Постоянный путь (история)

Часть деревянного пути из золотого рудника XVI века в Трансильвании . Вагоны ориентировались по ярко выраженному бортику на деревянных колесах и узкой колее 480 мм ( 18 ⁷ ⁄ ₈  дюйма) позволял изменять точки, поворачивая единственную переключающую рейку. ^[1]

Современная иллюстрация управляемого грузовика, используемого на шахтах 16-го века в Германии

Реконструкция плоского деревянного пути для транспортировки серебряной руды; руководство осуществлялось вертикальным штифтом, проходящим между брусьями.

Постоянный путь является элементы железнодорожных линий: как правило , пары рельсов обычно укладывают на шпалы или связей , встроенных в балласте, предназначенный для перевозки обычных поездов железной дороги. Его называют постоянным способом, потому что на заре строительства железной дороги подрядчики часто прокладывали временные пути для транспортировки грунта и материалов по территории; когда эта работа была в основном завершена, временный путь был установлен, а постоянный путь проложен.

Самые ранние пути состояли из деревянных рельсов на поперечных деревянных шпалах, которые помогали поддерживать расстояние между рельсами. Затем последовали различные разработки: чугунные пластины накладывались поверх деревянных рельсов, а позже - кованые железные пластины или кованые угловые пластины ( угловое железо в виде L-образных пластинчатых рельсов). Рельсы также отдельно прикреплялись 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. Первая версия Брюнели «S 7 футов ( 2134 мм ) широкая колеяВ системе использовались рельсы, уложенные на продольных шпалах, ширина колеи и высота которых фиксировались привязкой к сваям (концептуально схожая с свайным мостом ), но такое расположение было дорогостоящим, и Брунель вскоре заменил его тем, что стало классической дорогой широкой колеи, в которой от свай отказались, а ригели, похожие на шпалы, сохранили колею. Сегодня на большинстве железнодорожных путей используется стандартная система рельсов и шпал; лестничная дорожка используется в нескольких приложениях.

Развитие производственных технологий привело к изменениям в конструкции, производстве и установке рельсов, шпал и средств крепления. Чугунные рельсы длиной 4 фута (1,22 м) начали использоваться в 1790-х годах, а к 1820 г. стали использоваться рельсы из кованого железа длиной 15 футов (4,57 м). Первые стальные рельсы были изготовлены в 1857 году, и стандартная длина рельсов со временем увеличилась с 30 до 60 футов (9,14 до 18,29 м). Рельсы обычно указывались в единицах веса на линейную длину, и они также увеличивались. Железнодорожные шпалы традиционно изготавливались из твердых пород дерева, обработанных креозотом, и это продолжалось до наших дней. Непрерывные сварные рельсы были представлены в Великобритании в середине 1960-х годов, а затем последовали внедрение бетонных шпал.

Деревянные гусеничные системы [ править ]

Доски [ править ]

Самое раннее использование железнодорожных путей, по-видимому, было связано с добычей полезных ископаемых в Германии в 12 веке. ^[2] Проходы в шахтах обычно были влажными и грязными, и перемещать по ним насыпи с рудой было чрезвычайно сложно. Усовершенствования были сделаны путем укладки деревянных досок, так что колесные контейнеры можно было тащить с собой. К 16 веку проблема сохранения прямой движения повозки была решена путем вставки булавки в щель между досками. ^[3] Георг Агрикола описывает тележки коробчатой ​​формы, называемые «собаками», которые примерно вдвое меньше тачки, снабженные тупым вертикальным штифтом и деревянными роликами, движущимися на железных осях. ^[4] елизаветинской эпохиПример этого был обнаружен в Сильверджилле в Камбрии , Англия ^[5], и они, вероятно, также использовались в близлежащих Королевских шахтах Грасмера, Ньюлендса и Колдбека. ^[6] Там, где позволяло пространство, были установлены деревянные гусеницы круглого сечения для перевозки грузовиков с фланцевыми колесами: на картине 1544 года фламандского художника Лукаса Гасселя изображен медный рудник с рельсами этого типа, выходящими из штольни . ^[7]

Рельсы обрезные [ править ]

Другая система была разработана в Англии, вероятно, в конце XVI века, недалеко от Брозли, для транспортировки угля из шахт, иногда дрейфующих шахт по склону ущелья Северн к реке Северн . Этот, вероятно, наклонный самолет с канатной тягой, существовал «задолго до» 1605 года. ^[8] Вероятно, он предшествовал Wollaton Wagonway 1604 года, который до сих пор считался первым. ^{[9] [10]}

В Шропшире ширина колеи обычно была узкой, чтобы вагоны можно было вывозить под землю в штольнях. Тем не менее, на сегодняшний день наибольшее количество вагонов было около Ньюкасл-апон-Тайн , где единственный фургон буксировал лошадь на фургоне современной стандартной колеи. Они перекачивали уголь из карьера вниз на площадку , где уголь загружали в речные лодки, называемые килями. ^[11]

Износ деревянных рельсов был проблемой. Их можно было обновить, перевернув, но их нужно было регулярно заменять. Иногда планку делали из двух частей, чтобы верхнюю часть можно было легко заменить в случае износа. Рельсы скреплялись деревянными шпалами, покрытыми балластом, чтобы лошадь могла ходить по ней.

Ранние железные рельсы [ править ]

Чугунные полосы можно было уложить поверх деревянных рельсов, и использование таких материалов, вероятно, произошло в 1738 году, но есть утверждения, что эта технология восходит к 1716 году. ^[12] В 1767 году металлургический завод Кетли начал производить чугунные пластины, которые были прикреплены к верхней части деревянных реек с помощью гвоздей, чтобы обеспечить более прочную беговую поверхность. Эта конструкция была известна как ленточный рельс (или ленточный рельс) и широко использовалась на железных дорогах до появления пара в Соединенных Штатах. ^{[13] [14]}Хотя они относительно дешевы и быстро строятся, они не подходят для тяжелых нагрузок и требуют «чрезмерного обслуживания». Колеса поезда, перекатывающиеся по шипам, ослабляли их, позволяя рельсам оторваться и загибаться вверх настолько, чтобы колесо машины могло попасть под него и протолкнуть конец рельса вверх через пол вагона, извиваясь и скручиваясь, создавая опасность для пассажиров. Эти сломанные рельсы стали называть «змеиными головами». ^[14]

Когда кованое железо стало доступным, пластины из кованого железа стали еще более прочной. На рельсах были выступающие проушины (или ушки) с отверстием, чтобы их можно было прикрепить к основному деревянному рельсу.

Железные плиты [ править ]

Альтернативный вариант был разработан Джоном Карром из Шеффилда, управляющим находящейся там шахтой герцога Норфолкского . У этого был L-образный рельс, так что фланец находился на рельсе, а не на колесе. Это также использовалось Бенджамином Аутрамом из Баттерлейского металлургического завода и Уильямом Джессопом (который стал их партнером в 1790 году). Они использовались для перевозки товаров на относительно короткие расстояния до каналов, хотя Curr's проходил между шахтой поместья и Шеффилдом.городок. Эти рельсы называются пластинами, а железную дорогу иногда называют платной. Термин «пластинчатый слой» также происходит от этого происхождения. Теоретически колеса без фланцев можно было использовать на обычных магистралях, но на практике это, вероятно, делалось редко, потому что колеса вагонов были настолько узкими, что могли врезаться в дорожное покрытие.

Система нашла широкое распространение в Великобритании. Часто плиты устанавливались на каменных блоках, а иногда и без шпал, но это могло привести к тому, что рельсы разошлись, увеличивая ширину колеи. Такие железные дороги широко использовались в Южном Уэльсе, в частности, для транспортировки известняка на металлургический завод, а затем для транспортировки железа к каналу, иногда на расстоянии нескольких миль, по которому продукция доставлялась на рынок. Рельсы сначала были из чугуна, как правило, длиной 3 фута (0,91 м) и простирались между каменными блоками. ^[15]

Каменные блоки считались долговечными, но опыт быстро показал, что они оседали и постепенно перемещались в условиях дорожного движения, создавая хаотичную геометрию пути и вызывая сходы с рельсов. Другая проблема заключалась в том, что беговая поверхность могла забиваться камнями, смещенными из балласта. Альтернативой было использование железной стяжки для удержания рельсов надлежащей ширины, включая башмак, в котором рельс был закреплен. ^[15]

Примером этого был Penydarren или Мертир трамвайных . Ричард Тревитик использовал его для демонстрации первого локомотива в 1804 году с использованием одного из своих паровых двигателей высокого давления , но двигатель был настолько тяжелым, что сломал многие рельсы.

Ранние кромочные рельсы [ править ]

Чугунные перила были использованы Томасом Дадфордом-младшим при строительстве линий Бофорта и Блэнавона до канала Монмутшир в 1793 году. Они были прямоугольными, шириной 2,5 дюйма (64  мм ) и глубиной 3 дюйма (76 мм) и 4 фута (4 фута). 1,2 м) и необходимые фланцы на колесах вагона. В том же году Бенджамин Аутрам использовал перила на Кромфордском канале . Т-образные балки использовались Уильямом Джессопом на линии Лафборо - Нанпантан в 1794 году, а его сыновья использовали двутавровые балки в 1813–1815 годах на железной дороге от Грантема до замка Белвуар.. Образцы этих рельсов хранятся в Музее науки в Лондоне . ^[16]

Недолговечной альтернативой был профиль с « рыбьим животом» , впервые использованный Томасом Барнсом (1765–1801) в Уокер-Коллиери, недалеко от Ньюкасла в 1798 году, что позволило рельсам иметь более длинный пролет между блоками. Это были краевые рельсы Т-образного сечения, длиной три фута, уложенные на поперечные каменные шпалы. Они все еще были из чугуна . ^[17]

Butt v Lapp Joints [ править ]

Самые ранние рельсы имели квадратные стыковые соединения, которые были слабыми, и их трудно было удерживать соосно. Джордж Стефенсон представил притертые стыки, которые довольно хорошо сохраняли свое положение. ^[18]

Современные кромочные планки [ править ]

Прорыв произошел, когда Джон Биркиншоу из Бедлингтонского металлургического завода в Нортумберленде в 1820 году разработал рельсы из кованого железа длиной 15 футов (4,6 м), которые использовались для железных дорог Стоктона и Дарлингтона . Он был достаточно прочным, чтобы выдержать вес локомотива и тянущегося им поезда. Это знаменует начало современной железнодорожной эры. Эта система мгновенно оказалась успешной, хотя имели место некоторые фальстарты. Некоторые ранние рельсы были сделаны в Т-образном поперечном сечении, но отсутствие металла у основания ограничивало прочность на изгиб рельса, который должен действовать как балка между опорами.

По мере совершенствования металлических технологий эти рельсы из кованого железа постепенно становились несколько длиннее и с более тяжелым и, следовательно, более прочным поперечным сечением. За счет большего количества металла в основании рельса была создана более прочная балка, обеспечивающая гораздо лучшую прочность и жесткость, а также была создана секция, аналогичная секции рельса с упором, которая все еще видна сегодня. Однако это было дорого, и сторонники первых железных дорог боролись с решениями о подходящем весе (и, следовательно, прочности и стоимости) своих рельсов.

Сначала секция рельса была почти симметричной сверху вниз и описывалась как двуглавый рельс. Намерение состояло в том, чтобы перевернуть поручень после того, как верхняя поверхность изношена, но рельсы имеют тенденцию к развитию стула, истиранию рельса там, где он опирается на стулья, и это сделало бы бег по бывшей нижней поверхности невероятно шумным и нерегулярный. Было лучше предусмотреть дополнительный металл на верхней поверхности и получить там дополнительный износ без необходимости переворачивать рельс на период его полураспада.

Многие железные дороги предпочитали рельсы с плоским дном, когда рельсы можно было укладывать прямо на шпалы, что давало заметную экономию средств. Проблемой было отступление спящего; там, где движение было интенсивным, возникла необходимость в установке подошвы под рельсы для распределения нагрузки на стяжку, что частично снизило экономию средств. Однако в ситуациях с основной линией эта форма нашла почти всеобщее распространение в Северной Америке и Австралии, а также в большей части континентальной Европы. Соединенное Королевство настаивает на использовании рельсов с упорным наконечником на основных линиях, причем широкое внедрение рельсов с плоским дном началось только примерно с 1947 года.

Стальные рельсы [ править ]

Первые рельсы из стали были изготовлены в 1857 году , когда Роберт Форестер Мушет переплавил стальной лом после неудачных испытаний Бессемера в тиглях на металлургическом заводе в Эббв-Вейл и были уложены экспериментально на железнодорожной станции Дерби на Мидлендской железной дороге в Англии . Рельсы оказались намного более прочными, чем железные рельсы, которые они заменили, и использовались до 1873 года. ^{[19] [20]} Генри Бессемер поставил 500 тонн стальных блюмов на железнодорожный завод Лондонской и Северо-Западной железных дорог в Крю.в 1860 году. Несколько других компаний начали производство стальных рельсов в последующие годы. ^[21] Переход на стальные рельсы был ускорен внедрением мартеновского производства стали . Уильям Сименс основал свой сталелитейный завод в Ландоре частично для обеспечения железной дороги Великой Западной железной дороги . ^[21] За этим последовал бум производства железных дорог, но банковский кризис в Америке замедлил темпы строительства железных дорог и заказов для британских производителей железных дорог. ^[22] Британская металлургическая промышленность пережила рецессию, которая особенно затронула сектор производства кованого железа. Когда спрос на рельсы снова начал расти, в основном это были стальные рельсы, которые были более прочными, чем железные. ^{[цитата необходима ]}

Связанные функции [ править ]

Спящие [ править ]

Деревянные шпалы, то есть поперечные балки, поддерживающие два рельса, образующих путь, заменили ранее использовавшиеся отдельные каменные блоки. Эта система имеет главное преимущество в том, что ремонтные корректировки геометрии пути не повлияли на важнейшую ширину колеи. Выравнивание гусеницы можно было регулировать, перемещая шпалы телесно, без потери ширины колеи. Широко использовалась древесина хвойных пород, но ее срок службы был ограничен, если ее не обрабатывать консервантами, и на некоторых железных дорогах для этой цели были созданы установки для креозирования. Обработанная креозотом древесина твердых пород в настоящее время широко используется в Северной Америке и других странах.

К настоящему времени использовались относительно длинные (около 20 футов) кованые рельсы, поддерживаемые стульями на деревянных поперечных шпалах - форма гусеницы, которую сегодня можно узнать на старых путях.

Стальные шпалы были опробованы как альтернатива дереву; Экворт ^[23] в 1889 году описывает производство стальных шпал на Лондонской и Северо-Западной железных дорогах, и есть иллюстрация, показывающая секцию катаного швеллера (неглубокие перевернутые U-образные формы) без фасонных концов и с коваными стульями из трех частей. клепаные прямые. Однако стальные шпалы, похоже, не получили широкого распространения примерно до 1995 года. В настоящее время они чаще всего используются для продления срока службы существующих путей на второстепенных маршрутах. Они имеют значительное преимущество в слабых пластах и ​​плохих условиях балласта, так как опорная поверхность находится на высоком уровне, непосредственно под опорой рельса.

Рельсовые крепления [ править ]

Ранние чугунные рельсы 18 века и ранее использовали цельные крепления для крепления гвоздями или болтами к железнодорожным шпалам. Появившиеся в конце 18 века ремешки из литого, а затем и из прокатного железа прибивали к деревянным опорам через отверстия с потайной головкой в ​​металле. Появление в 1820-х годах прокатных рельсовых профилей, таких как Т-образный параллельный рельс с одним фланцем и позже Т-образный параллельный рельс с двойным фланцем, потребовало использования стульев, ключей для удержания рельса и болтов или шипов для фиксации стула. Плоским дном железнодорожных изобретен Роберт Л. Стивенсв 1830 г. первоначально шипы были прикреплены непосредственно к деревянным шпалам, позже стяжные пластины использовались для распределения нагрузки, а также для удержания рельса в пределах колеи со встроенными плечами в плите. За пределами Северной Америки позже было введено большое количество систем крепления на основе пружин в сочетании с опорными плитами и рельсом с плоским дном, которые теперь повсеместно используются на магистральных высокоскоростных железных дорогах.

Балласт [ править ]

Первоначально гусеница была проложена прямо на земле, но это быстро оказалось неудовлетворительным, и потребовался какой-то балласт, чтобы распределить нагрузку и удерживать гусеницу в надлежащем положении. Естественный грунт редко достаточно, чтобы принять нагрузку от локомотивов без чрезмерного урегулирования сильный, и слой балласта под шпалой снижает давление подшипника на земле. Балласт, окружающий шпалы, также имеет тенденцию удерживать их на месте и сопротивляется смещению.

Балласт обычно представлял собой доступный на местном уровне минеральный продукт, такой как гравий или отходы добычи угля и железа. Железная дорога Великого Севера Шотландии использовала речной гравий - круглую гальку. В более поздние годы использовалась зола от паровых двигателей и шлак (побочный продукт производства стали).

Датчики [ править ]

Ранние колеи [ править ]

Первые железные дороги были почти исключительно местными предприятиями, связанными с транспортировкой полезных ископаемых к некоторым водным путям; для них ширина колеи была принята в соответствии с предназначенными для использования вагонами, и, как правило, она находилась в диапазоне от 4 футов до 4 футов 8½ дюйма, и сначала не было представления о необходимости какого-либо соответствия ширине колеи. другие строки. Когда появились первые общественные железные дороги, искусное новаторство Джорджа Стивенсона означало, что его железные дороги были доминирующими, и 4 фута  8 ¹ / ₂  в(1435 ммкалибра) он использовал поэтому наиболее распространенным. По мере развития ранних представлений о соединении различных железнодорожных систем эта ширина колеи получила широкое распространение. Это более или менее историческая случайность, что эта ширина колеи, которая подходила для вагонов, уже использовавшихся на шахте, где Джордж Стефенсон работал машинистом, стала британской стандартной шириной колеи: она экспортировалась в большую часть Европы и Северной Америки.

Иногда делается ссылка на «колею» колеи в каменных проездах на древних памятниках, таких как Помпеи , и часто утверждается, что она примерно такая же, как колея Стефенсона. Конечно, колеи образовывались колесами тележек, и тележки имели разумный размер для конных повозок до индустриальной эры, почти такой же, как размер довозных тележек на шахте, где работал Стефенсон. : это единственная связь.

Путь с широкой колеей [ править ]

Когда Исамбард Королевство Брюнель задумал Великую Западную железную дорогу (GWR), он искал улучшенный дизайн для своего железнодорожного пути и не принял ни один из ранее полученных знаний без проблем. Колея в 4 фута 8½ дюймов подходила для небольших грузовиков с минеральной водой в трамвае, запряженном лошадьми, но он хотел что-то более стабильное для своей высокоскоростной железной дороги. Колеса большого диаметра, используемые в дилижансах, обеспечивали лучшее качество езды по пересеченной местности, и Брунель изначально предполагал, что его пассажирские вагоны будут перевозиться таким же образом - на колесах большого диаметра, размещенных вне кузова экипажей. Для достижения этой цели ему нужна более широкие колеи , и он остановился на знаменитых 7 футов (2,1 м) широкая колея. (Позже он был уменьшен до 7 футов 0 дюймов). Когда пришло время строить пассажирские вагоны, они все-таки проектировались традиционно с меньшими колесами под кузовами, но с семифутовой шириной колеи кузова могли быть намного шире, чем на стандартной колее. Его первоначальное намерение иметь колеса за пределами ширины кузова было оставлено.

Брюнель также рассмотрел новые формы рельсов 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 для этой цели он использовал неглубокий мостовой рельс . Более широкая, плоская ступня также означала, что можно было отказаться от стула, необходимого для секции с бычьим упором. Продольные балки необходимо было держать на правильном расстоянии, чтобы правильно удерживать калибр, и Брюнель добился этого с помощью деревянных ригелей - поперечных распорок - и железных стяжек. Вся сборка называлась глухой дорогой.- железнодорожники свой путь обычно называют дорогой. Первоначально Брюнель привязал гусеницу к деревянным сваям, чтобы предотвратить поперечное смещение и отскок, но он упустил из виду тот факт, что земля, на которой его гусеница поддерживалась между сваями, оседала. Сваи оставались устойчивыми, а земля между ними осела, так что вскоре его след приобрел неприятную волнистость, и ему пришлось разрезать сваи, чтобы путь мог осесть более или менее равномерно. Вариант грунтовой дороги до сих пор можно увидеть на многих старых под мостах, где не было балласта. Конструкция значительно различается, но во многих случаях продольные балки опираются непосредственно на поперечные балки с помощью ригелей и поперечин для удержания колеи, но, конечно же, с помощью современных перил и опорных плит или стульев.Продольные шпалы чем-то похожи на современныеЛестничная дорожка .

Группа железных дорог, инженером которой был Брунель, была успешной, и ширококолейная колея распространилась по всей западной Англии, Южному Уэльсу и Западному Мидлендсу . Но по мере расширения британской железнодорожной сети несовместимость двух систем стала серьезным препятствием, поскольку вагон нельзя было отправить из одной системы в другую без ручной перевалки товаров. Комиссия Gaugeбыл назначен для определения национальной политики. Широкая колея была технически лучше, но преобразование маршрутов со стандартной шириной колеи в широкие означало бы реконструкцию каждого туннеля, моста и платформы станции, тогда как всеобщее принятие стандартной колеи требовало только постепенного преобразования самого пути. Широкая колея была обречена, и никаких дальнейших независимых линий широкой колеи не могло быть построено.

Существующие маршруты с широкой колеей можно было продолжить, но, поскольку они не имели потенциала развития, их окончательное преобразование в стандартные было лишь вопросом времени. Тем временем был проложен большой участок пути со смешанной колеей , где на каждой линии было по три рельса для приема поездов любой колеи. Были случаи, когда курсировали поезда смешанной колеи , когда вагоны каждой колеи работали в одном составе. Наследие широкой колеи все еще можно увидеть там, где кажется излишне широкое пространство между платформами станций.

Двадцатый век и далее [ править ]

С 1900 по 1945 год [ править ]

В начале двадцатого века форма британской гусеницы сошлась на использовании кованого железа.рельсы с подпорками, поддерживаемые чугунными стульями на деревянных шпалах, уложенные в виде балласта. В Северной Америке стандартом были Т-образные рельсы и анкерные пластины, прикрепляемые к деревянным шпалам с помощью обрезных шипов. Многие железные дороги использовали очень легкие рельсы, и по мере увеличения веса и скорости локомотивов они перестали соответствовать требованиям. 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, стыки рельсов были источником большей части работ, а по мере совершенствования технологии производства стали появилась возможность катать стальные рельсы увеличенной длины, что уменьшало количество стыков на милю. Стандартная длина стала 30 футов (9 144 мм), затем 45 футов (13 716 мм) и, наконец, 60 футов (18 288 мм) стали нормой.Для использования на основной линии стандартной рельсовой секцией стала секция 95BH, весом 95 фунтов на ярд (47,13 кг на метр). Для второстепенных маршрутов использовалась более легкая секция 85BH (42,16 кг на метр).

Рельсы с плоским дном по-прежнему считались нежелательными для использования на магистральных железных дорогах Великобритании, несмотря на их успешное использование в Северной Америке, хотя на некоторых британских железных дорогах, эксплуатируемых в легкой эксплуатации, их использовали, как правило, с шипами прямо на шпалы. При интенсивном использовании, они отступ шпал серьезно и добавочной стоимость базовой пластины появились на этой ранней дату, чтобы исключить плоский нижний раздел.

Деревянные шпалы были дорогими и недолговечными, и инженеры железных дорог имели твердые - и противоречивые - взгляды на лучшие породы древесины и лучшие консерванты. Железные дороги перешли к стандартизации шпалы из мягкой древесины, сохраняемой за счет закачки креозота под давлением , размером 8 футов 6 дюймов (2 591 мм) в длину, 10 дюймов (254 мм) на 5 дюймов (127 мм). Стулья крепились к шпалам с помощью гвоздей (стальных шипов, продетых через деревянную гильзу) или трех стуловых шурупов на первоклассных маршрутах. Только GWR среди основных железнодорожных путей соответствовал собственному стандарту: рельс 00 с плотностью 97,5 фунтов / ярд (48,365 кг на метр) и с двумя болтами, прикрепляющими каждое кресло к спальному месту, с головкой болта под спальным местом и гайка над стулом - надежнее, но ее гораздо сложнее отрегулировать.

Некоторые эксперименты проводились до 1945 года с железобетонными шпалами, в большинстве случаев с установленными на них стульями с упором. Это было ответом на очень высокую цену на лучшую (самую прочную) древесину, но железобетонные шпалы никогда не были успешными в использовании на основных линиях. Бетонные горшки также использовались в подъездных путях; их иногда называют двухблочными шпалами, и они состоят из двух бетонных блоков, каждый из которых установлен на стуле, и соединяющего их уголка, удерживающего калибр.

Послевоенное развитие [ править ]

В конце Второй мировой войны в 1945 году британские железные дороги были изношены, так как их ремонтировали после военных повреждений без наличия большого количества новых материалов. Страна также находилась в слабом экономическом положении, и в течение почти десятилетия после войны материалы - особенно сталь и древесина - были в очень дефиците. Доступность рабочей силы также была серьезно ограничена.

Железнодорожные компании пришли к убеждению, что традиционные формы рельсов с утолщенной головкой нуждаются в пересмотре, и после некоторых экспериментов был принят новый формат рельсов с плоским дном. В Британском Стандартных секциях были непригодны и новый профиль, 109 фунтов / ярд рельс, был сделан новый стандарт. При длине 60 футов, уложенной на стальные опорные плиты на шпалах из мягкой древесины , он должен был стать универсальным стандартом. Крепления должны были быть из упругой стали, а для второстепенных маршрутов был принят рельс 98 фунтов / ярд. Региональные различия все еще сохранялись, и , например, в Восточном регионе предпочитали шпалы из твердой древесины и зажимы Mills .

Новые конструкции были успешными, но они породили множество проблем, особенно потому, что наличие опытного персонала по техническому обслуживанию гусениц стало крайне затруднительным, а плохо обслуживаемый гусеничный тракт с плоским дном казалось более трудным поддерживать в хорошем состоянии, чем плохо обслуживаемый гусеничный тракт. Большая жесткость плоского дна была преимуществом, но она имела тенденцию выпрямляться между стыками на поворотах; жесткость плоского днища приводила к высоким вертикальным ударным нагрузкам в плохо обслуживаемых соединениях, что приводило к большому количеству усталостных трещин в соединениях. Более того, эластичные рельсовые крепления мало сопротивлялись проскальзыванию рельсов - рельсы были склонны постепенно двигаться в направлении движения, а рабочая нагрузка по оттягиванию рельсов назад для регулирования стыков была на удивление высокой.

Рельсы сварные длинные [ править ]

Большая часть работы по уходу за гусеницей приходилась на стыки, особенно когда жесткие рельсы опускались, а стыковые шпалы подвергались ударам. Довоенные эксперименты с сварными рельсами большой длины были продолжены, и в годы с 1960 года были установлены длинные рельсы, сначала на шпалах из твердой древесины, но вскоре и на бетонных шпалах. Например, первый длинный сварной рельс (почти 1,6 км) на магистральной линии Восточного побережья Великобритании был проложен в 1957 году к югу от Карлтон-он-Трент , опираясь на резиновые прокладки для предотвращения проскальзывания рельсов. ^[24]На этом новаторском этапе были допущены некоторые катастрофические ошибки при детальном проектировании, но примерно с 1968 года непрерывный сварной рельс стал надежным стандартом для универсальной установки на основных и второстепенных маршрутах. В принятой форме использовались предварительно напряженные бетонные шпалы и рельсовая секция 110A - небольшое улучшение по сравнению с ранее использовавшимися рельсами 109 - буква A должна была отличать ее от секции рельсов 110 фунтов / ярд по британскому стандарту, которая была неподходящей. Рельсовые крепления в конечном итоге сошлись на запатентованном пружинном зажиме, произведенном компанией Pandrol, который был эксклюзивной формой крепления в Великобритании около 30 лет.

Сварной путь должен был быть уложен на щебеночном балласте от шести до двенадцати дюймов (от 15 до 30 сантиметров), хотя это не всегда достигалось, а несущая способность формации не всегда принималась во внимание, что приводило к некоторым впечатляющим разрушениям формации. .

Дальнейшее усовершенствование профиля рельса привело к созданию секции 113A, которая была универсальным стандартом примерно до 1998 года; детализация шпал и профиля балласта завершила картину, и общая форма пути стабилизировалась. В настоящее время этот формат используется более чем на 99% первоклассных магистралей в Великобритании, хотя железнодорожный участок CEN60 (60 кг / м) был введен в Великобритании в 1990-х годах. Он имеет более широкое основание рельса и выше, чем секция 113A, поэтому несовместима со стандартными шпалами.

Поезда для обновления путей заменили трудоемкие постоянные железнодорожные бригады. Длинный сварной рельс сложно было установить вручную. Ранняя демонстрация механизированной прокладки путей с двумя длинными сварными рельсами длиной 600 футов (180 м) была проведена на филиале « Боевые петухи» в 1958 году. Эти два отрезка были погружены в десять вагонов, прикрепленных к существующему пути стальным тросом и втягивается со скоростью 30 футов (9,1 м) в минуту. Когда поезд двинулся назад, старые рельсы были выдвинуты, а новые опущены на стулья. Подъемник на задней тележке поставил последнюю часть рельса на место. ^[25]

Ширина колеи [ править ]

Как уже говорилось, общая ширина колеи в Великобритании составляла 4 фута 8 дюймов.  ¹ / ₂  в(1435 мм). В конце 1950-х годов общие стандарты содержания путей быстро ухудшились из-за трудностей с укомплектованием персоналом, и скорость грузовых поездов на некоторых маршрутах увеличилась. Грузовые поезда почти полностью состояли из четырехколесных вагонов с короткой колесной базой (10 футов), перевозимых на очень жесткой эллиптической подвеске с листовыми рессорами, и эти вагоны показали тревожно высокую скорость схода с рельсов. Любой, кто стоял на обочине дороги, мог наблюдать, как быстро движется товарный поезд, и наблюдать, как несколько вагонов тревожно раскачиваются и покачиваются даже на хороших путях, а сход с рельсов происходил, когда встречался какой-нибудь плохой путь.

Динамическое поведение вагонов было проблемой, но было принято решение снизить разрешенную скорость вагонов до 45 миль в час и уменьшить ширину колеи на одну восьмую дюйма до 4 футов 8 дюймов (1432 мм) для новых. установки непрерывносварного пути на бетонных шпалах. Конечно, длительный жизненный цикл трека означал, что процесс преобразования займет 30 или более лет. Однако основание сужения колеи было ошибочным. Идея, по-видимому, заключалась в том, чтобы уменьшить свободное пространство для бокового движения вагонов, чтобы они были «ограничены» движением по прямой. Фактически, железнодорожные транспортные средства не удерживаются фланцами колес, за исключением оченькрутые повороты, и при нормальном движении эффект рулевого управления из-за конусности колес является доминирующим. При уменьшении ширины колеи эффективная конусность увеличивается (ухудшается) и увеличивается склонность вагонов к рысканию и крену. Многие сходы с рельсов имели место на относительно новых непрерывно сварных рельсовых путях, и часто такой сход с рельсов приводил к разрушению около мили нового пути, поскольку грузовой поезд мог пройти такое расстояние, чтобы остановиться; бетонные шпалы оказались не прочными под колёсами сошедшего вагона.

Эффект уменьшился, поскольку парк вагонов был модернизирован (и другие эффекты заняли первое место), а ширина колеи для нового пути была незаметно восстановлена ​​до 4 футов 8 дюймов.  ¹ / ₂  в(1435 мм). Конечно, подавляющее большинство путей на основных линиях по-прежнему имеет более узкую колею, и пройдет несколько десятилетий, прежде чем смена колеи будет завершена. ^[26]

Переключатели и переходы [ править ]

Терминология затруднительна для «переключателей и переходов» (S&C) ранее «точек и переходов» или «фитингов».

Ранние S&C допускали только очень низкую скорость на вспомогательном маршруте («стрелка»), поэтому геометрический дизайн не имел особого значения. Многие старые единицы s & c имели незакрепленное соединение в пятке, так что рельс стрелочного перевода мог повернуться, чтобы приблизиться к рельсу приклада или открыться от него. Когда переключающая рейка была закрыта, было обеспечено разумное выравнивание; когда он был открыт, ни одно колесо не могло по нему двигаться, так что это не имело значения.

По мере роста скорости это было невозможно, и рельсы переключателей были закреплены на конце пятки, а их гибкость позволяла открывать и закрывать носок. Производство стрелочных переводов было сложным процессом, а производство крестовин - еще более сложным. Скорость на вспомогательном маршруте редко превышала 20 миль в час, за исключением очень специальных конструкций, и была применена большая изобретательность, чтобы обеспечить хорошую езду транспортным средствам, проезжающим на скорости на основной линии. Сложность заключалась в распространенном переходе, когда было затруднено постоянное поддержание проезда колес, и острие было спланировано так, чтобы защитить его от прямого удара в направлении движения, так что была внесена расчетная неровность опоры.

Поскольку требовались более высокие скорости, было разработано больше конфигураций систем и оборудования, и требовалось очень большое количество компонентов, каждый из которых предназначен только для одного типа оборудования. На более высоких скоростях на поворотной дороге отклонение от основного маршрута намного более постепенное, и поэтому требуется очень значительная длина планирования стрелочного перевода.

Примерно в 1971 году эта тенденция изменилась с появлением так называемых вертикальных тросов, в которых рельсы держались вертикально, а не с обычным наклоном 1 к 20. С другими упрощениями это значительно уменьшило складские запасы, необходимые для широкого диапазона скоростей пикапа, хотя вертикальный рельс приводит к потере эффекта рулевого управления, и движение по новым вертикальным тросам часто бывает нерегулярным.

Непрерывный сварной рельс [ править ]

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

Основным препятствием для этого является тепловое расширение : рельсы расширяются при более высоких температурах. Без стыков рельсам не будет места для расширения; по мере того, как рельсы становятся теплее, они будут развивать огромную силу, пытаясь расшириться. Если их предотвратить от расширения, они развивают силу 1,7 тонны (17 кН) на каждый 1 градус Цельсия изменения температуры в практическом участке рельса. ^[27]

Если небольшой куб металла сжать между губками пресса, он сожмется, то есть будет несколько сжат, и он сможет противостоять очень большой силе без окончательного отказа. Однако, если длинный кусок металла того же поперечного сечения сжимается, он деформируется вбок и принимает форму дуги; этот процесс называется короблением, и сила сжатия, которую он может выдержать, намного меньше.

Если бы длинный тонкий кусок металла можно было закрепить, чтобы предотвратить его коробление (например, заключив его в трубку), то он сможет противостоять гораздо более высокой сжимающей силе. Если рельсы можно закрепить аналогичным образом, можно предотвратить их коробление. Вес гусеницы препятствует изгибу вверх, поэтому изгиб, скорее всего, произойдет сбоку. Этому предотвращают:

• наличие толстых шпал, создающих трение о балластный слой
• обеспечение надежной опоры шпал на консолидированном балласте для создания трения
• обеспечение консолидированного балласта по бокам шпал для обеспечения дополнительного трения
• нагревание рельсов, когда они установлены и закреплены 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, были удалены до возвращения в теплую погоду.
• следите за тем, чтобы изгибы не высовывались внутрь в холодную погоду в достаточной степени, чтобы сделать коробление более вероятным при возвращении в теплую погоду
• принятие мер предосторожности при проведении работ по техническому обслуживанию пути в жаркую погоду и обеспечение достаточного уплотнения балласта перед возобновлением работы на полной скорости.

Если рельс удерживается так, что он вообще не может расширяться, то длина рельса, с которой можно работать, не ограничена. (Расширяющая сила в рельсе длиной один фут при определенной температуре такая же, как в миле или 100 милях рельса.) Ранние непрерывные сварные рельсы устанавливались на ограниченную длину только из-за технологических ограничений. Однако в конце секции CWR, где он упирался в более старую, обычную сочлененную гусеницу, эта гусеница не могла бы противостоять растягивающей силе, и сочлененная гусеница могла бы деформироваться. Чтобы предотвратить это, были установлены специальные расширительные переключатели, иногда называемые сапунами. Выключатели расширения могут обеспечивать значительное расширение - обычно четыре дюйма (100 мм) или около того - в концевой части CWR без передачи движения на сочлененную направляющую.

CWR устанавливается и закрепляется при оптимальной температуре, чтобы гарантировать ограничение максимально возможной расширяющей силы. Эта температура называется температурой без напряжения, и в Великобритании она составляет 27 ° C (81 ° F). ^[27]Он находится в верхнем диапазоне обычных наружных температур, и фактические монтажные работы, как правило, проводятся при более низких температурах. Первоначально рельсы были физически нагреты до температуры без напряжений с помощью нагревателей пропанового газа; затем их трясли ручками, чтобы исключить какое-либо связывание, предотвращая равномерное расширение, а затем обрезали. Однако примерно с 1963 года гидравлические домкраты используются для физического натяжения рельсов, когда они поддерживаются на временных роликах. Растягивая рельсы до такой длины, какой они были бы, если бы они находились при температуре без напряжений, их не нужно нагревать; их можно просто обрезать до того, как будут освобождены домкраты.

Рельсы CWR изготавливаются путем сварки обычных рельсов. В течение многих лет в Великобритании рельсы могли изготавливаться только длиной до 60 футов (18 м 288 мм), а в процессе заводской сварки их длина составляла 600, 900 или 1200 футов, в зависимости от завода. Используемый процесс представлял собой процесс стыковой стыковой сварки, в котором высокие электрические токи используются для смягчения конца рельса, а затем концы сжимаются плашками. Процесс стыковой стыковой стыковки очень надежен при условии, что на заводе обеспечена хорошая геометрия концов рельсов.

Длинные рельсы можно было доставить на площадку специальным поездом и разгрузить на землю (закрепив конец цепью и вытащив поезд из-под рельсов). Длинные рельсы необходимо было приварить вместе (или к соседнему рельсу) с помощью процесса сварки на месте; и, после первоначальных экспериментов, был использован запатентованный процесс сварки Thermit . Это был алюмотермический процесс, в котором «порция» порошка воспламенялась; алюминий был топливо и металлургический соответствующая композиция расплавленной стали , опущенной в зазор между концами рельсов, содержится в огнеупорных формах.

Первоначальный процесс SmW был очень чувствителен к навыкам оператора, и, поскольку сварка обычно была заключительным процессом перед возвращением пути в движение, иногда прикладывалось временное давление, что приводило к нежелательным неправильным сварным швам. Усовершенствованный процесс SkV оказался менее чувствительным, и с годами качество сварных швов улучшилось. ^[28]

Проблема продольного изгиба не ограничивается CWR, и сочлененная гусеница в прошлом страдала изгибом. Рыбные пластины на стыках необходимо снимать и смазывать ежегодно (требование было смягчено до двух раз в год в 1993 году), а там, где это не было сделано или где балластные условия были особенно слабыми, коробление происходило в жаркую погоду. Кроме того, если рельсам позволяли скользить, всегда было возможно, что несколько последовательных стыков могут закрываться, так что компенсационный зазор теряется, с неизбежными результатами в начале жаркой погоды.

Люди [ править ]

• Сесил Дж. Аллен проверил качество недавно изготовленных рельсов.

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Источники [ править ]

• Бакстер, Бертрам (1966). Каменные блоки и железные рельсы (трамвайные пути) . Промышленная археология Британских островов. Ньютаунский аббат: Дэвид и Чарльз.