Szyny bezspawowe: czy nie będzie stukania kół?
1 719

Szyny bezspawowe: czy nie będzie stukania kół?

Złącze doczołowe jest prawdopodobnie najsłabszym punktem projektu toru kolejowego. W całej historii „żeliwa” inżynierowie nigdy nie byli w stanie znaleźć najlepszego sposobu połączenia szyn. Już dziś złącza są źródłem negatywnego oddziaływania dynamicznego na lokomotywę i jadące za nią wagony.


Ze wszystkich kosztów utrzymania kolei około 40% stanowią złącza, które wymagają stałej konserwacji. Tak, dzisiejszych ścieżek oczywiście nie można porównywać z tymi, które były 100 i więcej lat temu. Niemniej jednak nie udało się całkowicie wyeliminować negatywnego wpływu połączeń kolejowych. Wyjście jest tylko jedno - stworzyć ciągły („aksamitny”) tor kolejowy. Oczywiście nie będzie możliwe całkowite pozbycie się stawów. Ale ograniczenie ich liczby do minimum jest całkiem możliwe i właśnie to się dzisiaj robi.

Historia kolei bezdokowych


Pomysł takiego połączenia kolejowego po raz pierwszy przyszedł do głowy rosyjskiemu inżynierowi Stetsewiczowi w 1896 roku. Aby zrekompensować siły rozciągające i ściskające, zaproponował wykonanie ścieżek pofalowanych (zakrzywionych). W 1907 roku Niemiec Otto Gronau opracował technologię spawania szyn w jeden długi pasek. Metodę zaczęto stosować w wielu krajach, jednak I wojna światowa uniemożliwiła dalszy rozwój torów bez szwu.

Szyny bezspawowe: czy nie będzie stukania kół?Klasyczne połączenie przyczynia się do odkształcenia szyny i powoduje obciążenie pociąg. Zdjęcie: youtube.com

Na początku lat trzydziestych większość stanów stopniowo przechodziła na układanie długich szyn. Umożliwił to VII Kongres Kolejowy, który potwierdził możliwość stosowania wyrobów o długości do 1930 m bez negatywnych konsekwencji w postaci rozszerzalności i kurczenia termicznego. Mniej więcej w tym samym czasie pojawiły się specjalne maszyny mobilne, które potrafiły spawać szyny bezpośrednio na torze kolejowym.

Utrzymanie stawów to ciężka praca. Zdjęcie: youtube.com

W ZSRR rok 1932 na kolei upłynął pod znakiem ułożenia ciągłego ciągłego toru o długości 215–225 m na mostach przez Wołgę (Kalyazin) i Okę (Serpukhov). W 1933 roku na stacji. Podmoskovnaya jako pierwsza wybudowała odcinek o długości 477 m. Do 1966 roku w kraju było już 5,5 tys. km takiej linii kolejowej. W 1982 roku zaczęto stosować rzęsy o długości 850 m. Szyny stały się cięższe, a podczas spawania zastosowano wkładki odporne na zerwanie przy sile 2,5 MN.

Jak działa płynny utwór?


Głównym problemem jest rozszerzalność cieplna kolei latem i kurczenie się zimą. Występuje, ale tylko na końcach spawanej szyny. Obszary te nazywane są obszarami niwelacyjnymi. Aby zminimalizować wpływ temperatury, dwuteownik jest mocowany częściej: w środku jest więcej połączeń niż na końcach.

Długość 850, stosowana do kolei ciągłej, musi mieć podobny skład metalu i być produkowana w tym samym przedsiębiorstwie.

Jednak nie wszystko jest takie idealne: w ekstremalnych upałach tzw. przeregulowanie, czyli ostre poziome zakrzywienie szyny. Przy silnym mrozie spoina może pęknąć. W związku z tym ograniczana jest długość toru ciągłego, najczęściej do 1700 m – zgodnie ze standardową długością odcinka blokowego. W praktyce pomiędzy rzęsami (850 m) wprowadza się przęsło wyrównawcze składające się z 2-4 szyn zwykłych. Ich standardowa długość wynosi 12 m.

Dokręcanie elementów złącznych za pomocą klucza dynamometrycznego. Zdjęcie: youtube.com

Jest jeszcze jeden powód, dla którego ciągła ścieżka nie może być „nieskończona”. Jest to konieczność odizolowania szyn od siebie, ponieważ może w nich powstać napięcie statyczne. A prąd zasilający lokomotywy jest przemienny lub bezpośredni. I nie można tego „mieszać”.

Jak spawać szyny


Procedura jest dość skomplikowana, ponieważ stosuje się stal wysokowęglową. Dlatego takie prace wykonują wyłącznie wysoko wykwalifikowani specjaliści w firmach, które mają uprawnienia do wykonywania tej operacji. Istnieje kilka metod łączenia rzęs za pomocą spawania.

Elektrokontakt


Najbardziej niezawodna metoda polega na łączeniu poprzez wstępne podgrzanie i stopienie końców szyny. Procedurę przeprowadza się w sposób ciągły lub w trybie pulsacyjnym, gdy szew jest okresowo schładzany i osadzany. Do wykonania tej pracy wykorzystywana jest specjalna maszyna.

Maszyna PRSM do zgrzewania szyn pracuje. Zdjęcie: youtube.com

Metoda charakteryzuje się wysokim stopniem automatyzacji i jest najczęściej stosowana przy budowie autostrad. Wytrzymałość połączenia w porównaniu do całej szyny waha się od 90 do 110%.

Prasa gazowa


Wstępne przygotowanie polega na mechanicznym docięciu końcówek w celu zapewnienia szczelnego dopasowania. Szyna jest również traktowana dichloroetanem. Następnie oba końce zaciska się za pomocą prasy hydraulicznej, podgrzewa do temperatury 1200°C i ściska, zbliżając je do siebie. Metoda ta jest popularna w USA: zapewnia 90-100% wytrzymałości.

Spawanie łukiem elektrycznym


Połączenie wykonuje się poprzez wypełnienie szczeliny o szerokości 14-16 mm roztopioną elektrodą. Umieszcza się go pomiędzy końcami i przepuszcza przez niego prąd.

Spawanie elektrodami

Metodą tą stosuje się łączenie torów na stacjach. Jakość pracy zależy od elektrody; osiągnięta siła połączenia wynosi 55-70% w porównaniu do produktu całkowicie metalowego.

Spawanie termitem


Istotą chemiczną jest redukcja żelaza z jego tlenku w „sąsiedztwie” z aluminium. Podczas reakcji wydziela się dużo ciepła, które nagrzewa końce szyn. Technologia stworzona specjalnie do łączenia surowych końcówek. Ponadto mogą być wykonane z różnych gatunków stali. Konieczne są prace przygotowawcze: czyszczenie, montaż form, w których umieszcza się termit (i gdzie następnie podpala się). Służy do tego latarka. Po rozpoczęciu procesu materiał topi się i wpływa do szwu.

Spawanie termitem: widoczne pochodnie. Zdjęcie: youtube.com

Wszystko dzieje się w ciągu 15-20 minut. Następnie złącze jest szlifowane. Technologia jest prosta i wydajna: nie ma potrzeby stosowania nieporęcznych maszyn, pociągów do spawania szyn ani źródeł energii. Wszystko wykonywane jest ręcznie, przez profesjonalistów. Całkowity czas dokowania nie przekracza godziny. Wytrzymałość w porównaniu do poprzedniej metody łączenia jest wyższa - od 65 do 70%.

Ciągłe utrzymanie torów


Jak wspomniano wcześniej, główną troską pracowników kolei jest kontrola temperatury, która wzrasta latem i zimą. W tym celu stosuje się przenośne termometry. W czasie upałów położenie szyny mierzy się na długości od 8 do 15 m.

Pomiar temperatury torów kolejowych. Zdjęcie: youtube.com

Jeżeli odchylenie wynosi więcej niż 10 mm na 10 m ścieżki, niebezpieczny obszar należy odgrodzić sygnałami instalacyjnymi i podjąć działania mające na celu rozładowanie naprężeń temperaturowych. Prace trwają na najbliższym przęśle niwelacyjnym. Jeżeli nie można tego zrobić szybko, wycina się kawałek szyny i zastępuje go innym.

Wycięcie zdeformowanego kawałka szyny. Zdjęcie: youtube.com

W zimne dni, gdy metal jest ściskany, sprawdzane są spoiny: w razie potrzeby łączniki są dokręcane na końcach rzęs. W razie potrzeby odcinki szyn są zastępowane wydłużonymi w odcinkach wyrównawczych.

odkrycia


Pomimo pewnych trudności w utrzymaniu, utrzymanie toru ciągłego jest łatwiejsze i tańsze niż klasycznego. Ponadto warto rozważyć zalety szyn „solidnych”:

✅ płynny ruch pociągów pasażerskich: mniejszy hałas, drgania
✅zwiększona żywotność zarówno szyn, jak i wagonów i lokomotyw
✅ niższe koszty napraw i utrzymania torów
✅oszczędność metalu podczas budowy kolei
✅ zmniejsza się opór kół pociągu: wzrasta jego prędkość
✅ zwiększone bezpieczeństwo: zmniejsza się prawdopodobieństwo wykolejenia pociągu

Jedną z wad jest względna trudność naprawy uszkodzonego odcinka toru. A także konieczność ułożenia grubej (co najmniej 45 cm) warstwy balastowej. Ponadto może zwisać, co należy monitorować. Jednakże długość linii kolejowych ciągłych w Federacji Rosyjskiej stopniowo rośnie: według danych za 2003 rok stanowiły one 40% całkowitej długości linii kolejowych.
Co sądzisz o technologii bezdokowej?
Nasze kanały informacyjne

Zapisz się i bądź na bieżąco z najświeższymi wiadomościami i najważniejszymi wydarzeniami dnia.

Polecamy dla Ciebie
Chcą rozszerzyć produkcję Ił-76

Chcą rozszerzyć produkcję Ił-76

A Ił-114, który powinien rozwiązać problem niedoboru samolotów regionalnych w naszym kraju, ma dobre perspektywy eksportowe. Szczegóły w...