Шпала ( американский английский ), шпала ( канадский английский ) или шпала ( австралийский и британский английский ) — это прямоугольная опора для рельсов на железнодорожных путях . Обычно укладываемые перпендикулярно рельсам, шпалы передают нагрузку на балласт пути и земляное полотно , удерживают рельсы в вертикальном положении и обеспечивают их расположение на нужной колее .
Железнодорожные шпалы традиционно изготавливаются из дерева , но в настоящее время также широко используется предварительно напряженный бетон , особенно в Европе и Азии. Стальные шпалы распространены на второстепенных линиях в Великобритании; [1] пластиковые композитные шпалы также используются, хотя гораздо меньше, чем деревянные или бетонные. По состоянию на январь 2008 года приблизительная доля рынка в Северной Америке для традиционных и деревянных шпал составляла 91,5%, остальное приходилось на бетон, сталь, азобе (красное железное дерево) и пластиковый композит. [2]
Расстояние между шпалами может зависеть от типа шпалы, транспортных нагрузок и других требований, например, 2640 бетонных шпал на милю на североамериканских магистральных железных дорогах [3] до 2112 деревянных шпал на милю на сочлененных путях LMS . [4]
Рельсы в США могут крепиться к шпале с помощью путевого костыля ; железные/стальные опорные плиты привинчиваются к шпале и закрепляются на рельсе с помощью фирменной системы крепления, такой как Vossloh или Pandrol , которые обычно используются в Европе.
Тип железнодорожных шпал, использовавшихся на предшественниках первой настоящей железной дороги ( Ливерпульская и Манчестерская железные дороги ), 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 проходить по среднему пути без риска споткнуться. При использовании железной дороги со все более тяжелыми локомотивами было обнаружено, что трудно поддерживать правильную ширину колеи . Каменные блоки в любом случае были непригодны для мягкого грунта, например, в Чат Мосс , где приходилось использовать деревянные шпалы. Двухблочные шпалы со стяжкой несколько похожи.
Исторически деревянные шпалы изготавливались путем рубки топором, называемые топорными шпалами , или распиливания для достижения как минимум двух плоских сторон. В качестве шпал используются различные виды мягкой и твердой древесины, дуб , джарра и карри являются популярными твердыми породами древесины, хотя их все труднее получить, особенно из устойчивых источников. [5] На некоторых линиях используются мягкие породы древесины , включая пихту Дугласа ; хотя они имеют преимущество в том, что легче поддаются обработке , они более подвержены износу, но они дешевле, легче (и, следовательно, проще в обращении) и более доступны. [5]
Мягкая древесина обрабатывается, причем креозот является наиболее распространенным консервантом для железнодорожных шпал. Другие используемые консерванты включают пентахлорфенол и хромированный 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 (такие как саль , мора , джарра или азобе ) достаточно долговечны, чтобы их можно было использовать необработанными. [7]
Проблемы с деревянными шпалами включают гниение, расщепление, заражение насекомыми, порез пластин, также известный как chair shuffle в Великобритании (абразивное повреждение шпалы, вызванное боковым движением пластины шпалы) и spike-pull (когда шип постепенно ослабевает от шпалы). Деревянные шпалы могут загореться; со временем в них появляются трещины, которые позволяют искрам застревать и легче вызывать пожары.
Бетонные шпалы дешевле и их легче достать, чем деревянные [ сомнительно – обсудить ] , и они лучше выдерживают большую нагрузку на ось и более высокие скорости. Их больший вес обеспечивает лучшее сохранение геометрии пути , особенно при установке с использованием непрерывно сварного рельса. Бетонные шпалы имеют более длительный срок службы и требуют меньшего обслуживания, чем деревянные, из-за их большего веса, что помогает им дольше оставаться в правильном положении. Бетонные шпалы необходимо устанавливать на хорошо подготовленное основание с достаточной глубиной на свободно дренируемом балласте, чтобы они хорошо работали. Распространено заблуждение, что бетонные шпалы усиливают шум колес. Исследование, проведенное в рамках Euronoise 2018, доказало это, показав, что бетонные шпалы в среднем на 2 дБ(А) тише деревянных, однако с большей акустической резкостью на прямых участках пути. Однако было показано, что бетонные шпалы тише деревянных шпал почти универсально во всем диапазоне слышимых частот на кривых. [8] Это приводит к тому, что шум поезда при движении по бетонным шпалам может субъективно восприниматься громче, чем шум поезда при движении по деревянным шпалам.
На линиях высших категорий в Великобритании (с самыми высокими скоростями и грузоподъемностью) стандартами Network Rail разрешены только предварительно напряженные железобетонные шпалы .
Большинство европейских железных дорог теперь также используют бетонные опоры в стрелках и переездах из-за более длительного срока службы и более низкой стоимости бетонных опор по сравнению с древесиной, которую становится все сложнее и дороже закупать в достаточных количествах и надлежащего качества.
Стальные шпалы изготавливаются из прессованной стали и имеют желобчатое сечение. Концы шпалы имеют форму «лопаты», что увеличивает боковое сопротивление шпалы. Корпуса для размещения системы крепления привариваются к верхней поверхности шпалы. Стальные шпалы в настоящее время широко используются на второстепенных или низкоскоростных линиях в Великобритании, где они оказались экономичными в установке из-за их возможности установки на существующий балластный слой. Стальные шпалы легче бетона и могут укладываться в компактные связки в отличие от древесины. Стальные шпалы можно устанавливать на существующий балласт, в отличие от бетонных шпал, которым требуется полная глубина нового балласта. Стальные шпалы на 100% подлежат вторичной переработке и требуют на 60% меньше балласта, чем бетонные шпалы, и на 45% меньше, чем деревянные шпалы.
Исторически стальные шпалы страдали от плохой конструкции и возросших транспортных нагрузок в течение их обычно длительного срока службы. Эти старые и часто устаревшие конструкции ограничивали грузоподъемность и скорость, но их все еще можно найти во многих местах по всему миру, и они работают адекватно, несмотря на десятилетия службы. Существует большое количество стальных шпал, которые прослужили более 50 лет, и в некоторых случаях они могут быть восстановлены и продолжают работать хорошо. Стальные шпалы также использовались в особых ситуациях, таких как железная дорога Хиджаз на Аравийском полуострове , где сухой, жаркий климат делал деревянные шпалы неудовлетворительными. [9]
Современные стальные шпалы выдерживают большие нагрузки, имеют подтвержденную репутацию на сигнализированных путях и выдерживают неблагоприятные условия пути. Для железнодорожных компаний очень важен тот факт, что стальные шпалы более экономичны в установке при новом строительстве, чем деревянные шпалы, обработанные креозотом, и бетонные шпалы. Стальные шпалы используются практически во всех секторах мировых железнодорожных систем, включая большегрузные, класса 1, региональные, короткие линии, горнодобывающие, электрифицированные пассажирские линии (OHLE) и всевозможные отрасли. В частности, стальные шпалы (опоры) за последние несколько десятилетий доказали свою эффективность в стрелочных переводах (стрелках/стрелках) и обеспечивают решение постоянно растущей проблемы длинных деревянных шпал для такого использования.
При изоляции для предотвращения проводимости через шпалы стальные шпалы могут использоваться с системами обнаружения поездов и целостности пути на основе рельсовых цепей . Без изоляции стальные шпалы могут использоваться только на линиях без блок-сигнализации и переездов или на линиях, которые используют 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 шпал больше, чем у деревянных, с ожидаемым сроком службы в диапазоне 30–80 лет, что шпалы не подвержены гниению и атакам насекомых , [11] [12] [13] и что их можно модифицировать с помощью специального рельефа на дне для обеспечения дополнительной боковой устойчивости. [11] В некоторых случаях применения на главных путях гибридная пластиковая шпала имеет утопленную конструкцию, чтобы быть полностью окруженной 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 выделять другие потенциально токсичные химикаты, такие как ингибиторы ультрафиолетового излучения.
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 пластиковые шпалы также используются для частичной замены гнилых деревянных шпал, что приведет к постоянной жесткости пути. Гибридные пластиковые шпалы и композитные шпалы также предлагают преимущества на мостах и виадуках, поскольку они приводят к лучшему распределению сил и снижению вибраций в балках моста или балласте соответственно. Это связано с лучшими демпфирующими свойствами гибридных пластиковых шпал и композитных шпал, что снижает интенсивность вибраций, а также производство звука. [16] В 2009 году Network Rail объявила, что начнет заменять деревянные шпалы переработанным пластиком. [17] но I-Plas стала неплатежеспособной в октябре 2012 года. [18]
В 2012 году Новая Зеландия заказала пробную партию переработанных композитных шпал марки «EcoTrax» у Axion для использования на стрелочных переводах и мостах, [19] [20] и еще один трехлетний заказ в 2015 году, [21] но затем Axion подала заявление о банкротстве в декабре 2015 года, [22] хотя она продолжает торговать. [23] Эти шпалы разработаны доктором Носкером в Ратгерском университете. [24]
Композитные шпалы, изготовленные из различных переработанных пластиков, были введены 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]
Шпалы 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 необходимого балласта уменьшен из-за характеристик распределения нагрузки Y-образной шпалы. [27] Уровень шума высок, но сопротивление перемещению пути очень хорошее. [28] На кривых трехточечный контакт стальной Y-образной шпалы означает, что точное геометрическое соответствие не может быть соблюдено с фиксированной точкой крепления.
Поперечное сечение стяжек представляет собой двутавровую балку . [29]
По состоянию на 2006 год было построено менее 1000 км (621 миль) Y-образных путей, из которых около 90 процентов находятся в Германии . [27]
Шпала ZSX Twin производится компанией Leonhard Moll Betonwerke GmbH & Co KG и представляет собой пару из двух предварительно напряженных бетонных шпал, продольно соединенных четырьмя стальными стержнями. [30] Говорят, что эта конструкция подходит для путей с крутыми поворотами, путей, подверженных температурным нагрузкам, таких как пути поездов с вихревыми тормозами , и мостов, а также в качестве переходного пути между традиционным путем и подрельсовым полотном или мостами. [31]
Бетонные моноблочные шпалы также производятся в более широком исполнении (например, 57 см или 22 см).+1 ⁄ 2 дюйма) таким образом, чтобы между шпалами не было балласта; эта широкая шпала увеличивает боковое сопротивление и снижает давление балласта. [32] [33] [34] Система использовалась в Германии [35] , где широкие шпалы также использовались в сочетании с безбалластными путевыми системами GETRAC A3. [36] [37]
Шпалы Bi-block (или twinblock) состоят из двух бетонных рельсовых опор, соединенных стальным стержнем. Преимущества включают повышенное боковое сопротивление и меньший вес, чем у моноблочных бетонных шпал, а также устранение повреждений от скручивающих сил в центре шпал благодаря более гибким стальным соединениям. [38] Этот тип шпал широко используется во Франции, [39] и используется на высокоскоростных линиях TGV . [40] Шпалы Bi-block также используются в системах безбалластных путей. [39] Они могут быть изменены с помощью резки и сварки стального стержня до размера, подходящего для новой колеи.
Рамные шпалы ( нем . Rahmenschwelle ) включают в себя как боковые, так и продольные элементы в единой монолитной бетонной отливке. [29] Эта система используется в Австрии ; [29] в австрийской системе рельсовый путь крепится на четырех углах рамы, а также поддерживается на середине рамы. Смежные рамные шпалы стыкуются близко друг к другу. Преимущества этой системы по сравнению с обычными поперечными увеличивают поддержку рельсового пути. Кроме того, методы строительства, используемые для этого типа рельсового пути, аналогичны методам, используемым для обычного рельсового пути. [41]
В лестничном пути шпалы укладываются параллельно рельсам и имеют длину в несколько метров . Структура похожа на балочный путь Брунеля ; эти продольные шпалы могут использоваться с балластом или с эластомерными опорами на сплошной небалластированной опоре.
Расстояние между шпалами на главной железной дороге составляет приблизительно 19–19,5 дюймов (48–50 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]
По данным компании London , Midland and Scottish Railway, на рельс длиной 45 футов (13,72 м) должно быть 18 шпал, а на рельс длиной 60 футов (18,29 м) — 24 шпалы [4] , что в обоих случаях соответствует 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, соседствующие со стыком, могут иметь ширину 12 дюймов (305 мм), если состав мягкий или движение интенсивное и быстрое. Шпалы в основном располагаются на расстоянии 2 футов 7 дюймов (0,79 м) друг от друга (от центра до центра), но ближе к стыкам рельсов с накладками , где последовательности интервалов следующие, причем интервал у накладки выделен .
Расстояние в дробных дюймах на стыковой накладке соответствует зазору теплового расширения, допускаемому между концами рельса.
Междугородние железные дороги конца 1800-х и начала 1900-х годов обычно использовали более легкий подвижной состав, чем магистральные паровые железные дороги, но дорожное полотно строилось по схожим стандартам. Деревянные шпалы размещались с интервалом примерно в 2 фута (0,61 м). [44]
Существуют различные методы крепления рельс к шпалам. Исторически костыли уступили место чугунным стульям, прикрепленным к шпале, в последнее время для крепления рельс к стулу для шпалы используются пружины (например, зажимы Pandrol ).
В последние годы деревянные шпалы также стали популярными для садоводства и ландшафтного дизайна , как для создания подпорных стенок и приподнятых садов, так и иногда для строительства ступеней. Традиционно шпалы, продаваемые для этой цели, представляют собой списанные шпалы, снятые с рельсов при замене на новые шпалы, и их срок службы часто ограничен из-за гниения. Некоторые предприниматели продают новые шпалы. Из-за наличия в древесине консервантов, таких как каменноугольная смола , креозот или соли тяжелых металлов , шпалы вносят дополнительный элемент загрязнения почвы в сады и избегаются многими владельцами недвижимости. В Великобритании новые дубовые или сосновые балки той же длины (2,4 м), что и стандартные железнодорожные шпалы, но не обработанные опасными химикатами, доступны специально для строительства садов. В некоторых местах шпалы использовались при строительстве домов, особенно среди людей с низким доходом, особенно вблизи железнодорожных путей, включая железнодорожных служащих. Их также используют в качестве обрешетки для доков и лодочных ангаров .
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, посещаемых детьми, и во всех местах, связанных с производством или обработкой продуктов питания любым способом) запрещено законом с 1991 года, поскольку они представляют значительный риск для здоровья и окружающей среды. С 1991 по 2002 год это регулировалось Teerölverordnung ( Постановлением о Carbolineum ), а с 2002 года регулируется Chemikalien-Verbotsverordnung (Постановлением о запрете химикатов), § 1 и Приложением, Части 10 и 17. [45]
{{cite journal}}: Отсутствует или пусто |title=( помощь )
Медиа, связанные с железнодорожными связями на Wikimedia Commons