на металлургический завод, а затем для доставки железа в канал, иногда на расстоянии в несколько миль, по которому продукция доставлялась на рынок. Рельсы сначала были чугунными, обычно длиной 3 фута (0,91 м) и проходили между каменными блоками.

Предполагалось, что каменные блоки будут постоянными, но опыт быстро показал, что они оседали и постепенно перемещались под движением транспорта, создавая хаотичную геометрию путей и вызывая сходы с рельсов. Другая проблема заключалась в том, что беговая поверхность могла загораживаться камнями, вытесненными из балласта. Альтернативой было использование железной распорки для поддержания рельсов нужной ширины, включая башмак, в котором рельс был закреплен.

Примером этого был Пенидаррена или Мертира трамвай . Его использовал Ричард Тревитик для демонстрации первого локомотива в 1804 году, используя одну из своих паровых машин высокого давления , но двигатель был настолько тяжелым, что сломал многие рельсы.

Ранние краевые рельсы

Чугунные краевые поручни использовались Томасом Дадфордом-младшим при строительстве линий Бофорта и Бленавона до канала Монмутшир в 1793 году. Они были прямоугольными, шириной 2,5 дюйма (64 мм ), глубиной 3 дюйма (76 мм) и 4 фута. (1,2 м) в длину и необходимые фланцы на колесах вагона. В том же году Бенджамин Аутрам использовал краевые рельсы на Кромфордском канале . Т-образные балки использовались Уильямом Джессопом на линии Лафборо — Нанпантан в 1794 году, а его сыновья использовали I-образные балки в 1813–1815 годах на железной дороге от Грэнтэма до замка Бельвуар . Образцы этих рельсов хранятся в Музее науки в Лондоне .

Недолговечной альтернативой был профиль с рыбьим брюхом , впервые использованный Томасом Барнсом (1765–1801) на шахте Уокер, недалеко от Ньюкасла , в 1798 году, что позволило рельсам иметь больший пролет между блоками. Это были перила Т-образного сечения длиной три фута, уложенные на поперечные каменные шпалы. Они по-прежнему были чугунными .

Стыковые и нахлесточные соединения

Самые ранние рельсы имели квадратные стыки, которые были слабыми, и их трудно было удерживать ровно. Джордж Стефенсон представил соединения внахлест, которые довольно хорошо сохраняли соосность.

Современные перила

Прорыв произошел, когда Джон Биркиншоу из Бедлингтонского металлургического завода в Нортумберленде в 1820 году разработал катаные рельсы из кованого железа длиной 15 футов (4,6 м), которые использовались на Стоктонской и Дарлингтонской железной дороге . Он был достаточно прочным, чтобы выдержать вес локомотива и тянущегося за ним поезда (или вагонов). Это знаменует начало современной железнодорожной эры. Эта система сразу же принесла успех, хотя имели место некоторые фальстарты. Некоторые ранние рельсы имели Т-образное поперечное сечение, но отсутствие металла у основания ограничивало прочность рельса на изгиб, который должен действовать как балка между опорами.

По мере совершенствования технологий обработки металлов эти рельсы из кованого железа постепенно становились несколько длиннее и имели более тяжелое и, следовательно, более прочное поперечное сечение. За счет увеличения количества металла в основании рельса была создана более прочная балка, обеспечивающая гораздо большую прочность и жесткость, а также была создана секция, похожая на секцию рельса с бычьей головкой, которая все еще видна сегодня. Однако это было дорого, и сторонникам первых железных дорог было трудно принять решение о подходящем весе (а, следовательно, прочности и стоимости) своих рельсов.

Сначала участок рельса был почти симметричен сверху вниз и описывался как двуглавый рельс. Намерение состояло в том, чтобы перевернуть рельс после того, как верхняя поверхность изношена, но рельсы имеют тенденцию к образованию налета на стуле, истиранию рельса там, где он поддерживается на стульях, и это сделало бы движение по прежней нижней поверхности невероятно шумным и нерегулярный. Лучше было разместить дополнительный металл на верхней поверхности и добиться там дополнительного износа без необходимости переворачивать рельс по истечении срока его полураспада.

Многие железные дороги предпочитали рельсовые секции с плоским дном, при которых рельсы можно было укладывать непосредственно на шпалы, что обеспечивало заметную экономию средств. Проблемой было отступы шпалы; там, где движение было интенсивным, возникла необходимость установить под рельсами опорную пластину для распределения нагрузки на шпалу, что частично сводило на нет экономию средств. Однако в основных ситуациях эта форма нашла почти повсеместное распространение в Северной Америке и Австралии, а также в большей части континентальной Европы. В Соединенном Королевстве продолжали использоваться рельсы с бычьим наконечником на магистральных линиях, а широкое внедрение рельсов с плоским дном началось только примерно с 1947 года.

Стальные рельсы

Первые рельсы, изготовленные из стали, были изготовлены в 1857 году , когда Роберт Форестер Мушет переплавлял стальной лом от неудавшегося бессемеровского испытания в тиглях металлургического завода Эббв-Вейл и был проложен экспериментально на железнодорожной станции Дерби на Мидлендской железной дороге в Англии . Рельсы оказались гораздо более прочными, чем железные рельсы, которые они заменили, и использовались до 1873 года. Генри Бессемер поставил 500 тонн стальных блюмов на Лондонской и Северо-Западной железной дороги железнодорожный завод в Крю в 1860 году. В последующие годы несколько других компаний начали производить стальные рельсы. Переход на стальные рельсы ускорился благодаря внедрению мартеновского производства стали . Уильям Сименс основал свой сталелитейный завод в Ландоре частично для поставок рельсов на Великую Западную железную дорогу . Последовал бум производства железных дорог, но банковский кризис в Америке замедлил темпы строительства железных дорог и заказов британским производителям железных дорог. Британская металлургическая промышленность вступила в рецессию, которая особенно затронула сектор кованого железа. Когда спрос на рельсы снова начал расти, в основном это были стальные рельсы, которые были более прочными, чем железные.

Связанные функции

Колышек NZR на полкилометра, гусеница 70 фунтов/ярд и накладка на гусеницу. Века Пасс Железная дорога

Шпалы

Основная статья: Железнодорожные шпалы

Деревянные шпалы, то есть поперечные балки, поддерживающие два рельса, образующие путь, заменили ранее использовавшиеся отдельные каменные блоки. Основное преимущество этой системы заключается в том, что корректировки геометрии гусеницы при техническом обслуживании не нарушают важнейшую ширину колеи. Выравнивание гусеницы можно было регулировать путем смещения шпал в корпусе без потери колеи. Хвойная древесина широко использовалась, но ее срок службы был ограничен, если она не была обработана консервантом, и на некоторых железных дорогах для этой цели были созданы установки по креозотированию. Древесина лиственных пород, обработанная креозотом, в настоящее время широко используется в Северной Америке и других странах.

К тому времени уже использовались относительно длинные (около 20 футов или 6,1 м) рельсы из кованого железа, поддерживаемые стульями на деревянных поперечных шпалах - форма пути, узнаваемая сегодня на старых путях.

Стальные шпалы рассматривались как альтернатива древесине; Акворт В письме 1889 года описывается производство стальных шпал на Лондонской и Северо-Западной железной дороге, и есть иллюстрация, показывающая прокатанный швеллер (неглубокая перевернутая U-образная форма) без фасонных концов и с коваными стульями, состоящими из трех частей, приклепанными напрямую. Однако стальные шпалы, судя по всему, не получили широкого распространения примерно до 1995 года. В настоящее время их преимущественно используют для продления срока службы существующих путей на второстепенных маршрутах. Они имеют значительное преимущество на слабых пластах и ​​плохих условиях балласта, так как опорная площадка находится на высоком уровне, сразу под посадочным местом рельса.

Рельсовые скрепления

Основная статья: Системы рельсового крепления

В первых чугунных рельсах XVIII века и ранее использовались встроенные крепления для прибивания гвоздями или болтами к железнодорожным шпалам. Ремни, представленные в конце 18 века, из литого, а затем и катаного железа, были прибиты к деревянным опорам через потайные отверстия в металле. Внедрение в 1820-х годах профилей катаных рельсов, таких как Т-образный параллельный рельс с одинарным фланцем , а затем Т-образный параллельный рельс с двойным фланцем, потребовало использования стульев, ключей для удержания рельса, а также болтов или шипов для фиксации стула. Рельс с плоским дном, изобретенный Робертом Л. Стивенсом в 1830 году, первоначально крепился непосредственно к деревянным шпалам, позже использовались соединительные пластины для распределения нагрузки, а также для поддержания колеи рельса со встроенными в пластину плечами. За пределами Северной Америки позже было представлено большое разнообразие систем крепления на пружинной основе в сочетании с опорными плитами и рельсами с плоским дном, которые теперь повсеместно используются на магистральных высокоскоростных железных дорогах.

Балласт

Основная статья: Гусеничный балласт

Первоначально путь прокладывался прямо на земле, но это быстро оказалось неудовлетворительным, и для обеспечения хорошего дренажа, распределения нагрузки и удержания пути на месте потребовалась некоторая форма балласта. Естественный грунт редко бывает достаточно прочным, чтобы выдержать нагрузку от локомотивов без чрезмерной осадки, особенно во влажных условиях; Слой балласта под шпалами снижает опорное давление на грунт, удерживает их на месте и препятствует смещению, а также обеспечивает хороший дренаж постоянного пути.

Раньше балласт обычно представлял собой местный минеральный продукт, такой как гравий или отходы добычи угля и железа. На железной дороге Великого Севера Шотландии использовался округлый речной гравий , который не сковывает движение так сильно, как камень с острыми краями. В последующие годы стали использовать шлак , побочный продукт производства стали, и золу паровозов. Современная практика заключается в использовании камня с острыми краями, измельченного в узком диапазоне размеров.

Датчики

Ранние колеи

Основная статья: Железнодорожная колея

Первые железные дороги были почти исключительно местными предприятиями, занимавшимися транспортировкой полезных ископаемых по каким-либо водным путям; для них ширина колеи была принята в соответствии с предназначенными для использования вагонами и обычно находилась в диапазоне от 4 футов (1200 мм) до 4 ft 8+1⁄2 in (1,435 mm), and at first there was no idea of the need for any conformity with the gauge of other lines. When the first public railways developed, George Stephenson's skilful innovation meant that his railways were dominant and the Поэтому используемая им колея 4 фута 8 + 1 ⁄ 2 дюйма ( 1435 мм ) была наиболее распространенной. По мере развития ранних идей объединения различных железнодорожных систем эта колея получила всеобщее признание. Это более или менее историческая случайность, что этот калибр, который подходил для вагонов, уже использовавшихся на шахте, где Джордж Стефенсон работал машинистом, стал стандартным британским калибром: он экспортировался в большую часть Европы и Северной Америки.

Иногда упоминается «размер» колеи в каменных дорогах в древних местах, таких как Помпеи , и часто утверждается, что он примерно такой же, как размер Стефенсона. Конечно, колеи были оставлены колесами повозок, а повозки были разумного размера для гужевых повозок до индустриальной эпохи, почти такого же размера, как размеры преджелезнодорожных повозок на шахте, где работал Стивенсон. : это единственная связь.

Широкая колея

Основная статья: Балк-роуд

Когда Исамбард Кингдом Брюнель задумал Великую Западную железную дорогу (GWR), он искал улучшенную конструкцию своего железнодорожного пути и не принял ни одну из предыдущих мудростей без проблем. 4 ft 8+1⁄2 in (1.435 m) gauge had been fine for small mineral trucks on a horse-drawn tramway, but he wanted something more stable for his high speed railway. The large diameter wheels used in stage coaches gave better ride quality over rough ground, and Brunel originally intended to have his passenger carriages carried in the same way—on large diameter wheels placed outside the bodies of the carriages. To achieve this he needed a wider track gauge and he settled on the famous 7 feet (2.1 m) broad gauge. (It was later eased to 7 футов 0 + 1 ⁄ дюйма или 2,140 м). Когда пришло время строить пассажирские вагоны, они все-таки проектировались традиционно с меньшими колесами под кузовами, но при семифутовой колеи кузова могли быть гораздо шире, чем при стандартной колеи. От своего первоначального намерения разместить колеса за пределами ширины кузова отказались.

Брюнель также рассмотрел новые формы путей и решил использовать рельсы с постоянной опорой. Используя продольные брусья под каждым рельсом, он добился более гладкого профиля, не требуя при этом такой прочной секции рельса, и он использовал неглубокий мостовой рельс для этой цели . Более широкая плоская ножка также означала, что можно было обойтись без стула, необходимого для бычьей секции. Продольные брусья необходимо было держать на правильном расстоянии, чтобы правильно сохранять толщину, и Брюнель добился этого, используя деревянные транцы — поперечные прокладки — и железные стяжки. Весь комплекс назывался насыпной дорогой — железнодорожники обычно называют свой путь дорогой. Первоначально Брюнель привязал гусеницу к деревянным сваям, чтобы предотвратить боковое смещение и отскок, но он упустил из виду тот факт, что подготовленная земля, на которой его гусеница опиралась между сваями, осядет. Сваи оставались устойчивыми, а земля между ними осела, так что вскоре его след приобрел неприятную волну, и ему пришлось разрезать сваи, чтобы след мог устояться более или менее равномерно. Вариант насыпной дороги до сих пор можно увидеть на многих старых подмостах, где не было балласта. Конструкция значительно различается, но во многих случаях продольные балки поддерживаются непосредственно на поперечных балках с помощью фрамуг и анкеров для сохранения ширины, но, конечно же, с современными рельсами и опорными плитами или стульями. Продольные шпалы чем-то похожи на современные. Лестничная дорожка .

Группа железных дорог, инженером которых был Брюнель, добилась успеха, и пути с широкой колеей распространились по западу Англии, Южному Уэльсу и Уэст-Мидлендсу . Но по мере расширения британской железнодорожной сети несовместимость двух систем стала серьезной помехой, поскольку повозку нельзя было отправить из одной системы в другую без перевалки товаров вручную. для калибровочная комиссия Была назначена определения национальной политики. Широкая колея была технически лучше, но преобразование маршрутов со стандартной колеей в широкую означало бы реконструкцию каждого туннеля, моста и станционной платформы, тогда как повсеместное внедрение стандартной колеи потребовало бы только постепенного преобразования самой дороги. Широкая колея была обречена, и дальнейшее строительство независимых линий широкой колеи было невозможно.

Существующие ширококолейные маршруты можно было бы продолжать использовать, но, поскольку они не имели потенциала для развития, преобразование их в стандартные было лишь вопросом времени. Тем временем был проложен большой участок путей смешанной колеи , где на каждой линии было по три рельса для приема поездов любой колеи. Были случаи движения поездов смешанной колеи , когда вагоны каждой колеи курсировали в одном поезде. Наследие широкой колеи все еще можно увидеть там, где между платформами станций кажется слишком большое пространство.

Двадцатый век и далее

1900-1945 гг.

В начале двадцатого века форма британских путей сводилась к использованию рельсов из кованого железа , опирающихся на чугунные стулья на деревянных шпалах, уложенных в той или иной форме балласта. В Северной Америке стандартом были Т-образные рельсы и соединительные пластины, прикрепленные к деревянным шпалам с помощью обрезанных шипов. На многих железных дорогах использовались очень легкие рельсы, и по мере увеличения веса и скорости локомотивов их стало недостаточно. Следовательно, на основных линиях используемые рельсы становились все тяжелее (и прочнее). Металлургические процессы улучшились, и стали использоваться более качественные рельсы, в том числе стальные. С точки зрения технического обслуживания, источником большей части работы были стыки рельсов, а по мере совершенствования технологий производства стали стало возможным катать стальные рельсы увеличенной длины, что уменьшало количество стыков на милю. Стандартная длина стала 30 футов (9 144 мм), затем рельсы 45 футов (13 720 мм) и, наконец, 60 футов (18 290 мм). Для использования на основной линии стандартной секцией рельса стала секция 95BH весом 95 фунтов / ярд (47 кг / м). Для второстепенных маршрутов использовалась более легкая секция 85BH, 85 фунтов/ярд (42 кг/м).

Рельсы с плоским дном по-прежнему считались нежелательными для использования на британских магистральных железных дорогах, несмотря на их успешное использование в Северной Америке, хотя некоторые британские железные дороги, эксплуатируемые мало, использовали их, как правило, с шипами прямо на шпалы. При интенсивном использовании они сильно вдавливают шпалы, и уже на раннем этапе появились дополнительные затраты на опорную плиту, чтобы исключить секцию с плоским дном.

Деревянные шпалы были дорогими и недолговечными, а у инженеров железных дорог были сильные и противоречивые взгляды на лучшие породы древесины и лучшие консервирующие средства. Железные дороги перешли к стандартизации шпал из хвойных пород, консервированных путем впрыскивания креозота под давлением , размером 8 футов 6 дюймов (2,59 м) в длину и 10 дюймов (250 мм) на 5 дюймов (130 мм). На маршрутах первого класса стулья крепились к шпалам с помощью гвоздей (стальных шипов, вбитых в деревянную втулку) или трех кресельных винтов. Только GWR среди магистральных железных дорог придерживался своего собственного стандарта: рельс 00 имел скорость 97,5 фунта / ярд (48,4 кг / м) и имел два зубчатых болта, крепящих каждое кресло к шпале, с головкой болта под шпалой и гайка над стулом — надежнее, но ее гораздо труднее отрегулировать.

Некоторые эксперименты проводились до 1945 года с железобетонными шпалами, в большинстве случаев с установленными на них стульями-бычками. Это было ответом на очень высокую цену на лучшую (наиболее прочную) древесину, но железобетонные шпалы никогда не пользовались успехом при использовании на магистральных линиях. Бетонные горшки также использовались в подъездных путях; их иногда называют двухблочными шпалами, и они состояли из двух бетонных блоков, каждый из которых закреплен на стуле, и углового железа, соединяющего их и удерживающего калибр.

Послевоенные события

В конце Второй мировой войны в 1945 году британские железные дороги были изношены и были отремонтированы после военных повреждений без наличия большого количества новых материалов. Страна также находилась в слабом экономическом положении, и в течение почти десяти лет после войны материалы, особенно сталь и древесина , испытывали острую нехватку. Доступность рабочей силы также была серьезно ограничена.

Железнодорожные компании пришли к убеждению, что традиционная форма рельсов с утолщением нуждается в пересмотре, и после некоторых экспериментов был принят новый формат рельсов с плоским дном. Секции британского стандарта оказались непригодными, и новым стандартом стал новый профиль - рельс 109 фунтов / ярд (54 кг / м). При длине 60 футов (18 м), уложенной на стальные опорные плиты на шпалы из хвойной древесины , он должен был стать универсальным стандартом. Крепления должны были быть из упругой стали, а для второстепенных маршрутов были приняты рельсы с сопротивлением 98 фунтов/ярд. Региональные различия все еще сохранялись, и предпочтение отдавалось шпалам из твердой древесины и зажимам Mills в Восточном регионе , например, .

Новые конструкции оказались успешными, но они создали множество проблем, особенно потому, что наличие опытного персонала по техническому обслуживанию путей стало острой проблемой, а плохо обслуживаемый путь с плоским дном, казалось, труднее поддерживать в хорошем состоянии, чем плохо обслуживаемый гусеничный гусеничный механизм. Большая жесткость плоского дна была преимуществом, но на поворотах оно имело тенденцию распрямляться между стыками; жесткость плоского дна приводила к высоким вертикальным ударным нагрузкам в плохо обслуживаемых соединениях, что приводило к большому количеству усталостных переломов в соединениях. Более того, эластичные рельсовые скрепления имели небольшое сопротивление ползучести рельсов - склонность рельсов постепенно перемещаться в направлении движения, а нагрузка по оттягиванию рельсов назад для регулирования стыков была на удивление высокой.

Длинные сварные рельсы

Большая часть работы по содержанию пути приходилась на стыки, особенно когда жесткие рельсы прогибались, а стыковые шпалы подвергались ударам. Довоенные эксперименты с длинными сварными рельсами были продолжены, и с 1960 года длинные рельсы были установлены сначала на деревянные шпалы, а вскоре и на бетонные шпалы. Великобритании Например, первый длинный сварной рельс (почти 1 миля или 1,6 км) на главной линии восточного побережья был проложен в 1957 году, к югу от Карлтона-он-Трент , и опирался на резиновые прокладки для предотвращения ползучести рельса. На этом новаторском этапе были допущены некоторые катастрофические ошибки в рабочем проектировании, но примерно с 1968 года бесстыковые рельсы стали надежным стандартом для универсальной установки на главных и второстепенных маршрутах. В принятой форме использовались предварительно напряженные бетонные шпалы и рельсовая секция 110А — небольшое улучшение по сравнению с ранее использовавшимися рельсами 109 — буква А должна была отличать ее от железнодорожной секции британского стандарта 110 фунтов/ярд (55 кг/м), которая была непригодный. Рельсовые крепления в конечном итоге превратились в запатентованный пружинный зажим, произведенный компанией Pandrol , который был эксклюзивной формой крепления в Великобритании в течение примерно 30 лет.

Сварной путь должен был быть проложен на щебневом балласте толщиной от 6 до 12 дюймов (от 15 до 30 см), хотя это не всегда достигалось, а несущая способность пласта не всегда принималась во внимание, что приводило к некоторым впечатляющим разрушениям пласта. .

В результате дальнейшего усовершенствования профиля рельса появилась секция 113А, которая была универсальным стандартом примерно до 1998 года; Детальные улучшения профиля шпал и балласта завершили картину, и общая форма пути стабилизировалась. Этот формат в настоящее время используется на более чем 99% магистральных линий первого класса в Великобритании, хотя секция рельсов CEN60 (60 кг/м) была введена в Великобритании в 1990-х годах. Он имеет более широкое основание рельса и выше, чем секция 113А, поэтому несовместим со стандартными шпалами.

Поезда для обновления путей теперь заменили трудоемкие постоянные бригады. Длинный сварной рельс было сложно установить вручную. Первая демонстрация механизированной укладки пути с использованием двух длинных сварных рельсов длиной 600 футов (180 м) состоялась на ветке «Боевые петухи» в 1958 году. Два отрезка были загружены в десять вагонов, прикрепленных к существующим путям стальным тросом и оттягивается назад со скоростью 30 футов/мин (9,1 м/мин). Когда поезд двинулся назад, старые рельсы выдвинулись, а новые упали на стулья. Подъемник на заднем вагоне поставил последнюю часть рельса на место.

Ширина колеи

Основная статья: Железнодорожная колея

Как уже говорилось, общая ширина колеи в Великобритании была фута 8 + 1 ⁄ дюйма 4 ( 1435 мм ). В конце 1950-х годов общие стандарты содержания путей быстро ухудшились из-за нехватки рабочей силы и, на некоторых маршрутах, более высокой скорости грузовых поездов. Грузовые поезда почти полностью состояли из четырехколесных вагонов с короткой колесной базой (10 футов или 3,0 м), оснащенных очень жесткой эллиптической рессорной подвеской, и у этих вагонов наблюдался быстрый рост числа сходов с рельсов.

В ответ на динамическое поведение («охоту») вагонов разрешенная скорость вагонов была снижена до 45 миль в час (72 км/ч), а на новых установках бесстыкового пути на бетонных шпалах - для уменьшения ширины колеи. на одну восьмую дюйма до 4 фута 8 + 3 ⁄ 8 дюймов (1432 мм). На практике это изменение вызвало больше проблем, чем решило, и при обновлении оно было возвращено на 1435 мм, начиная с 1996 года. Калибр устанавливается по расположению литых креплений, поэтому перекалибровать существующие крепления — непростая задача. отслеживать; это также создает проблемы с точечной заменой шпал. Многие шпалы были изготовлены с уменьшенной шириной колеи, но 1435 мм ( Версии стандартной толщины 4 фута 8 + 1 ⁄ дюйма ) также производятся в последнее время.

Переключатели и переходы

Основная статья: Стрелочный перевод

Железнодорожные стрелки

Терминология сложна для «переключателей и пересечений» (S&C), ранее «точек и пересечений» или «фитингов».

Ранние версии S&C допускали только очень низкую скорость на второстепенном маршруте («стрелке»), поэтому геометрический дизайн не имел большого значения. Многие старые устройства S&C имели свободный шарнир на пятке, чтобы планка переключателя могла поворачиваться, приближаясь к стандартной направляющей, или открываться от нее. Когда направляющая стрелы была закрыта, было обеспечено разумное выравнивание; когда он был открыт, по нему не могло двигаться ни одно колесо, так что это не имело значения.

По мере роста скорости это стало невозможным, и направляющие переключателей были зафиксированы на пятке, а их гибкость позволяла носку открываться и закрываться. Изготовление стрелочных переводов было сложным процессом, а переходов тем более. Скорость на второстепенном маршруте редко превышала 20 миль в час (32 км/ч), за исключением очень особых конструкций, и требовалась большая изобретательность, чтобы обеспечить хорошую поездку транспортным средствам, проезжающим на скорости по основной линии. Трудность заключалась в обычном переезде, где непрерывная поддержка проезжающих колес была затруднительна, а острие рельса было спроектировано таким образом, чтобы защищать его от прямого удара в направлении движения, так что создавалась расчетная неравномерность поддержки.

Поскольку требовались более высокие скорости, было разработано больше конфигураций S&C, и требовалось очень большое количество компонентов, каждый из которых специфичен только для одного типа S&C. При более высоких скоростях на разъездной дороге отклонение от основного маршрута происходит гораздо более постепенно, и поэтому требуется весьма значительная длина планирования стрелочного пути.

Примерно в 1971 году эта тенденция изменилась с появлением так называемого вертикального S&C, в котором рельсы располагались вертикально, а не под обычным наклоном 1 к 20. С другими упрощениями это значительно сократило складские запасы, необходимые для широкого диапазона скоростей S&C, хотя вертикальный рельс приводит к потере эффекта рулевого управления, и поездка по новым вертикальным S&C часто бывает неравномерной.

Непрерывный сварной рельс

Бесстыково-сварной путь с контактным рельсом установлен в 1970-х годах.

Непрерывный сварной рельс (CWR) был разработан в ответ на наблюдение, что основная часть работ по техническому обслуживанию путей происходит на стыках. По мере совершенствования производства стали и производственных процессов длина установленных рельсов постепенно увеличивалась, и логическим продолжением этого было бы полное исключение стыков.

Основным препятствием для этого является тепловое расширение : рельсы расширяются при более высоких температурах. Без соединений рельсам некуда расширяться; по мере того, как рельсы становятся теплее, они развивают огромную силу, пытаясь расшириться. Если им не позволить расширяться, они развивают силу в 1,7 тонны (17 кН) на каждый градус Цельсия изменения температуры на практическом участке рельса.

Если небольшой металлический кубик сжать между губками пресса, он сожмется, то есть несколько раздавится, и он сможет выдержать очень большую силу без окончательного разрушения. Однако если сжать длинный кусок металла того же поперечного сечения, он деформируется вбок и примет форму лука; этот процесс называется короблением, и сила сжатия, которую он может выдержать, намного меньше.

Если длинный тонкий кусок металла можно закрепить, чтобы предотвратить его коробление (например, помещая его внутри трубки), тогда он сможет противостоять гораздо более высокой сжимающей силе. Если рельсы можно закрепить аналогичным образом, можно предотвратить их коробление. Вес гусеницы препятствует прогибанию вверх, поэтому прогибание, скорее всего, произойдет вбок. Этому препятствуют:

• предоставление тяжелых шпал, которые создают трение о балластном слое
• обеспечение хорошей опоры шпал на консолидированном балласте для создания силы трения
• обеспечение консолидированного балласта по бокам шпал для обеспечения дополнительного трения
• обогрев рельсов при их установке и креплении в прохладную или холодную погоду, чтобы расширение в самые жаркие дни было меньше, чем в противном случае
• убедитесь, что все рельсы, добавленные в случае поломки рельсов в холодную погоду, будут удалены до возвращения теплой погоды.
• следить за тем, чтобы кривые не загибались внутрь в холодную погоду настолько, чтобы повысить вероятность прогиба при возвращении теплой погоды.
• принятие мер предосторожности при выполнении работ по техническому обслуживанию пути в жаркую погоду и обеспечение достаточного уплотнения балласта перед возобновлением работы на полной скорости.

Если рельс удерживать так, что он вообще не может расширяться, то длина рельса, которую можно обрабатывать, не ограничена. (Расширяющая сила на рельсе длиной в один фут при определенной температуре такая же, как и на рельсе длиной в милю или 100 миль.) Раньше бесстыковые сварные рельсы устанавливались ограниченной длины только из-за технологических ограничений. Однако в конце участка CWR, где он примыкает к старой, обычной шарнирной гусенице, эта гусеница не сможет противостоять расширяющейся силе, и шарнирная гусеница может быть вынуждена прогнуться. Чтобы этого не произошло, были установлены специальные расширительные выключатели, иногда называемые сапунами. Расширительные переключатели могут компенсировать значительное расширительное движение - обычно 4 дюйма (100 мм) или около того - в концевой секции CWR, не передавая это движение на сочлененный путь.

CWR устанавливается и закрепляется при оптимальной температуре, чтобы гарантировать ограничение максимально возможной расширяющей силы. Эту температуру называют температурой без стресса, и в Великобритании она составляет 27 ° C (81 ° F). Она находится в верхнем диапазоне обычных температур наружного воздуха, а фактические монтажные работы, как правило, выполняются при более низких температурах. Первоначально рельсы физически нагревались до температуры отсутствия напряжений с помощью газовых обогревателей на пропане; Затем их трясли ручными стержнями, чтобы исключить заедание и предотвращение даже расширения, а затем зарезали. Однако примерно с 1963 года для физического растяжения рельсов используются гидравлические домкраты, когда они поддерживаются временными роликами. Растягивая рельсы до такой длины, какой они были бы при температуре без напряжений, нет необходимости их нагревать; их можно просто зафиксировать до того, как домкраты будут отпущены.

Рельсы CWR изготавливаются путем сварки обычных рельсов. В течение многих лет в Великобритании рельсы могли изготавливаться длиной только до 60 футов (18 м) (18,288 м), а в процессе заводской сварки они изготавливались длиной 600 футов (180 м), 900 футов (270 м) или Длина 1200 футов (370 м), в зависимости от завода. Используемый процесс представлял собой стыковой процесс , в котором высокие электрические токи используются для смягчения конца рельса, а затем концы сжимаются вместе с помощью плунжеров. Процесс оплавления очень надежен при условии, что на заводе обеспечена хорошая геометрия концов рельса.

Длинные рельсы можно было доставить на площадку специальным поездом и выгрузить на землю (связав конец цепью и вытащив поезд из-под рельсов). Длинные рельсы пришлось сваривать вместе (или с соседними путями) с помощью сварки на месте; и после первоначальных экспериментов Thermit был использован запатентованный процесс сварки . Это был алюмотермический процесс, в котором воспламенялась «порция» порошка; алюминий . был топливом, и соответствующий металлургически состав расплавленной стали опускался в зазор между концами рельсов, содержащийся в огнеупорных формах

Первоначальный процесс SmW был очень чувствителен к навыкам оператора, и, поскольку сварка обычно была заключительным процессом перед возобновлением движения пути, иногда возникало нехватка времени, что приводило к нежелательным неправильным сварным швам. Усовершенствованный процесс SkV оказался менее чувствительным, и с годами качество сварки улучшилось.

Проблема коробления не ограничивается CWR, и в прошлом шарнирные гусеницы сталкивались с короблением. Накладки на соединениях необходимо снимать и смазывать ежегодно (в 1993 году требование было смягчено до двухгодичного), а там, где это не выполнялось или условия балласта были особенно слабыми, коробление происходило в жаркую погоду. Кроме того, если рельсам позволить ползти, всегда существует вероятность, что несколько последовательных стыков закроются, в результате чего компенсационный зазор будет потерян, что неизбежно приведет к наступлению жаркой погоды.

См. также

• Распродажа автомобиля
• Список колеи
• Датчик загрузки
• Воздушные линии
• Колея рельса
• Длина рельсов
• Рельсовый профиль
• Железнодорожный саботаж
• Стрелочный перевод (баллы)
• Железнодорожные пути
• Железнодорожная терминология
• Железнодорожная платформа
• Ремень железный рельс
• Калибр структуры
• Третий рельс
• Трамвайные пути

Ссылки

Источники

• Бакстер, Бертрам (1966). Каменные блоки и железные рельсы (трамваи) . Промышленная археология Британских островов. Ньютаун Эббот: Дэвид и Чарльз.