История возникновения железнодорожного пути

До середины восемнадцатого века для перевозки грузов в России использовался водный и гужевой (перевозка грузов с использованием тягловой силы животных) транспорт. Вся страна была испещрена водными каналами, особое значение имела Волга, которая связывала наиболее развитые и заселенные районы России. Внешние торговые связи проходили через морской путь.

Но уже в 1755 году впервые на рудниках в Алтае для перевозки горной породы стали использовать прототип современного железнодорожного полотна – это был узкоколейный путь с деревянными рельсами, по которым передвигались деревянные вагонетки. В движение их приводила тягловая сила лошадей, которые вращали шкив, наматывая тросовую петлю, прикрепленную к вагонеткам.

В 1788 году впервые в России была построена железная дорога в г. Петрозаводске - первая железная дорога в мире заводского назначения. Ее построили на Александровском заводе для перевозки грузов. Однако они все же отличались от современных железных дорог, так как представляли из себя колейные дороги, по рельсам которых катились вагонетки.

Нужно сказать, что рельсы тех времен мало походили на рельсы в нашем сегодняшнем понимании – они не были приспособлены для взаимодействия с колесами подвижного состава. Движение колес осуществлялось по деревянным направляющим с металлической обшивкой, либо по металлическим уголкам, прикрепленным к деревянному основанию.

Такая конструкция не подходила даже для паровой железной дороги, так как паровозы много весили (нагрузка от колес была очень существенной) и могли развивать скорость 50 км/ч и больше.

При выборе вариантов рельсов для железной дороги учитывались высокие динамические нагрузки от колес подвижного состава и необходимость работы на изгиб, в итоге было решено, чтобы рельсы удовлетворяли данным условиям, они должны иметь форму двутавровой балки. Как известно, такое очертание профиля рельса позволяет иметь наибольший момент инерции, а отсюда наименьшие кромочные напряжения.

Две конструкции рельсов получили распространение – это двухголовый и широкоподошвенный.

Идея создания двухголового рельса заключалась в возможности повторного использования, авторы полагали, что после износа одной головки рельсов можно будет перевернуть и использовать другую его сторону. Но как показала практика, от воздействия колес изнашивались как верхняя головка, так и нижняя.

В России инженеры уже в первые годы развития железных дорог выбрали для использования широкоподошвенный рельс. изготовленные на Людиновском заводе рельсы такого типа были уложены на линии С.-Петербург – Москва. В дальнейшем этот профиль рельса распространился по всем железным дорогам мира.

Для изготовления самых первых рельс использовали чугун, однако на практике выяснилось, что рельсы из стали изнашиваются намного медленнее и равномернее, чем чугунные рельсы, поэтому чугун вскоре перестали применять для изготовления рельсов.

В наше время во всех странах рельсы изготавливают только из стали, которая (кроме углерода) содержит марганец, кремний, и другие добавки, повышающие его качество. Для повышения прочности рельсов их подвергают термической обработке, термически упрочненные рельсы обладают прочностью 360-380 единиц по Бринеллю, что в 2 - 3 раза повышает их износоустойчивость.

На сегодняшний день рельс почти не изменил свой профиль, увеличилась только масса в 2-3 раза. В Европе вес рельса – 55-60 кг на метр, в странах СНГ 66-75 кг на метр, в Америке 65-70 кг на метр. На узкоколейных дорогах вес рельса не превышает 44 кг на метр, на скоростных линиях повсеместно используют рельсы не легче 60 кг/м.

Во всем мире при постройке железных дорог применяются рельсы различных типов в зависимости от грузонапряженности линии и скоростей движения.

При грузонапряженности 15 млн. тонн брутто на 1 км в год используют рельсы Р50 и б/у рельсы, использованные ранее и снятые с главных путей, при 15 – 80 млн. тонн брутто на 1 км в год – рельсы Р75, при более 80 млн. т. брутто на 1 км в год кладут рельсы Р75.

Рельсы укладываются на шпалы и соединяются промежуточными креплениями – в России, странах СНГ, в Америке в качестве крепления используют костыль, а в Европе рельсы прикрепляют к деревянным и железобетонным шпалам с помощью шурупов.

Соединения рельс со шпалами с помощью костылей или шурупов существовали со времен постройки первых железных дорог. Но уже пятьдесят лет назад в качестве промежуточного скрепления рельс со шпалами используют механизм пружинного типа для упругости соединения.

В СНГ, Японии, странах Западной Европы промежуточные скрепления с пружинными элементами являются обязательными при устройстве бесстыкового пути. В этом случае нет необходимости устанавливать добавочные противоугонные приспособления, что является обязательным при костыльном скреплении.

Подобно рельсам и скреплениям, со временем изменяли свой вид и стрелочные переводы, состоящие из стрелок и крестовин. Вначале применялись стрелки с подвижными рельсами, затем появились стрелки с рамными рельсами и остряками, при этом рамные рельсы располагались на сплошных металлических лафетах.

Первые крестовины у нас были подвижные в виде коротких рельсов. Очень скоро их перестали использовать. Вместо них появились неподвижные стальные литые крестовины. Позднее стали устраивать сборные крестовины из обыкновенных рельсов со стальными литыми сердечниками. На большинстве железных дорог России применялись два вида переводов: одни - имеющие большое протяжение в длину и крестовины с маркой 1/11, другие - меньшей длины и с крестовинами марки 1/9. Эти стрелочные переводы получили широкое распространение в нашей стране.

В качестве опоры для рельсов применялись деревянные шпалы или поперечины в виде брусков, изготовленные из крепких пород древесины: сосна, дуб, ель и тд. Размер деревянных шпал колебался от 2 до 3 с половиной метров, это привело к тому, что появилось около 12 типов шпал, к началу 20 века их количество уменьшилось до 5. Форма деревянных шпал почти не изменилась, зато увеличился срок эксплуатации. Для того чтобы деревянные шпалы служили дольше, русские инженеры придумали механизм пропитки древесины различными антисептиками. Изначально шла пропитка медным купоросом, затем стали использовать хлористый цинк, что увеличило сроки использования шпал в 2 раза.

Однако при строительстве первых железных дорог в целях экономии укладывали непропитанные шпалы, такие брусья служили не дольше 8 - 12 лет, а затем начинали разрушаться. Следует отметить, что уже при строительстве дороги С.-Петербург - Москва шпалы пропитывали под давлением.

Железобетонные шпалы получили широкое применение в Европе и Азии в основном после 1950 г. В США, Канаде и ряде стран Африки железобетонные шпалы применяют ограниченно, поскольку там имеется возможность изготавливать шпалы из деревьев твердых пород. Срок службы железобетонных шпал достигает 50 - 60 лет. В странах СНГ бесстыковой путь укладывают только на железобетонных шпалах с использованием упругих резиновых площадок-амортизаторов в под рельсовых сечениях.

Однако прогресс не стоит на месте, люди применяют новейшие технологии и материалы при изготовлении материалов ВСП. К примеру в Америке развивается технология производства шпал из вторичных полимеров. Вторичное использование полимерных веществ: полиэтилена, пластика и тд весьма выгодно с экономической точки зрения. Повторная переработка, повышенная прочность материала, износостойкость, упругость и высокая плотность – вот качества, которыми будут обладать шпалы, изготовленные из композитных материалов!

Шпалы из полимеров могут быть проложены с помощью того же оборудования, что и деревянные, и деревянные шпалы могут заменяться составными постепенно. Установка железобетонных шпал требует совершенно иного оборудования, и балластная подушка должна быть полностью бетонной. Возможно использование составных шпал, что позволит постепенно заменять старые деревянные или железобетонные шпалы на шпалы, изготовленные из полимерного пластика.

ООО "Сибрегион"