.png/1280px-Leitnagel_Hund_(Mining_cart).png)
Железнодорожный путь или постоянный путь — это элементы железнодорожных линий: как правило, пары рельсов, обычно уложенные на шпалы или шпалы, залитые балластом, предназначенные для перевозки обычных поездов железной дороги. Он описывается как постоянный путь, потому что в ранние дни строительства железных дорог подрядчики часто прокладывали временный путь для транспортировки грунта и материалов по участку; когда эта работа была в основном завершена, временный путь был снят и установлен постоянный путь.
Самые ранние пути состояли из деревянных рельсов на поперечных деревянных шпалах, которые помогали поддерживать расстояние между рельсами. Затем последовали различные разработки, с чугунными пластинами, уложенными поверх деревянных рельсов, а позднее — коваными железными пластинами или коваными железными уголковыми пластинами ( угловое железо в качестве L-образных пластинчатых рельсов). Рельсы также индивидуально крепились к рядам каменных блоков без каких-либо поперечных шпал для поддержания правильного разделения. Эта система также приводила к проблемам, поскольку блоки могли двигаться по отдельности. Первая версия системы широкой колеи Изамбарда Кингдома Брюнеля шириной 7 футов ( 2134 мм ) использовала рельсы, уложенные на продольные шпалы, колея и высота которых были закреплены путем привязывания к сваям (концептуально похоже на свайный мост ), но такое расположение было дорогим, и Брюнель вскоре заменил его тем, что стало классическим путем широкой колеи, в котором сваи были исключены, а ригели, похожие на шпалы, поддерживали колею. Сегодня большинство железнодорожных путей используют стандартную систему рельсов и шпал; Лестничный рельс используется в нескольких областях.
Развитие производственных технологий привело к изменениям в проектировании, изготовлении и установке рельсов, шпал и средств крепления. Чугунные рельсы длиной 4 фута (1,2 м) начали использоваться в 1790-х годах, а к 1820 году использовались кованые рельсы длиной 15 футов (4,6 м). Первые стальные рельсы были изготовлены в 1857 году, а стандартная длина рельсов со временем увеличилась с 30 до 60 футов (9,1–18,3 м). Рельсы обычно определялись единицами веса на линейную длину, и они также увеличивались. Железнодорожные шпалы традиционно изготавливались из обработанной креозотом твердой древесины , и это продолжалось вплоть до наших дней. Бесстыковой сварной рельс был введен в Великобритании в середине 1960-х годов, а за этим последовало введение бетонных шпал.
Самое раннее использование железнодорожных путей, по-видимому, было связано с добычей полезных ископаемых в Германии в XII веке. [2] Шахтные проходы обычно были мокрыми и грязными, и перемещение по ним тачек с рудой было чрезвычайно сложным. Улучшения были сделаны путем укладки деревянных досок, так что колесные контейнеры можно было тащить рабочей силой. К XVI веку проблема поддержания прямого хода повозки была решена путем установки штифта, входящего в зазор между досками. [3] Георг Агрикола описывает тележки в форме коробки, называемые «собаками», примерно в два раза меньше тачки, снабженные тупым вертикальным штифтом и деревянными роликами, работающими на железных осях. [4] Пример этого периода елизаветинской эпохи был обнаружен в Сильвергилле в Камбрии , Англия, [5] и они, вероятно, также использовались в близлежащих Королевских рудниках Грасмера, Ньюлендса и Колдбека. [6] Там, где позволяло пространство, устанавливались круглые деревянные рельсы для перевозки тележек с ребордными колесами: на картине фламандского художника Лукаса Гасселя 1544 года изображен медный рудник с рельсами такого типа, выходящими из штольни . [7] [ проверка не удалась ]
Другая система была разработана в Англии, вероятно, в конце XVI века, около Брозли для транспортировки угля из шахт, иногда из штреков, вниз по склону ущелья Северн к реке Северн . Это, вероятно, наклонная плоскость с канатной тягой, существовала «задолго до» 1605 года. [8] Это, вероятно, предшествовало Wollaton Wagonway 1604 года, которая до сих пор считается первой. [9] [10]
В Шропшире колея обычно была узкой, чтобы можно было загонять вагоны под землю в штрековых шахтах. Однако, безусловно, наибольшее количество вагонных путей было около Ньюкасла-апон-Тайн , где лошадь тянула один вагон по вагонному пути примерно с современной стандартной шириной колеи. Они доставляли уголь из шахты вниз на причал , где уголь загружался в речные суда, называемые килами. [11]
Износ деревянных рельсов был проблемой. Их можно было обновить, перевернув, но их приходилось регулярно менять. Иногда рельсы изготавливались из двух частей, так что верхнюю часть можно было легко заменить, если она изнашивалась. Рельсы скреплялись деревянными шпалами, покрытыми балластом, чтобы обеспечить поверхность для ходьбы лошади. [ необходима цитата ]
Поверх деревянных рельсов можно было укладывать чугунные полосы, и использование таких материалов, вероятно, началось 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 крепились к верхней части деревянных рельсов гвоздями, чтобы обеспечить более прочную поверхность для качения. Эта конструкция была известна как рельс с полосовым железом (или рельс с полосовым рельсом) и широко использовалась на допаровых железных дорогах в Соединенных Штатах. [13] [14] Хотя они были относительно дешевы и быстры в изготовлении, они не подходили для больших нагрузок и требовали «чрезмерного обслуживания». Колеса поезда, прокатываясь по шипам, ослабляли их, позволяя рельсу вырваться и изогнуться вверх достаточно, чтобы колесо автомобиля могло попасть под него и протолкнуть конец рельса через пол вагона, извиваясь и скручиваясь, подвергая опасности пассажиров. Эти сломанные рельсы стали известны как «змеиные головы». [14]
Когда кованое железо стало доступным, кованые железные пластины обеспечили еще более прочную поверхность. Рельсы имели выступающие выступы (или уши) с отверстием, чтобы их можно было закрепить на нижележащем деревянном рельсе. [15] [ необходима цитата ]
Альтернативу разработал Джон Карр из Шеффилда, управляющий угольной шахтой герцога Норфолка . У него был L-образный рельс, так что фланец был на рельсе, а не на колесе. Его также использовали Бенджамин Аутрам из Butterley Ironworks и Уильям Джессоп (который стал их партнером в 1790 году). Они использовались для перевозки грузов на относительно короткие расстояния вниз к каналам, хотя канал Карра проходил между угольной шахтой поместья и городом Шеффилд . Эти рельсы называются пластинами, а железную дорогу иногда называют plateway. Термин «platelayer» также происходит от этого происхождения. Теоретически, колеса без фланцев могли использоваться на обычных шоссе, но на практике это, вероятно, редко делалось, потому что колеса повозок были настолько узкими, что они врезались бы в поверхность дороги.
Система нашла широкое применение в Британии. Часто пластины устанавливались на каменных блоках, а иногда и без шпал, но это могло привести к раздвижению рельсов, увеличивая ширину колеи. Железные дороги такого типа широко использовались в Южном Уэльсе, в частности, для транспортировки известняка на металлургические заводы, а затем для доставки железа в канал, иногда находящийся в нескольких милях, который доставлял продукцию на рынок. Рельсы сначала изготавливались из чугуна, обычно длиной 3 фута (0,91 м), пролегая между каменными блоками. [16]
Каменные блоки считались постоянными, но опыт быстро показал, что они оседали и постепенно перемещались под движением, создавая хаотичную геометрию пути и вызывая сходы с рельсов. Другая проблема заключалась в том, что поверхность движения могла быть загромождена камнями, смещенными с балласта. Альтернативой было использование железной стяжки, чтобы удерживать рельсы на нужной колеи, включая башмак, в котором рельс был закреплен. [16]
Примером этого был трамвай Пенидаррен или Мертир . Он был использован Ричардом Тревитиком для демонстрации первого локомотива в 1804 году, используя один из его паровых двигателей высокого давления , но двигатель был настолько тяжелым, что сломал много рельсов. [ необходима цитата ]
Чугунные рельсы с кромкой использовались Томасом Дадфордом-младшим при строительстве линий Бофорт и Блэнавон до канала Монмутшир в 1793 году. Они были прямоугольными, шириной 2,5 дюйма (64 мм ), глубиной 3 дюйма (76 мм) и длиной 4 фута (1,2 м), и требовали фланцев на колесах вагонов. В том же году Бенджамин Аутрам использовал рельсы с кромкой на канале Кромфорд . 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 Грэнтема до замка Бельвуар . Образцы этих рельсов хранятся в Музее науки в Лондоне . [17]
Недолго просуществовавшей альтернативой был профиль в форме рыбьего живота , впервые использованный Томасом Барнсом (1765–1801) в шахте Уокер, недалеко от Ньюкасла в 1798 году, который позволял рельсам иметь более длинный пролет между блоками. Это были рельсы с Т-образным сечением, длиной три фута, уложенные на поперечные каменные шпалы. Они все еще изготавливались из чугуна . [18]
Самые ранние рельсы имели квадратные стыковые соединения, которые были слабыми и их было трудно поддерживать в выравнивании. Джордж Стефенсон ввел нахлесточные соединения, которые сохраняли выравнивание довольно хорошо. [19] [ нужна страница ]
Прорыв произошел, когда Джон Биркиншоу из Бедлингтонского металлургического завода в Нортумберленде в 1820 году разработал рельсы из прокатного кованого железа длиной 15 футов (4,6 м), которые использовались для железной дороги Стоктон и Дарлингтон . Они были достаточно прочными, чтобы выдерживать вес локомотива и поезда вагонов (или экипажей), которые он тянул. Это знаменует начало современной железнодорожной эры. Эта система сразу же стала успешной, хотя имели место некоторые фальстарты. Некоторые ранние рельсы изготавливались в Т-образном сечении, но отсутствие металла у основания ограничивало прочность рельса на изгиб, который должен был действовать как балка между опорами.
По мере совершенствования технологий обработки металла эти кованые рельсы стали постепенно делаться несколько длиннее и с более тяжелым, а следовательно, и более прочным поперечным сечением. За счет добавления большего количества металла в подошву рельса была создана более прочная балка, достигающая гораздо большей прочности и жесткости, и была создана секция, похожая на секцию рельса с бычьей головкой, которая все еще видна сегодня. Однако это было дорого, и промоутеры ранних железных дорог боролись с решениями о подходящем весе (и, следовательно, прочности и стоимости) своих рельсов.
Сначала рельсовая секция была почти симметричной сверху вниз и описывалась как двухголовая. Намерение состояло в том, чтобы перевернуть рельс после того, как верхняя поверхность изнашивалась, но рельсы имеют тенденцию к образованию желчи стульев, истирания рельса там, где он поддерживается стульями, и это сделало бы движение по бывшей нижней поверхности невыносимо шумным и нерегулярным. Лучше было бы обеспечить дополнительный металл на верхней поверхности и получить дополнительный износ там без необходимости переворачивать рельс по истечении половины его срока службы.
Многие железные дороги предпочитали рельсы с плоским дном, где рельсы можно было укладывать прямо на шпалы, что представляло собой существенную экономию средств. Проблемой было вдавливание шпалы; при интенсивном движении приходилось устанавливать под рельсами подошву, чтобы распределить нагрузку на шпалу, что частично сводило на нет экономию средств. Однако на основных линиях эта форма нашла почти повсеместное применение в Северной Америке и Австралии, а также в большей части континентальной Европы. Соединенное Королевство продолжало использовать рельсы с утолщенной головкой на основных линиях, а широкое внедрение рельсов с плоским дном началось только около 1947 года.
Первые рельсы, изготовленные из стали, были изготовлены в 1857 году , когда Роберт Форестер Мюшет переплавил стальной лом из неудачного эксперимента Бессемера в тиглях на металлургическом заводе Эббв-Вейл и был экспериментально уложен на железнодорожной станции Дерби на Мидлендской железной дороге в Англии . Рельсы оказались гораздо более долговечными, чем железные рельсы, которые они заменили, и использовались до 1873 года. [20] [21] Генри Бессемер поставил 500 тонн стальных блюмов на рельсовый завод Лондонской и Северо-Западной железной дороги в Крю в 1860 году. Несколько других компаний начали производить стальные рельсы в последующие годы. [22] Переход на стальные рельсы был ускорен введением мартеновского сталеплавильного производства . Уильям Сименс основал свой сталелитейный завод в Ландоре частично для поставки рельсов на Большую Западную железную дорогу . [22] Последовал бум в производстве рельсов, но банковский кризис в Америке замедлил темпы строительства железных дорог и заказы британским производителям рельсов. [23] Британская металлургическая промышленность впала в рецессию, которая особенно затронула сектор кованого железа. Когда спрос на рельсы снова начал расти, он в основном касался стальных рельсов, которые были более долговечными, чем железные. [ необходима цитата ]
Деревянные шпалы, то есть поперечные балки, поддерживающие два рельса, которые образуют путь, заменили отдельные каменные блоки, которые использовались ранее. Эта система имеет главное преимущество, так как корректировки геометрии пути при техническом обслуживании не нарушали важнейшую ширину колеи. Выравнивание пути можно было отрегулировать, сдвигая шпалы целиком, без потери ширины колеи. Мягкая древесина широко использовалась, но ее срок службы был ограничен, если ее не обрабатывали консервантом, и некоторые железные дороги установили для этой цели креозотовые установки. Обработанная креозотом древесина твердых пород теперь широко используется в Северной Америке и других местах.
К тому времени уже использовались сравнительно длинные (возможно, 20 футов или 6,1 м) кованые железные рельсы, поддерживаемые стульями на деревянных шпалах, — форма рельсов, которую и сегодня можно узнать по старым путям.
Стальные шпалы были опробованы в качестве альтернативы древесине; Acworth [24] в 1889 году описывал производство стальных шпал на Лондонской и Северо-Западной железной дороге, и есть иллюстрация, показывающая секцию прокатного швеллера (неглубокие перевернутые «U»-образные формы) без формованных концов и с трехсекционными коваными стульями, приклепанными напрямую. Однако стальные шпалы, похоже, не получили широкого распространения до 1995 года. Их основное применение сейчас — продление срока службы существующих путей на второстепенных маршрутах. Они имеют значительное преимущество на слабых образованиях и в плохих условиях балласта, поскольку опорная поверхность находится на высоком уровне, непосредственно под рельсовой опорой.
Ранние чугунные рельсы XVIII века и ранее использовали встроенные крепления для прибивания гвоздями или болтами к железнодорожным шпалам. Рельсовые ремни, представленные в конце XVIII века из литого, а позднее и прокатного железа, прибивались гвоздями к деревянным опорам через потайные отверстия в металле. Внедрение прокатных профилей рельсов в 1820-х годах, таких как однобортный параллельный рельс T и позднее двухбортный параллельный рельс T, потребовало использования стульев, ключей для удержания рельса и болтов или костылей для фиксации стула. Плоскодонный рельс, изобретенный Робертом Л. Стивенсом в 1830 году, изначально прибивался непосредственно к деревянным шпалам, позднее для распределения нагрузки и удержания рельса в колее использовались подкладки с встроенными плечами в пластине. За пределами Северной Америки позднее было введено большое разнообразие систем крепления на основе пружин в сочетании с опорными плитами и плоскодонным рельсом, теперь они повсеместно используются на магистральных высокоскоростных железных дорогах.
Первоначально рельсы укладывались прямо на землю, но это быстро оказалось неудовлетворительным, и для обеспечения хорошего дренажа, распределения нагрузки и удержания рельсов на месте потребовалась некоторая форма балласта. Природный грунт редко бывает достаточно прочным, чтобы выдерживать нагрузку от локомотивов без чрезмерной осадки, особенно в условиях повышенной влажности; слой балласта под шпалами снижает опорное давление на грунт, удерживает их на месте и препятствует смещению, а также сохраняет постоянный путь хорошо дренированным.
В ранние годы балласт обычно представлял собой местный минеральный продукт, такой как гравий или отходы от добычи угля и железа. На железной дороге Great North of Scotland Railway использовался окатанный речной гравий , который не так сильно сковывает движение, как острые камни. В более поздние годы использовался шлак , побочный продукт сталелитейного производства, и зола от паровозов. Современная практика заключается в использовании острых камней, измельченных в узком диапазоне размеров.
Ранние железные дороги были почти исключительно местными предприятиями, занимающимися транспортировкой полезных ископаемых к некоторым водным путям; для них ширина колеи подбиралась в соответствии с предполагаемыми вагонами, и обычно она составляла от 4 футов (1200 мм) до 4 футов 8 дюймов.+1 ⁄ 2 дюйма (1435 мм), и поначалу не было никакой идеи о необходимости какого-либо соответствия с шириной колеи других линий. Когда появились первые общественные железные дороги,искусное новаторство Джорджа Стефенсона означало, что его железные дороги стали доминирующими, а 4 фута 8+Поэтому колея 1 ⁄ 2 дюйма(1435 мм), которую он использовал, была наиболее распространенной. По мере развития ранних идей соединения различных железнодорожных систем эта колея получила всеобщее распространение. Более или менее случайным образом в истории стало то, что эта колея, которая подходила для вагонов, уже использовавшихся на угольной шахте, где Джордж Стефенсон был машинистом, стала британским стандартом: ее экспортировали в большую часть Европы и Северной Америки.
Иногда упоминается «ширина» колеи на каменных дорогах в древних местах, таких как Помпеи , и часто утверждается, что она примерно такая же, как колея Стефенсона. Конечно, колеи были сделаны колесами телег, а телеги были разумного размера для конных повозок до индустриальной эпохи, почти такого же, как размер до-железнодорожных телег в угольной шахте, где работал Стефенсон: это единственная связь.
Когда Изамбард Кингдом Брюнель задумал Великую Западную железную дорогу (GWR), он искал улучшенный проект для своего железнодорожного пути и не принимал ни одно из предыдущих общепринятых мнений без оспаривания. 4 фута 8+Ширина колеи 1 ⁄ 2 дюйма (1,435 м) была вполне приемлемой для небольших грузовиков с минералами на конной тяге, но он хотел чего-то более устойчивого для своей высокоскоростной железной дороги. Колеса большого диаметра, используемые в дилижансах, обеспечивали лучшее качество езды по неровной местности, и Брюнель изначально намеревался перевозить свои пассажирские вагоны таким же образом — на колесах большого диаметра, размещенных снаружи кузовов вагонов. Чтобы добиться этого, ему нужна была более широкая колея, и он остановился на знаменитой широкой колее в 7 футов (2,1 м) . (Позже ее уменьшили до7 футов 0+1 ⁄ 4 дюйма или 2,140 м). Когда пришло время строить пассажирские вагоны, они все-таки были спроектированы традиционно с меньшими колесами под кузовами, но при семифутовой колее кузова могли быть намного шире, чем при стандартной колее. Его первоначальное намерение разместить колеса за пределами ширины кузовов было отклонено.
Брюнель также рассматривал новые формы пути и решил использовать непрерывно поддерживаемый рельс. Используя продольные брусья под каждым рельсом, он добился более гладкого профиля, не требуя при этом такой прочной секции рельса, и он использовал для этой цели неглубокий мостовой рельс . Более широкая, плоская подошва также означала, что можно было обойтись без стула, необходимого для секции бычьей головки. Продольные брусья должны были удерживаться на правильном расстоянии, чтобы правильно удерживать колею, и Брюнель добился этого, используя деревянные ригели — поперечные распорки — и железные стяжки. Вся конструкция называлась балочной дорогой — железнодорожники обычно называют свой путь дорогой. Первоначально Брюнель привязывал путь к деревянным сваям, чтобы предотвратить боковое смещение и отскок, но он упустил из виду тот факт, что насыпной грунт, на котором его путь поддерживался между сваями, осядет. Сваи оставались устойчивыми, а земля между ними оседала, так что его путь вскоре имел неприятную волнистость, и ему пришлось разрезать сваи, чтобы путь мог оседать более или менее равномерно. Вариант балочной дороги можно увидеть и сегодня на многих старых подземных мостах, где не было балласта. Конструкция значительно различается, но во многих случаях продольные брусья поддерживаются непосредственно на поперечных балках, с ригелями и стяжками для сохранения колеи, но, конечно, с современными рельсами и опорными плитами или стульями. Продольные шпалы несколько похожи на современные лестничные пути .
Группа железных дорог, инженером которых был Брюнель, добилась успеха, и широкая колея распространилась по всей западной Англии, Южному Уэльсу и Западному Мидленду . Но по мере расширения британской железнодорожной сети несовместимость двух систем стала серьезным препятствием, поскольку вагон нельзя было отправить из одной системы в другую без перегрузки товаров вручную. Была назначена Комиссия по колеям для определения национальной политики. Широкая колея была технически лучше, но преобразование маршрутов стандартной колеи в широкую означало бы реконструкцию каждого туннеля, моста и станционной платформы, тогда как всеобщее принятие стандартной колеи требовало только постепенного преобразования самого пути. Широкая колея была обречена, и больше не было возможности строить независимые линии широкой колеи.
Существующие ширококолейные маршруты могли продолжаться, но поскольку у них не было потенциала развития, их перевод на стандартную был лишь вопросом времени. Тем временем была проложена обширная миля смешанной колеи , где на каждой линии было по три рельса для размещения поездов любой колеи. Были некоторые случаи движения смешанных поездов , когда вагоны каждой колеи шли в одном поезде. Наследие широкой колеи все еще можно увидеть там, где, кажется, есть неоправданно большое пространство между платформами станций.
.jpg/1280px-The_Harmsworth_atlas_and_Gazetter_1908_(135853043).jpg)
В начале двадцатого века форма британских путей сошлась на использовании кованых железных рельсов с бычьей головкой, поддерживаемых чугунными стульями на деревянных шпалах, уложенных в какой-либо форме балласта. В Северной Америке стандартом были Т-образные рельсы и подкладки, прикрепленные к деревянным шпалам с помощью нарезанных костылей. Многие железные дороги использовали очень легкие рельсы, и по мере увеличения веса и скорости локомотивов они стали неадекватными. Следовательно, на основных линиях используемые рельсы становились все тяжелее (и прочнее). Металлургические процессы совершенствовались, и в ход пошли более качественные рельсы, в том числе некоторые из стали. С точки зрения обслуживания, рельсовые стыки были источником большей части работы, и по мере совершенствования методов производства стали стало возможным прокатывать стальные рельсы увеличенной длины, что уменьшало количество стыков на милю. Стандартная длина рельсов стала 30 футов (9 144 мм), затем 45 футов (13 720 мм) и, наконец, 60 футов (18 290 мм) стали нормой. Для использования на главной линии стандартной секцией рельса стала секция 95BH весом 95 фунтов/ярд (47 кг/м). Для второстепенных путей использовалась более легкая секция 85BH весом 85 фунтов/ярд (42 кг/м).
Рельсы с плоским дном по-прежнему считались нежелательными для использования на британских железнодорожных магистралях, несмотря на их успешное использование в Северной Америке, хотя некоторые легко эксплуатируемые британские железные дороги использовали их, как правило, прикрепляя шипы непосредственно к шпалам. При интенсивном использовании они сильно вдавливали шпалы, и в этот ранний период появились дополнительные расходы на опорную плиту, чтобы исключить секцию с плоским дном.
Деревянные шпалы были дорогими и недолговечными, а инженеры железных дорог имели стойкие — и противоречивые — взгляды на лучшие породы древесины и лучшие методы консервации. Железные дороги перешли к стандартизации шпал из мягкой древесины, консервированных путем инъекции креозота под давлением , размером 8 футов 6 дюймов (2,59 м) в длину на 10 дюймов (250 мм) на 5 дюймов (130 мм). Стулья крепились к шпалам гвоздями (стальными шипами, вбитыми в деревянную оболочку) или тремя шурупами для стульев на первоклассных маршрутах. GWR — единственная из основных железных дорог — придерживалась своего собственного стандарта, рельса 00 весом 97,5 фунтов/ярд (48,4 кг/м), и с двумя болтами-гвоздями, крепящими каждый стул к шпале, с головкой болта под шпалой и гайкой над стулом — более надежно, но гораздо сложнее в регулировке.
Некоторые эксперименты проводились до 1945 года с железобетонными шпалами, в большинстве случаев с установленными на них бычьими стульями. Это было сделано в ответ на очень высокую цену лучшей (самой прочной) древесины, но железобетонные шпалы никогда не были успешными в использовании на главной линии. Бетонные горшки также использовались в подъездных путях; их иногда называют двухблочными шпалами, и они состояли из двух бетонных блоков, каждый из которых был установлен со стулом, и уголка, соединяющего их и удерживающего колею.
В конце Второй мировой войны в 1945 году британские железные дороги были изношены, поскольку их пришлось латать после военных разрушений без наличия большого количества новых материалов. Страна также находилась в экономически слабом положении, и в течение почти десятилетия после войны материалы, особенно сталь и древесина , были в большом дефиците. Рабочая сила также была серьезно ограничена в наличии.
Железнодорожные компании убедились, что традиционные формы рельсов bullhead нуждаются в пересмотре, и после некоторых экспериментов был принят новый формат рельсов с плоским дном. Секции британского стандарта оказались неподходящими, и новый профиль, рельс 109 фунтов/ярд (54 кг/м), был сделан новым стандартом. В 60-футовой (18 м) длине, 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 путей был принят рельс 98 фунтов/ярд. Региональные различия все еще сохранялись, и , например, в Восточном регионе предпочтение отдавалось шпалам из твердой древесины и креплениям Mills clip .
Новые конструкции были успешными, но они принесли много проблем, особенно когда доступность опытного персонала по обслуживанию путей стала крайне затруднительной, и плохо обслуживаемый плоский нижний путь, казалось, было сложнее поддерживать в хорошем состоянии, чем плохо обслуживаемый вертикальный нижний путь. Большая жесткость плоского дна была преимуществом, но он имел тенденцию выпрямляться между стыками на кривых; а жесткость плоского дна приводила к высоким вертикальным ударным силам в плохо обслуживаемых стыках, что приводило к большому количеству усталостных трещин в стыках. Более того, эластичные рельсовые скрепления имели малое сопротивление ползучести рельсов — склонность рельсов постепенно перемещаться в направлении движения, а рабочая нагрузка по оттягиванию рельсов для регулировки стыков была на удивление высокой.
Большая часть работы по обслуживанию пути была на стыках, особенно когда жесткие рельсы стали проседать, а шпалы подвергались ударам молотка. Довоенные эксперименты с длинными сварными рельсами были продолжены, и в годы с 1960 года были установлены длинные рельсы, сначала на шпалах из твердой древесины, но вскоре на бетонных шпалах. Например, первый длинный сварной рельс (почти 1 миля или 1,6 км) на главной линии Восточного побережья Великобритании был проложен в 1957 году, к югу от Карлтона-он-Трент , с опорой на резиновые прокладки для сопротивления ползучести рельсов. [25] На этом новаторском этапе были допущены некоторые катастрофические ошибки в детальном проектировании, но примерно с 1968 года бесстыковой сварной рельс стал надежным стандартом для универсальной установки на главных и второстепенных путях. Принятая форма использовала предварительно напряженные бетонные шпалы и рельсовую секцию 110A — небольшое улучшение по сравнению с ранее использовавшимися рельсами 109 — A должно было отличать ее от рельсовой секции британского стандарта 110 фунтов/ярд (55 кг/м), которая была неподходящей. Рельсовые скрепления в конечном итоге сошлись на фирменном пружинном зажиме, изготовленном компанией Pandrol , который был эксклюзивной формой скрепления в Великобритании в течение примерно 30 лет.
Сварной путь должен был быть уложен на щебеночный балласт толщиной от 6 до 12 дюймов (от 15 до 30 см), хотя это не всегда достигалось, и не всегда учитывалась несущая способность формации, что приводило к некоторым впечатляющим разрушениям формации.
Дальнейшее усовершенствование профиля рельса привело к созданию секции 113A, которая была универсальным стандартом примерно до 1998 года; детальные усовершенствования шпал и профиля балласта завершили картину, и общая форма пути стабилизировалась. Этот формат теперь используется на более чем 99% основных линий первого класса в Великобритании, хотя секция рельса CEN60 (60 кг/м) была введена в Великобритании в 1990-х годах. Она имеет более широкую подошву рельса и выше, чем секция 113A, поэтому несовместима со стандартными шпалами.
Поезда для обновления путей теперь заменили трудоемкие постоянные путевые бригады. Длинные сварные рельсы было трудно устанавливать вручную. Ранняя демонстрация механизированной укладки путей с двумя 600-футовыми (180-метровыми) отрезками длинных сварных рельс состоялась на ветке Fighting Cocks в 1958 году. Два отрезка были загружены в десять вагонов, прикреплены к существующему пути стальным тросом и оттянуты назад со скоростью 30 футов/мин (9,1 м/мин). Когда поезд двигался назад, старые рельсы вытаскивались, а новые опускались на стулья. Подъемник на заднем вагоне опускал последнюю часть рельса на место. [26]
Как уже говорилось, общая ширина колеи в Великобритании составляла 4 фута 8 дюймов.+1 ⁄ 2 дюйма(1435 мм). В конце 1950-х годов общие стандарты обслуживания путей быстро ухудшились из-за нехватки рабочей силы и, на некоторых маршрутах, более высоких скоростей грузовых поездов. Грузовые поезда состояли почти полностью из четырехколесных вагонов с короткой колесной базой (10 футов или 3,0 м), оснащенных очень жесткой эллиптической рессорной подвеской, и эти вагоны показали быстрый рост числа сходов с рельсов.[ необходима цитата ]
В ответ на динамическое поведение («рыскание») вагонов разрешенная скорость движения вагонов была снижена до 45 миль в час (72 км/ч), а на новых установках непрерывно сварного пути на бетонных шпалах — уменьшена ширина колеи на одну восьмую дюйма до 4 футов 8 дюймов.+3 ⁄ 8 дюйма (1432 мм). [ требуется цитата ] На практике это изменение вызвало больше проблем, чем решило, и с 1996 года при реконструкции оно было возвращено к 1435 мм. Ширина колеи устанавливается путем размещения литых креплений, поэтому перекалибровать существующий путь — непростая задача; это также создает проблемы с точечной заменой шпал. Многие шпалы были изготовлены с уменьшенной шириной колеи, но 1435 мм ( 4 фута 8+ В последнее времятакже выпускались версии со стандартной калибровкой 1 ⁄ 2 дюйма . [27]
Терминология сложна для «стрелок и перекрестков» (S&C), ранее «точек и перекрестков» или «фитингов».
Ранние S&C допускали только очень низкую скорость на вспомогательном пути («стрелка»), поэтому геометрическая конструкция не имела большого значения. Многие старые единицы S&C имели свободный стык в пятке, так что стрелочный рельс мог повернуться слишком близко к основному рельсу или открыться от него. Когда стрелочный рельс был закрыт, обеспечивалось разумное выравнивание; когда он был открыт, ни одно колесо не могло по нему двигаться, поэтому это не имело значения.
С ростом скорости это стало невозможным, и рельсы стрелочных переводов стали фиксировать на пяточном конце, а их гибкость позволяла носку открываться и закрываться. Изготовление рельсов стрелочных переводов было сложным процессом, а изготовление переездов — еще более сложным. Скорости на вспомогательном пути редко превышали 20 миль в час (32 км/ч), за исключением очень специальных конструкций, и большая изобретательность была применена, чтобы обеспечить хорошую езду транспортным средствам, проезжающим на большой скорости по главной линии. Трудность заключалась в общем переезде, где было трудно обеспечить непрерывную поддержку проезжающим колесам, и рельс стрелочного перевода был спланирован так, чтобы защитить его от прямого удара в направлении, противоположном направлению, так что была введена спроектированная нерегулярность в поддержке.
Поскольку требовались более высокие скорости, было разработано больше конфигураций S&C, и требовалось очень большое количество компонентов, каждый из которых был специфичен только для одного типа S&C. При более высоких скоростях на стрелочной дороге отклонение от основного маршрута гораздо более плавное, и поэтому требуется очень значительная длина планирования рельса стрелочного перевода.
Около 1971 года эта тенденция была обращена вспять с так называемыми вертикальными S&C, в которых рельсы удерживались вертикально, а не под обычным наклоном 1 к 20. С другими упрощениями это значительно сократило количество запасов, требуемых для широкого диапазона скоростей S&C, хотя вертикальный рельс приводит к потере эффекта рулевого управления, и езда по новым вертикальным S&C часто становится нерегулярной.
Бесстыковой сварной рельс (CWR) был разработан в ответ на наблюдение, что большая часть работ по обслуживанию пути выполняется на стыках. По мере совершенствования производства стали и производственных процессов длина устанавливаемых рельсов постепенно увеличивалась, и логичным продолжением этого стало бы полное устранение стыков.
Главным препятствием для этого является тепловое расширение : рельсы расширяются при более высоких температурах. Без соединений рельсам негде расширяться; по мере того, как рельсы нагреваются, они будут развивать огромную силу, пытаясь расшириться. Если им помешать расширяться, они развивают силу в 1,7 тонны (17 кН) на каждый 1 градус Цельсия изменения температуры в практическом сечении рельса. [28]
Если небольшой кубик металла сжать между губками пресса, он сожмется — то есть будет несколько раздавлен — и он может выдержать очень большую силу без окончательного разрушения. Однако если сжать длинный кусок металла того же сечения, он деформируется вбок, приняв форму дуги; этот процесс называется выпучиванием, и сжимающая сила, которую он может выдержать, намного меньше.
Если длинный тонкий кусок металла можно ограничить, чтобы предотвратить его изгиб (например, поместив его внутрь трубки), то он может выдерживать гораздо более высокую силу сжатия. Если рельсы можно ограничить аналогичным образом, их можно предотвратить от изгиба. Вес пути сопротивляется изгибу вверх, поэтому изгиб, скорее всего, произойдет вбок. Это предотвращается:
Если рельс удерживается так, что он вообще не может расширяться, то нет ограничений на длину рельса, с которой можно работать. (Расширяющее усилие в рельсе длиной в один фут при определенной температуре такое же, как в рельсе длиной в милю или 100 миль.) Ранние бесстыковые рельсы устанавливались на ограниченной длине только из-за технологических ограничений. Однако в конце секции CWR, где они примыкали к старому, обычному сочлененному пути, этот путь не мог бы противостоять расширяющему усилию, и сочлененный путь мог бы быть вынужден прогнуться. Чтобы предотвратить это, были установлены специальные выключатели расширения, иногда называемые дыхательными клапанами. Выключатели расширения могли выдерживать значительное расширяющееся движение — обычно 4 дюйма (100 мм) или около того — в конечной секции CWR, не передавая движение на сочлененный путь.
CWR устанавливается и закрепляется при оптимальной температуре, чтобы гарантировать ограничение максимально возможной силы расширения. Эта температура называется температурой без напряжений, и в Великобритании она составляет 27 °C (81 °F). [28] Она находится в верхнем диапазоне обычных наружных температур, и фактическая работа по установке, как правило, выполняется при более низких температурах. Первоначально рельсы физически нагревались до температуры без напряжений с помощью пропановых газовых нагревателей; затем их встряхивали ручными штангами, чтобы устранить любое заедание, предотвращая равномерное расширение, а затем зажимали. Однако примерно с 1963 года гидравлические домкраты используются для физического растяжения рельсов, когда они поддерживаются временными роликами. Растягивая рельсы до той длины, которой они были бы, если бы они были при температуре без напряжений, нет необходимости их нагревать; их можно просто закрепить перед тем, как отпустить домкраты.
Рельсы CWR изготавливаются путем сварки обычных рельсов. В течение многих лет в Великобритании рельсы могли изготавливаться только длиной до 60 футов (18 м) (18,288 м), а заводской процесс сварки делал их длиной 600 футов (180 м), 900 футов (270 м) или 1200 футов (370 м) в зависимости от завода. Используемый процесс представлял собой процесс сварки встык, при котором для размягчения конца рельса используются высокие электрические токи, а затем концы сжимаются вместе с помощью плунжеров. Процесс сварки встык очень надежен, при условии, что завод обеспечил хорошую геометрию концов рельса.
Длинные рельсы можно было доставить на место с помощью специального поезда и выгрузить на землю (привязав конец к месту и вытащив поезд из-под рельсов). Длинные рельсы нужно было сварить вместе (или с соседним рельсом) с помощью процесса сварки на месте; и после первоначальных экспериментов был использован запатентованный процесс сварки Thermit . Это был алюминотермический процесс, в котором воспламенялась «порция» порошка; алюминий был топливом, а металлургически подходящий состав расплавленной стали опускался в зазор между концами рельсов, содержавшийся в огнеупорных формах.
Первоначальный процесс SmW был очень чувствителен к навыкам оператора, и поскольку сварка обычно была последним процессом перед возвращением пути в движение, иногда применялось давление времени, что приводило к нежелательным неправильным сварным швам. Улучшенный процесс SkV был менее чувствителен, и с годами качество сварки улучшилось. [29]
Проблема выпучивания не ограничивается CWR, и сочлененные пути страдали от выпучивания в прошлом. Накладки на стыках необходимо снимать и смазывать ежегодно (требование было смягчено до двух раз в год в 1993 году), и там, где это не делалось или где условия балласта были особенно слабыми, выпучивание происходило в жаркую погоду. Кроме того, если рельсам позволяли ползти, всегда существовала вероятность того, что несколько последовательных стыков могли закрыться, так что зазор расширения терялся, с неизбежными результатами при наступлении жаркой погоды.
{{cite book}}: |magazine=проигнорировано ( помощь )CS1 maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка )