Железнодорожная шпала , шпала ( американский английский ), железнодорожная шпала ( канадский английский ) или железнодорожная шпала ( австралийский и британский английский ) — прямоугольная опора для рельсов на железнодорожных путях . Обычно шпалы укладываются перпендикулярно рельсам и передают нагрузки на балласт пути и земляное полотно , удерживают рельсы в вертикальном положении и обеспечивают правильное расстояние между ними .
Железнодорожные шпалы традиционно изготавливаются из дерева , но сейчас широко используется и предварительно напряженный бетон , особенно в Европе и Азии. Стальные связи распространены на второстепенных линиях в Великобритании; [1] Пластиковые композитные стяжки также используются, хотя и гораздо реже, чем деревянные или бетонные. По состоянию на январь 2008 года приблизительная доля рынка традиционных и деревянных шпал в Северной Америке составляла 91,5%, остальная часть приходилась на бетон, сталь, азобе (красное железное дерево) и пластиковый композит. [2]
Расстояние между шпалами может зависеть от типа шпал, транспортных нагрузок и других требований, например, от 2640 бетонных шпал на милю на магистральных железных дорогах Северной Америки [3] до 2112 деревянных шпал на милю на сочлененных путях LMS . [4]
Рельсы в США могут быть прикреплены к шпалам железнодорожным костылем ; железные/стальные опорные плиты привинчиваются к стяжке и крепятся к рельсу с помощью запатентованной системы крепления, такой как Vossloh или Pandrol , которая обычно используется в Европе.
Тип железнодорожной шпалы, использовавшийся на предшественниках первой настоящей железной дороги ( Ливерпульская и Манчестерская железная дорога ), состоял из пары каменных блоков, уложенных в землю, со стульями, удерживающими рельсы, прикрепленными к этим блокам. Одним из преимуществ этого метода строительства было то, что он позволял лошадям идти по средней тропе без риска споткнуться. При использовании на железных дорогах более тяжелых локомотивов было обнаружено, что поддерживать правильную колею становится трудно . Каменные блоки в любом случае были непригодны на мягком грунте, например, в Чат-Моссе , где приходилось использовать деревянные шпалы. Библочные связи со тягой в чем-то схожи.
Исторически деревянные шпалы изготавливались путем рубки топором (так называемые шпалы ) или распиливания, чтобы получить как минимум две плоские стороны. В качестве связок используются различные породы хвойных и лиственных пород: дуб , ярра и карри являются популярными лиственными породами, хотя их становится все труднее получить, особенно из устойчивых источников. [5] В некоторых линиях используются хвойные породы , в том числе пихта Дугласа ; Хотя у них есть преимущество в том, что они легче переносят лечение , они более подвержены износу, но дешевле, легче (и, следовательно, с ними проще обращаться) и более доступны. [5] Хвойную древесину обрабатывают креозотом , который является наиболее распространенным консервантом для железнодорожных шпал. Другие используемые консерванты включают пентахлорфенол и хроматированный арсенат меди . Иногда используются нетоксичные консерванты, такие как азол меди или микронизированная медь . Новая технология консервации древесины на основе бора используется крупными железными дорогами США в процессе двойной обработки, чтобы продлить срок службы деревянных шпал во влажных зонах. [6] Некоторые виды древесины (например , сал , мора , ярра или азобе ) достаточно прочны, поэтому их можно использовать без обработки. [7]
Проблемы с деревянными стяжками включают гниение, раскалывание, заражение насекомыми, разрезание пластин, также известное в Великобритании как тасовка стула (абразивное повреждение стяжки, вызванное боковым движением стяжки) и вытягивание шипа (когда шип постепенно ослабляется ). от галстука). Деревянные шпалы могут загореться; с возрастом на них появляются трещины, из-за которых могут скапливаться искры, что облегчает возникновение пожара.
Бетонные шпалы дешевле и их легче приобрести, чем деревянные [ сомнительно ] , и они лучше выдерживают большую нагрузку на ось и выдерживают более высокие скорости. Их больший вес обеспечивает лучшее сохранение геометрии пути , особенно при установке бесстыкового рельса. Бетонные шпалы имеют более длительный срок службы и требуют меньшего обслуживания, чем деревянные, из-за большего веса, что помогает им дольше оставаться в правильном положении. Для обеспечения хорошей работы бетонные шпалы необходимо устанавливать на хорошо подготовленное земляное полотно с достаточной глубиной и свободным дренированием балласта. Распространено заблуждение, что бетонные шпалы усиливают шум колес. Исследование, проведенное в рамках Euronoise 2018, доказало, что это неверно: бетонные шпалы в среднем на 2 дБ(А) тише деревянных, однако с большей акустической четкостью на прямых участках пути. Однако было показано, что бетонные шпалы тише деревянных шпал, почти универсальны во всем слышимом диапазоне частот на поворотах. [8] Это приводит к тому, что шум поезда над бетонными шпалами потенциально может субъективно восприниматься как более громкий, чем шум поезда над деревянными шпалами.
На линиях самых высоких категорий в Великобритании (с самой высокой скоростью и тоннажем) стандартами Network Rail разрешены только предварительно напряженные бетонные шпалы .
Большинство европейских железных дорог в настоящее время также используют бетонные опоры в стрелочных переводах и переездах из-за более длительного срока службы и более низкой стоимости бетонных опор по сравнению с древесиной, которую все труднее и дороже добывать в достаточных количествах и высокого качества.
Стальные шпалы изготавливаются из прессованной стали и имеют в сечении корытообразную форму. Концы галстука имеют форму «лопаты», что увеличивает боковое сопротивление галстука. К верхней поверхности стяжки приварены корпуса для размещения системы крепления. Стальные шпалы в настоящее время широко используются на второстепенных или низкоскоростных линиях в Великобритании, где их установка оказалась экономичной из-за их возможности устанавливаться на существующем балластном слое. Стальные стяжки легче бетонных и могут складываться в компактные связки, в отличие от деревянных. Стальные связи могут быть установлены на существующий балласт, в отличие от бетонных связей, которые требуют полной глубины нового балласта. Стальные шпалы на 100% подлежат вторичной переработке и требуют до 60% меньше балласта, чем бетонные шпалы, и до 45% меньше, чем деревянные шпалы.
Исторически сложилось так, что стальные шпалы страдали от плохой конструкции и повышенных транспортных нагрузок в течение своего обычно длительного срока службы. Эти устаревшие и часто устаревшие конструкции имеют ограниченную грузоподъемность и скорость, но их все еще можно найти во многих местах по всему миру и они работают адекватно, несмотря на десятилетия эксплуатации. Существует большое количество стальных шпал со сроком службы более 50 лет, и в некоторых случаях они могут быть восстановлены и продолжают работать хорошо. Стальные шпалы также использовались в особых ситуациях, например, на Хиджазской железной дороге на Аравийском полуострове , где сухой и жаркий климат делал деревянные шпалы неудовлетворительными. [9]
Современные стальные шпалы выдерживают большие нагрузки, хорошо зарекомендовали себя на сигнальных путях и выдерживают неблагоприятные путевые условия. Большое значение для железнодорожных компаний имеет тот факт, что стальные шпалы более экономичны в установке в новом строительстве, чем деревянные шпалы, обработанные креозотом, и бетонные шпалы. Стальные шпалы используются практически во всех секторах мировых железнодорожных систем, включая тяжеловесные, железнодорожные перевозки класса 1, региональные, короткие линии, горнодобывающую промышленность, электрифицированные пассажирские линии (OHLE) и во всех отраслях промышленности. Примечательно, что стальные шпалы (опоры) за последние несколько десятилетий доказали свою эффективность при стрелочных переводах (переключателях/стрелках) и обеспечивают решение постоянно растущей проблемы длинных деревянных шпал для такого использования.
Стальные шпалы, изолированные для предотвращения проводимости через шпалы, можно использовать с системами обнаружения поездов и целостности пути на основе рельсовых цепей . Без изоляции стальные шпалы можно использовать только на линиях без блокировочной сигнализации и железнодорожных переездов или на линиях, на которых используются другие формы обнаружения поездов, такие как счетчики осей .
В последнее время ряд компаний продают композитные железнодорожные шпалы, изготовленные из переработанных пластиковых смол [10] и переработанной резины. Производители заявляют, что срок службы больше, чем у деревянных шпал, с ожидаемым сроком службы в диапазоне 30–80 лет, что шпалы невосприимчивы к гниению и нападению насекомых , [11] [12] [13] и что их можно модифицировать с помощью специальный рельеф снизу для обеспечения дополнительной боковой устойчивости. [11] В некоторых случаях применения на основных путях гибридная пластиковая шпала имеет утопленную конструкцию и полностью окружена балластом.
Помимо экологических преимуществ использования переработанного материала, пластиковые шпалы обычно заменяют деревянные шпалы, пропитанные креозотом, который является токсичным химикатом [14] и теоретически подлежат вторичной переработке. [11] Однако пластик может выделять микропластик и выщелачивать другие, возможно, токсичные химические вещества, такие как ингибиторы ультрафиолета.
Гибридные пластиковые шпалы и композитные шпалы используются в других железнодорожных приложениях, таких как подземные горные работы, [15] промышленные зоны, влажная среда и густонаселенные районы. Гибридные шпалы также частично заменяются гнилыми деревянными шпалами, что приводит к постоянной жесткости пути. Гибридные пластиковые и композитные связи также дают преимущества на мостах и виадуках, поскольку они приводят к лучшему распределению усилий и снижению вибраций соответственно на мостовые балки или балласт. Это связано с лучшими демпфирующими свойствами гибридных пластиковых и композитных стяжек, что снижает интенсивность вибраций и уровень шума. [16] В 2009 году компания Network Rail объявила, что начнет заменять деревянные шпалы переработанным пластиком. [17] но в октябре 2012 года компания I-Plas стала неплатежеспособной. [18]
В 2012 году Новая Зеландия заказала у Axion пробную партию переработанных композитных шпал марки EcoTrax для использования на стрелочных переводах и мостах, [19] [20] , а также еще один трехлетний заказ в 2015 году, [21] , но затем Axion подала заявку на банкротство в декабре 2015 года, [22] хотя продолжает торговать. [23] Эти связи разработаны доктором Носкером из Университета Рутгерса. [24]
Композитные шпалы, изготовленные из различных переработанных пластмасс, были представлены в Уилтшире , Великобритания, в 2021 году. Они были установлены в качестве альтернативы деревянным шпалам на мосту, где бетонные шпалы были бы слишком тяжелыми. Хотя это был первый случай установки пластиковых шпал на магистральных путях в стране, ранее они использовались на узкоколейных железных дорогах . [25]
Стяжки также могут быть изготовлены из стекловолокна . [26]
Необычной формой шпалы является Y-образная шпала, впервые разработанная в 1983 году. По сравнению с обычными шпалами объем требуемого балласта уменьшен благодаря характеристикам распределения нагрузки Y-образной шпалы. [27] Уровень шума высокий, но устойчивость к движению очень хорошая. [28] Для кривых трехточечный контакт стальной стяжки Y означает, что точную геометрическую посадку невозможно обеспечить с фиксированной точкой крепления.
Сечение связей — двутавр . [29]
По состоянию на 2006 год было построено менее 1000 км (621 миль) Y-образных путей, из которых примерно 90 процентов приходится на Германию . [27]
Шпилька ZSX Twin производится компанией Leonhard Moll Betonwerke GmbH & Co KG и представляет собой пару из двух предварительно напряженных бетонных шпал, соединенных в продольном направлении четырьмя стальными стержнями. [30] Утверждается, что конструкция подходит для пути с резкими поворотами, пути, подверженного температурным нагрузкам, например, для поездов с вихревыми тормозами и мостов, а также в качестве переходного пути между традиционным путем и плиточным путем или мостами. [31]
Бетонные моноблочные шпалы выпускаются и более широкой формы (например, 57 см или 22 см ).+1 ⁄ дюйма ) так, чтобы между шпалами не было балласта; эта широкая шпала увеличивает боковое сопротивление и снижает балластное давление. [32] [33] [34] Система использовалась в Германии [35] , где широкие шпалы также использовались в сочетании с безбалластными путевыми системами GETRAC A3. [36] [37]
Библочные (или твинблочные) шпалы состоят из двух бетонных рельсовых опор, соединенных стальным стержнем. К преимуществам относятся повышенное боковое сопротивление и меньший вес по сравнению с моноблочными бетонными шпалами, а также исключение повреждений от скручивающих сил в центре шпал за счет более гибких стальных соединений. [38] Этот тип связи широко используется во Франции, [39] и используется на высокоскоростных линиях TGV . [40] Библочные шпалы также используются в безбалластных путевых системах. [39] Их калибр можно изменить путем резки и сварки стального стержня до размера, соответствующего новому калибру.
Стяжки рамы ( нем . Rahmenschwelle ) состоят из боковых и продольных элементов в единой монолитной бетонной отливке. [29] Эта система используется в Австрии ; [29] В австрийской системе гусеница крепится по четырем углам рамы, а также поддерживается в середине рамы. Соседние связи рамы стыкуются вплотную друг к другу. Преимущества этой системы перед обычной крестовиной — повышенная поддержка гусеницы. Кроме того, методы строительства путей этого типа аналогичны методам строительства обычных путей. [41]
В лестничном пути шпалы укладываются параллельно рельсам и имеют длину несколько метров . Структура аналогична гусенице Брюнеля ; эти продольные связи могут использоваться с балластом или с эластомерными опорами на твердой небалластированной опоре.
Расстояние между шпалами магистральной железной дороги составляет примерно от 19 до 19,5 дюймов (от 48 до 50 см) для деревянных шпал или 24 дюйма (61 см) для бетонных шпал. Количество шпал составляет 3250 деревянных шпал на милю (2019 шпал/км, или 40 шпал на 65 футов) для деревянных шпал или 2640 шпал на милю для бетонных шпал. [3] [42] [43]
Железная дорога Лондона , Мидленда и Шотландии указала 18 шпал на рельс длиной 45 футов (13,72 м) и 24 шпалы на рельс длиной 60 футов (18,29 м), [4] обе из которых соответствуют 2112 шпал на милю.
Шпалы имеют длину 8 футов 6 дюймов (2,59 м), ширину 10 дюймов (254 мм) и глубину 5 дюймов (127 мм). Две шпалы, прилегающие к стыку, могут иметь ширину 12 дюймов (305 мм) при мягком грунте или интенсивном и быстром движении. Шпалы в основном расположены на расстоянии 2 фута 7 дюймов (0,79 м) друг от друга (от центра до центра), но они ближе прилегают к стыкам рельсов с накладками , где последовательность расположения следующая: расстояние на накладке выделено .
Расстояние в долях дюйма на накладке соответствует зазору теплового расширения, допустимому между концами рельса.
Существуют различные способы крепления рельса к шпалам. Исторически шипы уступили место чугунным стульям , прикрепленным к стяжке, в последнее время для крепления поручня к стяжке стула используются пружины (например, зажимы Pandrol ).
В последние годы деревянные шпалы также стали популярными для садоводства и ландшафтного дизайна , как для создания подпорных стенок , так и для приподнятых грядок, а иногда и для строительства ступеней. Традиционно для этой цели продаются шпалы, снятые с рельсовых путей при замене на новые, и срок их службы часто ограничен из-за гниения. Некоторые предприниматели продают новые галстуки. Из-за присутствия консервантов древесины , таких как каменноугольная смола , креозот или соли тяжелых металлов , железнодорожные шпалы вносят дополнительный элемент загрязнения почвы в сады, и многие владельцы недвижимости их избегают. В Великобритании специально для садового строительства теперь доступны новые дубовые или сосновые балки той же длины (2,4 м), что и стандартные железнодорожные шпалы, но не обработанные опасными химикатами. Они примерно в два раза дороже переработанного продукта. В некоторых местах железнодорожные шпалы использовались при строительстве домов, особенно среди людей с более низкими доходами, особенно вблизи железнодорожных путей, включая железнодорожных служащих. Они также используются в качестве опор для доков и эллингов .
Испанский художник Агустин Ибаррола использовал переработанные галстуки Renfe в нескольких проектах.
В Германии использование деревянных шпал в качестве строительного материала (а именно в садах, домах и во всех местах, где возможен регулярный контакт с кожей человека, во всех местах, часто посещаемых детьми, и во всех областях, связанных с производством или транспортировкой пищевых продуктов в любым способом) запрещены законом с 1991 года, поскольку они представляют значительный риск для здоровья и окружающей среды. С 1991 по 2002 год это регулировалось Teerölverordnung ( Постановлением о карболинеуме ), а с 2002 года - Chemikalien-Verbotsverordnung (Положением о запрещении химических веществ), § 1 и Приложение, части 10 и 17. [44]
{{cite journal}}: Отсутствует или пусто |title=( помощь )
СМИ, связанные с железнодорожным сообщением, на Викискладе?