Основными функциями шпал являются, как указано, крепление рельсов, сохранение ширины колеи, передача нагрузки от подвижного состава на балласт и обеспечение поперечной устойчивости пути. В качестве материала для шпал в зависимости от имеющихся условий используются древесина, железобетон и сталь, в последнее время изучаются возможности применения синтетических материалов.
Традиционно для изготовления шпал выбирали тот конструкционный материал, который наиболее доступен. Ранее таким материалом была преимущественно древесина. За многие годы существования железных дорог хорошо изучены свойства древесины разных пород, выработаны требования к ее качеству, освоена технология обработки для предотвращения гниения и поражения грызущими насекомыми.
Вместе с тем в конце XIX в. чувствительность древесины к атмосферным и иным внешним воздействиям, а также развитие металлургии привели к появлению стальных шпал. Такие шпалы в течение более чем 50 лет находили довольно широкое применение на железных дорогах, особенно в Европе. Однако по мере повышения скорости движения поездов и осевых нагрузок подвижного состава выявилась потребность в более массивных шпалах.
В результате в начале ХХ в. стали применять шпалы из железобетона, которые получили наибольшее распространение уже после Второй мировой войны. Железобетонные шпалы бывают двух видов. Моноблочные шпалы представляют собой единую жесткую бетонную конструкцию с предварительно напряженной арматурой внутри. Двухблочные шпалы состоят из двух железобетонных блоков, соединенных прочными стальными связями.
В последние 20 лет некоторые железные дороги, особенно в Германии и Японии, в верхнем строении пути стали заменять шпалы и балласт железобетонными плитами разных конструкций. Такой путь обычно называют безбалластным путем на жестком основании.
В настоящее время стальные шпалы в новом строительстве и при реконструкции железных дорог практически не применяют. На линиях большой грузонапряженности с интенсивным движением поездов укладывают главным образом железобетонные шпалы. Применение деревянных шпал также практикуется, но в меньших масштабах и в основном на малодеятельных линиях со слабым основанием.
На железных дорогах мира уложено в общей сложности примерно 3 млрд. шпал, из которых 20 % железобетонные; ежегодно заменяется 2 – 5 % шпал. Общий объем производства железобетонных шпал равен примерно 20 млн. шт./год.
Выбор типа шпал определяется на основе анализа пригодности и экономической целесообразности с учетом следующих факторов:
Геометрические параметры деревянных шпал для железных дорог нормальной колеи определены техническими спецификациями МСЖД № 863. В соответствии с ними длина стандартной шпалы должна составлять 2600 мм, ширина 240 мм, высота 140 мм. Однако многие железные дороги допускают отклонения от этих параметров в сторону уменьшения поперечного сечения шпал, особенно в средней части, где изгибающий момент и напряжения меньше.
Срок службы шпал варьируется в пределах 25 – 45 лет в зависимости от породы древесины, ее обработки и условий эксплуатации. Деревянные шпалы могут выдерживать значительные осевые нагрузки, но не подходят для линий с высокоскоростным (более 160 – 200 км/ч) движением, так как не обеспечивают требуемой поперечной устойчивости пути.
Эти шпалы отличаются многообразием размеров и конфигураций. Сведения о геометрических параметрах моноблочных шпал некоторых типов приведены в табл. 1, об их механических характеристиках — в табл. 2. Такие шпалы хорошо подходят к условиям движения поездов с высокими скоростями и осевыми нагрузками. Срок службы моноблочных железобетонных шпал составляет в среднем 30 лет.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.