Железнодорожный путь

Железнодорожный путь - это комплекс сооружений и устройств, образующих рельсовую дорогу для движения поездов. К нему относят балластный слой, шпалы, рельсы, скрепления, стрелочные переводы. Конструкция верхнего строения пути основывалась на опыте эксплуатации Петербурго-Московской железной дороги. Так, ширина русской рельсовой колеи, габариты подвижного состава и приближения строений брались такие же, как на Петербурго-Московской дороге. Рельсы первых лет эксплуатации железных дорог были железные, весом 24 - 35,5 кг/м, со стыком на шпале. Длина их принималась 4,6; 5,5; 6,1 м. Железные рельсы быстро изнашивались. Поэтому вскоре перешли к укладке более экономичных двухслойных рельсов: верхняя часть головки из стали, шейка и подошва железные.

В 1868 г. появились первые стальные рельсы - на Воробьинском подъеме линии Петербург - Москва и частично на Нижегородской железной дороге. С 1875 г. они получили широкое распространение. В конце 90-х годов стальные рельсы укладывались на всех магистральных линиях, а на подъездных путях остались железные.

Мощность рельсов определяется весом на единицу длины. В XIX в. мощность рельсов изменялась в незначительных размерах, но число типов было большим, что вело к удорожанию прокатки рельсов, к укладке рельсов разных типов на одном участке и к неравномерному износу как рельсов, так и бандажей колес. В середине 70-х годов начали переходить к унификации типов рельсов в зависимости от нагрузки на ось подвижного состава, причем их вес колебался от 24 до 31 кг/м при длине 6 м.

В 1903 г. для сети русских железных дорог нормальной колеи были выработаны четыре типа рельсов - I, II, III, IV, различавшихся по мощности. В 1908 г. на основании новых обширных исследований внесены изменения в типы рельсов; их вес варьировал от 43,57 до 30,89 кг/м, и отличались они от предыдущих расположением и размерами отверстий и утолщением подошвы [29]. Рельсы 1908 г., именовавшиеся Ia, IIa, IIIa и IVa, сохранялись как стандарт до 1947 г. Их длина в начале XX в. достигала 10,67; 12,80 и 14,94 м. Стандартизация явилась важным этапом в развитии рельсового хозяйства. В этом большая заслуга Н. А. Белелюбского, Л. Ф. Николаи и других ученых, принявших активное участие в работе по созданию наиболее совершенных рельсов для русских железных дорог.

Подобно рельсам и скреплениям, с течением времени меняли свои типы и стрелочные переводы, состоящие из стрелок и крестовин. Вначале применялись стрелки с подвижными рельсами, затем появились стрелки с рамными рельсами и остряками, при этом рамные рельсы располагались на сплошных металлических лафетах. Первые крестовины у нас были подвижные, состоявшие из коротких рельсов. Очень скоро они вышли из употребления. Вместо них появились неподвижные стальные литые крестовины. Позднее стали устраивать сборные крестовины из обыкновенных рельсов со стальными литыми сердечниками. На большинстве железных дорог России применялись два вида переводов: одни - имеющие большое протяжение в длину и крестовины с маркой 1/11, другие - меньшей длины и с крестовинами марки 1/9. Эти стрелочные переводы получили широкое распространение в нашей стране.

Рельсовые опоры применялись деревянные, в виде шпал или поперечин, изготовляемых из соснового, елового и дубового леса. Размеры шпал колебались в широких пределах, причем длина их назначалась от 2,45 до 3,20 м. В 80-х годах существовало 12 типов шпал, в 1900 г. это число сократилось до пяти. На одну версту линии вначале укладывали 1300-1400, затем 1500 и к концу рассматриваемого периода 1600 шпал. Срок службы простых деревянных шпал был очень небольшим, поэтому русские инженеры занимались пропиткой их антисептиками. Первоначально шпалы пропитывали медным купоросом, затем хлористым цинком. Пропитка увеличивала срок службы шпал почти в 2 раза.

Балластный слой на первых магистральных линиях состоял из двух частей: нижняя из песка, верхняя из щебня или крупного гравия. С 60-х годов рельсовые пути стали строиться с балластом из песка без прикрытия щебнем или гравием. Толщина балластного слоя принималась 0,30-0,38 м, а в начале XX в. - 0,43 м.

Состояние верхнего строения пути наших дорог характеризуется словами доклада министерства путей сообщения в 1877 г.: "Неудовлетворительное устройство путей и бедность ремонтных средств составляют слабое место нашего железнодорожного хозяйства" [30]. Эту характеристику можно в полной мере распространить и на железнодорожный путь конца XIX - начала XX в.

Хотя верхнее строение пути в то время оставляло желать много лучшего, однако теоретические работы по расчетам пути и прочности рельсов стояли на достаточно высоком уровне благодаря трудам русских ученых и инженеров, главным образом А. А. Холодецкого, А. Л. Васютинского и Н. П. Петрова. Они выполнили экспериментальные исследования и дали расчетную схему для элементов верхнего строения пути.

В 1914 г. инженерный совет министерства путей сообщения утвердил "Временные указания для соображений при определении наибольших допускаемых нагрузок осей подвижного состава и наибольших допускаемых скоростей движения на железных дорогах в зависимости от типов верхнего строения пути и паровозов" (циркуляр управления железных дорог от 1915 г.). В циркуляре дана классификация дорог и указаны типы рельсов, величина коэффициента постели шпал, предельные скорости движения, наибольшие нагрузки на оси пассажирских паровозов в зависимости от типа рельсов, скорости и коэффициента ("Временные указания" 1914 г. действовали до 1925 г., когда взамен их в совете НТК НКПС был утвержден метод расчета пути, за основу которого взята балка на сплошном упругом основании.).

Петров Николай Павлович (1836-1920) Выдающийся ученый и инженер. Профессор Инженерной академии и Петербургского практического технологического института. В 1888-1892 гг. председатель управления казенных железных дорог. С 1892 г. председатель инженерного совета министерства путей сообщения и в течение нескольких лет - товарищ министра путей сообщения. В 1883 г. вышла работа Петрова 'Трение в машинах и влияние на него смазывающей жидкости', в которой впервые сформулирован, закон - трения при наличии смазки. Труды Петрова послужили основой для создания гидродинамической теории трения при смазке и толчком к дальнейшему развитию теоретических и экспериментальных, исследований в этой области. Ряд работ Н. П. Петрова относится к области железнодорожной техники (тяговые расчеты поездов, давление колес на рельсы и их прочность, исследование действия тормозных систем и др.). Принимал активное участие в строительстве Сибирской магистрали. В 1896-1905 гг. председатель Русского технического общества.

Классическим трудом по исследованию железнодорожного пути является работа Н. П. Петрова "Давление колес на рельсы железных дорог, прочность рельсов и устойчивость пути" [31], в которой обобщены работы автора, написанные в 1903-1915гг. и имеющие отличительную особенность - связь теории с насущными практическими вопросами. А. А. Холодецкий применил общие формулы Н. П. Петрова для неровности и получил широко известное решение для впадины на пути, имеющей треугольное очертание.

Значительным вкладом в теорию динамического расчета пути явилась работа профессора А. М. Годыцкого-Цвирко, опубликованная тоже в 1915 г. [32].

Расчет железнодорожного пути современной конструкции, при рассмотрении его как балки на сплошном упругом основании, разработан в 1915 г. С. П. Тимошенко. Однако идея расчета и его основы были впервые сформулированы Н. П. Петровым еще в 1907 г.

Всесторонние исследования взаимосвязанных вопросов динамики пути и движущего механизма паровозов в кривых частях пути выполнил профессор К. Ю. Цеглинский, подчеркнувший ведущую роль отечественных ученых в этом вопросе [33].

Таким образом, Россия оказалась одной из первых среди стран, предпринявших усилия к созданию способа расчета железнодорожного пути.

Большое внимание уделялось механизации путевых работ. Так дорожный мастер полесских железных дорог А. А. Олекевич сконструировал винтовой аппарат для подъемки пути при подбивке и смене шпал. Через три года инженер У. Н. Ливчак изобрел прибор для автоматической регистрации неровностей и пересадок пути (это был первый путеизмеритель). Позднее появился более современный путеизмеритель Н. Е. Долгова, допускавший определение состояния пути во время прохождения динамической нагрузки вагона, движущегося со скоростью 25 км/час, при нагрузке на ось 12 т.

Большая работа проводилась по организации снегоборьбы и механической очистки пути от снега. Проблема снегоборьбы была особенно актуальной, ее решением занимались многие годы. На железных дорогах насчитывалось до 35 типов переносных щитов различной конструкции. Очистка путей от снега в большинстве случаев велась вручную лопатами. Но применялись и снегоочистители. Н. Е. Жуковский, профессора Института инженеров путей сообщения Н. А. Рынин и С Д Карейша и инженер Н. Е. Долгов разработали теоретические основы образования снежных наносов на железных дорогах, которыми руководствовались при проектировании новых линий.