Общие сведения о железнодорожных рельсах

Железнодорожные рельсы

Рельса – это металлическая балка, имеющая оригинальное сечение. Она применяется для создания опоры, по которой передвигается железно­дорожный транспорт. Впервые рельсы начали изготавливать в Древнем Риме, но тогда для их изготовления использовалось дерево, а расстояние между ними было строго 143 см. Установка рельс производится в параллельной плоскости относительно друг другу. В результате образуется «двухниточный путь».

Основная задача рельс – направлять колеса транспорта и принимать на себя нагрузку с после­дующим ее распределением на нижние элементы верхнего пути. В случае использования составов в зонах, передвижение в которых невозможно без электрической тяги, рельсы играют роль проводника тока, а для зон, применяющих автоблокировку, рельсы являются проводником.

В России изготовление железнодорожных рельсов регламентировано ГОСТ Р 51685-2000 «Рельсы железнодорожные. Общие технические условия».

Основные крупные производители рельсов сосре­доточены в Урало- Сибирском регионе. Это предприятия, входящие в структуру ООО «ЕвразХолдинг» [1]:

- ЕВРАЗ НТМК (ОАО «ЕВРАЗ Нижнета­гильский металлургический комбинат»);

- ЕВРАЗ ЗСМК (ОАО «ЕВРАЗ Объединенный Западносибирский металлургический комбинат»).

Главные гиганты металлургии направили свои силы на улучшение качества и физико-механических характеристик рельсов. В связи с этим появляются актуальные задачи, направленные на поиск наиболее эффективных технологий и технологического обору­дования, которые позволят создавать продукцию, отвечающую современным требованиям и железнодорожным условиям.

Материал изготовления

В большинстве случаев для изготовления рельсов используется углеродистая сталь. На качество этого материала оказывают влияние некоторые факторы, например, микроструктура и макроструктура стали, ее химическое строение и т. д. Наличие углерода придает рельсе большей долговечности и надежности. Однако избыток углерода в составе стали может оказать негативное воздействие. При его чрезмерном количестве значи­тельно повышается хрупкость. Именно поэтому при добавлении углерода стоит позаботиться и о том, чтобы структура стали балы максимально прочной. Для повышения качества исходного материала применяются и другие вещества. В последнее время все чаще прибегают к обработке рельсов марганцем. Это повышает устойчивость металла к повреждениям механического характера, делает его более долговечным и вязким. Добавление кремния в состав стали повышает ее износоустойчивость и твердость. Также можно использовать титан, ванадий и цирконий. Эти микроэлементы способны значительно улучшить качественные характеристики стали [2].

Ни в коем случае нельзя добавлять серные и фосфорные добавка, так как они делают сталь более уязвимой к ломке и повышают хрупкость. Очень часто в деталях, изготовленных с добавлением этих веществ, можно наблюдать наличие трещин и разломов. Выше уже шла речь о том, что сталь имеет свою микроструктуру и макроструктуру. В качестве основного материала для первой структуры исполь­зуется перлит. Его форма напоминает пластины, содержащие феррит. Добиться однородного состава стали можно с помощью ее закаливания, то есть обработать ее при очень высокой температуре. Закаливание повышает износостойкость, долговечность, надежность, жесткость и вязкость металла.

Условные обозначения

На каждой рельсе присутствует маркировка, состоящая из нескольких групп цифр и букв. Каждая буква означает определенный параметр:

А – тип рельса.

В – категория качества.

С – марка используемой стали.

D – протяженность рельса.

Е – наличие отверстий под болты.

F – ГОСТ.

Например, маркировка рельса Р65-Т1-М76Т-25-3/2 ГОСТ Р 51685-2000 говорит о том, что это рельс железнодорожного типа категории Т1. Для его изготовления использовалась сталь марки М76Т. Длина рельса составляет 25 м. Имеет 3 отверстия для болтов на каждом конце. Соответствует указанному стандарту ГОСТ [3]. 

Прокатка рельсов

Первой задачей при производстве рельсов является получение слитка, однородного по всей длине. Сейчас же после затвердевания слитки доставляют к нагревательной печи, где их подогревают до температуры прокатки. В течение всего процесса изготовления рельсов слитки должны перемещаться в определенном порядке, так, чтобы все время сохранялись порядковые номера плавки и слитков. Процесс нагревания слитков тщательно регулируется; для контроля за нагреванием через небольшие интервалы времени проводятся наблюдения с помощью оптического пирометра. Охлаждение слитков, предназначенных для прокатки рельсов, не допускается. Затем слитки, доставленные к блюмингам на специальных тележках, пропускаются через валки верхними концами вперед; здесь слитки 4 раза сильно обжимаются медленно вращающимися валками.

Физические характеристики рельсов

Настоящий профиль рельсов не всегда был таким. Он терпел изменения с течением времени. История помнит угловые, двухголовые, грибо­видные, широкоподошвенные и другие рельсы.

Конструкция современного широко­подошвенного рельса включает в себя подошву, головку и шейку, которая выступает в качестве соединительного элемента между этими двумя частями. Центральная часть делается немного выпуклой для того, чтобы нагрузка с колес переносилась на центральную область рельса. Места соединения шейки с подошвой и головкой имеют плавные формы. Для снятия напряжения с шейки ее делают в виде кривой. Чем шире основание подошвы рельса, тем выше ее боковая устойчивость. Существует несколько стандартных размеров рельсов. Для Российской Федерации свойственно выпускать рельсы длинной 12,5, 25, 50, 100 м. Также существует возможность выпускать рельсы и меньшей длины. Они используются на неровных участках железнодорожного пути. Длина бес стыкового пути составляет не менее 400 м и может достигать перегонной длины. Чем выше длина рельса, тем меньше сопротивление передвижения транспорта и, соответственно, ее износ. Сохранение стали при переходе на бес стыковой путь достигает 4 т на 1 км пути. Это возможно благодаря отсутствию элементов крепления в области стыков рельсов. При расчете мощности материала необходимо учитывать такой параметр, как удельный вес на 1 м рельса. Его измерение принято проводить в килограммах.

 Еще один элемент железнодорожного пути – шпалы. Они играют роль крепежного элемента. Благодаря развитию современных технологий появилась возможность производить шпалы не только из железобетона и дерева, но и из стали или пластика.

При расчете стоимости одного рельса учиты­вается его удельный вес, габаритные параметры (длина и ширина), твердость и степень износоустойчивость.