Соединения и пересечения путей. Стрелочные переводы

Путевое развитие станций, разъездов и обгонных пунктов предполагает наличие путевых устройств, обеспечивающих перевод движущегося подвижного состава с одного пути на другой, а также пересечение путей в одном уровне. Такими устройствами являются стрелочные переводы и глухие пересечения, являющиеся элементами верхнего строения пути.

Для перевода подвижного состава с одного пути на другой служат стрелочные переводы. Несколько последовательно уложенных стрелочных переводов образуют стрелочную улицу.

Два стрелочных перевода, встречно уложенных на смежных путях, с соединительной вставкой между ними называются съездом. В стесненных условиях устраивают перекрестные съезды, состоящие из четырех стрелочных переводов, четырех соединительных вставок и глухого пересечения между ними.

Глухое пересечение позволяет скрестить два пути в одном уровне без возможности перевода подвижного состава с одного пути на другой. Для скрещения двух путей в одном уровне с обеспечением возможности перевода подвижного состава с одного пути на другой применяются перекрестные стрелочные переводы.

Стрелочный перевод - это путевое устройство, служащее для перевода подвижного состава с одного пути на другой и позволяющее соединить два или три пути в один, либо разветвить один путь на два или три. Наиболее распространенными являются одиночные обыкновенные стрелочные переводы, у которых одно ответвление является прямым, а другое - криволинейным: левым, либо правым.

В случаях, когда оба ответвляющихся пути нужно сделать криволинейными, отклоняющимися в разные стороны под одинаковыми углами, применяют симметричные стрелочные переводы.

Несимметричные стрелочные переводы имеют два искривленных под разными углами ответвления, которые могут быть направлены как в одну, так и в разные стороны. Соответственно различают несимметричные односторонние и несимметричные разносторонние стрелочные переводы. Несимметричные стрелочные переводы применяются только в неблагоприятных условиях, например, когда стрелочный перевод необходимо уложить в кривой.

Двойные стрелочные переводы имеют три ответвления: одно прямое и два криволинейных. Такие стрелочные переводы сложны по конструкции, изготовлению и эксплуатации, менее надежны, поэтому в нашей стране применяются крайне редко.

В стесненных условиях с целью сокращения длины стрелочных горловин применяют перекрестные стрелочные переводы, позволяющие осуществлять движение поездов по четырем вариантам. Один перекрестный стрелочный перевод заменяет два одиночных стрелочных перевода, уложенных встречно-последовательно. Недостатком перекрестных стрелочных переводов является сложность конструкции и необходимость ограничения скорости движения по ним из-за наличия тупых крестовин, на которых есть вероятность схода колесных пар.

В составе одиночного обыкновенного стрелочного перевода различают следующие узлы:

• стрелка с переводным механизмом (I);
• соединительные пути (переводная кривая) (II);
• крестовинная часть (III);
• подрельсовое основание (переводные брусья).

Стрелка включает в себя два рамных рельса (1), являющихся продолжением путевых рельсов, два остряка (2), предназначенных для направления движения подвижного состава на прямой или ответвленный путь, и переводной механизм (3), предназначенный для изменения положения остряков и их запирания в крайних положениях. Направление движения по стрелке, когда колесо переходит с рамного рельса на остряк, считается противошерстным, а с остряка на рамный рельс - пошерстным.

Рамные рельсы представляют собой целые рельсы стандартной длины 12,5 и 25 м или несколько короче. Они отличаются наличием отверстий в шейке для установки упорных и корневых болтов, деталей переводного механизма и крепления рельса к башмакам. В обыкновенных стрелочных переводах один рамный рельс прямой, а другой - изогнут в плане (криволинейный).

Остряки изготавливают из специальных остряковых рельсов пониженной высоты ОР75, ОР65, ОР50. Передний конец остряка называют острием, задний - корнем. По очертанию в плане остряки бывают прямолинейными и криволинейными. В стрелках с криволинейными остряками угол между рабочими гранями остряка и рамного рельса получается меньше, что обеспечивает меньшие удары гредней колес и более плавное прохождение подвижного состава при отклонении на боковой путь. Кроме того длина стрелочного перевода с криволинейными остряками получается меньше, чем с прямолинейными. У современных обыкновенных стрелочных переводов остряк, ведущий по прямому направлению, - прямой, а остряк, ведущий на боковой путь, - криволинейный. Для обеспечения плавного перехода колеса с рамного рельса на остряк делают вертикальную и горизонтальную острожку остряка.

Один из остряков стрелки всегда прижат к соответствующему рамному рельсу, а другой - отведен от рамного рельса. Прилегание остряка к рамному рельсу должно быть таким, чтобы зазор между прижатым остряком и рамным рельсом был менее 4 мм (отставание остряка от рамного рельса на величину 4 мм и более не допускается). Отведенный остряк должен отходить от рамного рельса на величину, обеспечивающую свободный проход гребня колеса. Это расстояние называется шагом остряка и оно должно быть не менее 125 мм.

Остряки соединяются между собой тягами, число которых зависит от длины остряков. Тяги подразделяются на межостряковые, переводные и продольные. Межостряковые (соединительные) тяги связывают остряки, обеспечивая их правильное взаимное положение. Переводные (рабочие) тяги предназначены для перевода остряков из одного положения в другое за счет передачи тягового усилия от переводного механизма к стрелочным тягам. Продольные переводные тяги устанавливаются на стрелочных переводах с остряками большой длины для передачи переводного усилия от переводного механизма к нескольким стрелочным тягам.

Для перевода остряков используются стрелочные переводные механизмы, которые бывают ручные и электрические. Переводные механизмы устанавливаются в начале стрелки на удлиненных переводных брусьях, называемых флюгарочными. На стрелочных переводах, включенных в электрическую централизацию, устанавливаются стрелочные электроприводы, которые осуществляют перевод остряков, их запирание и контроль положения. На нецентрализованных стрелочных переводах применяют ручные переводные механизмы, имеющие переводной рычаг с противовесом, поворотный стрелочный фонарь (флюгарку) или поворотный стрелочный указатель. Запирание остряков нецентрализованных стрелок выполняют с помощью перекидных закладок.

На всем своем протяжении остряки свободно лежат на опорах, имея возможность перемещаться в горизонтальном направлении для перевода из одного положения в другое. В то же время при проходе подвижного состава должно обеспечиваться стабильное положение остряка за счет его постоянной связи с рамным рельсом и рельсами соединительной части. Выполнение этого требования обеспечивается соответствующим устройством корневого крепления. В современных стрелочных переводах применяются два типа корневых креплений: вкладышно-накладочное и обычный путевой стык при гибких остряках.

Корневое устройство вкладышно-накладочного типа состоит из вкладыша (чугунного или стального), накладки, отогнутой в сторону оси пути и распорной втулки. Между накладкой и корнем остряка имеется зазор, который позволяет остряку поврачиваться при переводе из одного положения в другое. Преимущество такого устройства - простота конструкции, прочность, устойчивость. Однако распорная втулка быстро изнашивается от нагрузок, а пространство между накладкой и остряком забивается грязью, что затрудняет перевод остряка.

Обычный стык при гибких остряках применяется на стрелочных переводах со остряками большой длины (не менее 10 м), укладываемых на главных путях и на участках со скоростным движением. В корне остряка стык ничем не отличается от обычного стыкового рельсового скрепления, а перевод остряков происходит за счет их изгиба в горизонтальной плоскости.

Крестовины обеспечивают прохождение колесных пар подвижного состава в местах пересечения рельсовых нитей стрелочного перевода. Крестовина состоит из сердечника (7) и двух усовиков (6). Боковые (рабочие) грани сердечника сходятся под углом α, называемым углом крестовины. Точка пересечения рабочих граней сердечника называется математическим центром крестовины.

Тангенс угла α можно определить как отношение ширины сердечника в его корне (K) к длине рабочей грани (L). Если ширину сердечника принять за 1, а число N будет показывать, во сколько раз длина сердечника больше его ширины, то отношение 1/N будет считаться маркой крестовины:

Чем больше N, тем меньше будет угол α и тем более пологой будет считаться крестовина. На железных дорогах России применяют стрелочные переводы с крестовинами марок 1/6, 1/9, 1/11, 1/18, 1/22. Крестовины марок 1/18 и 1/22 считаются пологими и допускают повышенные скорости движения при отклонении на боковой путь.

Пространства между рабочими гранями сердечника крестовины и усовиками называются желобами. Самое узкое пространство между усовиками в месте их изгиба является горлом крестовины. Расстояние от математического центра до горла крестовины считается вредным (мертвым) пространством. При движении по нему колесо не направляется рельсовыми нитями и может попасть не в тот желоб или удариться об острие сердечника, что приведет к сходу колесной пары. Для направления колеса в нужный желоб крестовины служат контррельсы, устанавливаемые возле внешних рельсовых нитей и удерживающие колесную пару от сдвига на крестовине.

Крестовины по конструкции бывают сборнорельсовые, сборные с литым сердечником и цельнолитые. Сборнорельсовые крестовины изготавливают из путевых рельсов, соединенных между собой с помощью болтов и накладок. Такая конструкция является наименее надежной и в настоящее время не применяется. Сборная крестовина с литым сердечником принята на наших дорогах в качестве основной. В них сердечник и наиболее изнашиваемая часть усовиков представляют собой единую монолитную конструкцию, изготавливаемую из упрочненной высокомарганцовичстой стали. Цельнолитые крестовины представляют собой одну деталь, простую и удобную в эксплуатации. Однако производство цельнолитых крестовин обходится в несколько раз дороже, чем сборных (большой расход металла), поэтому их производство прекращено.

Контррельсы своей средней частью должны перекрывать вредное пространство крестовины от ее горла до места, где ширина сердечника составляет 40 мм. Концы контррельсов имеют изгиб в сторону оси пути для улучшения входа гребней колес в пространство между контррельсом и внешним рельсом. Контррельсы могут изготавливаться как из обычных рельсов, так и из рельсов специального профиля. В первом случае контррельс соединяется с внешним рельсом при помощи горизонтального болта и вкладыша. Во втором случае применяются специальные крепления контррельса к переводным брусьям.

Для обеспечения свободного прохода колесной пары через крестовинный узел расстояние между рабочей гранью сердечника и рабочей гранью головки контррельса должно быть не менее 1472 мм, а расстояние между рабочей гранью усовика и рабочей гранью контррельса должно быть не более 1435 мм.

В обыкновенных крестовинах при перекатывании колеса через вредное пространство неизбежны удары гребня в сердечник или усовик, что приводит к их быстрому износу. Для уменьшения таких ударов и повышения срока службы крестовин применяют крестовины с непрерывной поверхностью катания (НПК), у которых сердечник является подвижным и в результате перевода прижимается к одному из усовиков, ликвидируя тем самым вредное пространство. Изменение положения сердечника производится с помощью отдельного стрелочного электропривода одновременно с переводом остряков.

Использование крестовин с подвижными сердечниками позволяет отказаться от установки контррельсов, т.к. поверхность качения колеса при его проходе через такую крестовину не прерывается. Крестовины с НПК применяются на стрелочных переводах с крестовинами пологих марок (1/18, 1/22), а также с крестовинами марки 1/11, если скорость движения по прямому направлению стрелочного перевода установлена 120 км/ч или выше.

Соединительные пути представляют собой прямолинейные и криволинейные отрезки пути, которые соединяют стрелку с крестовинным узлом. Они включают в себя внешние рельсовые нити от задних стыков рамных рельсов до конца стрелочного перевода и внутренние рельсовые нити от корневых стыков остряков до крестовины. Криволинейный соединительный путь образует переводную кривую. Она начинается от корневых стыков остряков и примыкает к прямой вставке перед крестовиной. Чем меньше угол крестовины, тем больше радиус переводной кривой. В стрелочных переводах с крестовиной марки 1/11 переводная кривая имеет радиус 300 м, а с крестовиной марки 1/9 - 200 м. Кривую на ответвленном пути за пределами крестовины называют закрестовинной кривой.

Переводные брусья представляют собой поперечины, на которых смонтированы все элементы стрелочного перевода. Они объединяют в одно целое все части стрелочного перевода, обеспечивают их стабильное взаимное положение и передают нагрузку от подвижного состава на балластный слой. Применяются деревянные и железобетонные переводные брусья. По конструкции и свойствам переводные брусья аналогичны шпалам, но отличаются геометрическими размерами. В зависимости от длины брусья делатся на группы, каждая из которых отличается от соседней на 250 мм. Самые короткие брусья имеют длину 3000 мм, самые длинные - 5500 мм. Количество брусьев на одиночном обыкновенном стрелочном переводе зависит от его марки: для 1/9 - 63-68 шт., для 1/11 - 75-80 шт., для 1/18 - 135 шт.

Схематический чертеж стрелочного перевода, выполненный в масштабе 1/50, либо 1/100, на котором указано расположение всех элементов, а также размеры и укладка переводных брусьев, называется эпюрой стрелочного перевода.

Для укладки стрелочного перевода в путь необходимо обозначить его основные геометрические размеры - выполнить разбивку стрелочного перевода. При разбивке стрелочного перевода определяют:

• Ц - центр стрелочного перевода (точку пересечения осей сходящихся путей);
• МЦ - математический центр крестовины (точку пересечения условных продолжений рабочих граней сердечника крестовины);
• а₀ - расстояние от центра стрелочного перевода до начала остряков;
• m - расстояние от переднего стыка рамных рельсов до начала остряков;
• a - расстояние от центра стрелочного перевода до переднего стыка рамных рельсов: (a=a₀+m);
• b₀ - расстояние от центра стрелочного перевода до математического центра крестовины;
• q - расстояние от математического центра крестовины до ее заднего стыка (торца);
• b - расстояние от центра стрелочного перевода до торца крестовины: b=b₀+q;
• L_п - полная длина стрелочного перевода от переднего стыка рамных рельсов до торца крестовины: Lп=a+b;
• α - угол крестовины;
• R_пер - радиус переводной кривой.

Числовые значения геометрических размеров стрелочных переводов зависят от типа рельсов, марки крестовины и особенностей конструкции.

На схемах стрелочный перевод может изображаться как в нитях (а), так и в осях (б). Для удобства изображения и чтения схем и планов железнодорожных путей на чертеж наносят лишь оси путей, съездов, глухих пересечений, стрелочных улиц и центры стрелочных переводов. Этот способ удобен также тем, что разбивку путей и переводов для укладки их на станциях осуществляют по осям путей, откладывая размеры их геометрических элементов, состоящих в этом случае из прямых отрезков.

При укладке стрелочных переводов в горловинах станций стрелочные переводы стараются располагать компактно, что делает горловину станции более короткой и сокращает время на прием и оправление поездов, а также выполнение маневровых операций. Вместе с этим должна обеспечиваться безопасность движения по стрелочным переводам.

Существуют типовые схемы укладки стрелочных переводов: встречная (I, II), попутная (III), параллельное ответвление путей в одну сторону (IV), параллельное ответвление путей в разные стороны (V).

Размер прямой вставки d между стрелочными переводами определяется по условиям вписывания подвижного состава и нормируется в зависимости от скорости движения, назначения пути и наличия необходимого пространства.

При встречной или попутной укладке стрелочных переводов (схемы I - III) на главных путях размер прямой вставки принимается не менее 12,5 м, а в стесненных условиях - не менее 6,25 м. Если по главным путям предусмотрен пропуск поездов со скоростями движения до 200 км/ч, то размер прямой вставки d должен быть не менее 25 м, а в стесненных условиях - не менее 12,5 м.

На приемоотправочных путях длина вставки d на схеме I принимается не менее 12,5 м, а на схемах II и III - не менее 6,25 м. В трудных условиях в схеме II вставка может отсутствовать, а в схеме III ее длина может быть уменьшена до 4,5 м.

На прочих путях вставка d принимается 6,25 м; в трудных условиях в схемах I и II вставка может отсутствовать, а в схеме III - уменьшаться до 4,5 м.

При укладке стрелочных переводов из рельсов разных типов длина вставки d должна быть не менее 12,5 м.

При ответвлении параллельных путей (схемы IV и V) длина вставки d определяется по формулам в зависимости от расстояния между осями параллельных путей, которое должно быть не менее 4,1 м:

• для схемы IV: d = L - (a₁ + b₂);
• для схемы V: d = L - (b₁ + b₂).