Рельсы — это стальные профилированные прокатные изделия в виде полос, это элементы верхнего строения пути, уложенные на опоры и скрепленные с ними и между собой, образуют рельсовую колею.

Рельсы предназначены для движения подвижного состава железных дорог и метрополитена, трамвая, локомотивов, вагонеток рудничного транспорта и монорельсовых дорог крановых тележек, подъёмных кранов и др. передвижных, поворотных и вращающихся конструкций.

В России рельсы производят КМК и НТМК. ГОСТ Р 51685-2000 на рельсы железнодорожные предусматривает виды рельс Р43, Р50, Р65 и РП65 , по категориям качества предусматриваются рельсы

• В — термоупрочненные высшего качества;
• Т1 и Т2 — термоупрочненные;
• Н — нетермоупрочненные.

В новом ГОСТе введен специальный рельс Р65К для укладки в наружные рельсовые нити кривых участков пути. Основное их отличие заключается в очертаниях головки. Боковые грани ее в верхней части имеют уклон 3,5:10, что уменьшает интенсивность бокового износа рельсов. К рельсам предъявляется ряд требований:

• должна быть обеспечена прямолинейность в вертикальной и горизонтальной плоскостях;
• установлены допуски в размерах поперечного профиля;
• определен химический состав и твердость рельсовой стали;
• оговорены недопускаемые дефекты металлургического производства и неметаллические строчечные включения и др.

Готовые рельсы на заводе подлежат приемке, сплошному дефектоскопированию и клеймению.

На шейке вдоль оси каждого рельса (на той же стороне, где выкатаны выпуклые знаки) наносятся в горячем состоянии номер плавки в 2-б местах по длине рельса на расстоянии не менее 1,0 м от его концов (номер плавки рельсов 1 группы должен начинаться с буквы П); обозначение порядкового номера рельса.

Клейма, наносимые на шейку горячего рельса, должны быть высотой 12 мм и углублены в тело на 0,8…1,5 мм. Расстояние между знаками должно быть 20…40 мм.

По мере наработки тоннажа в процессе эксплуатации в рельсах накапливаются различные повреждения, деформации, дефекты и т. д.

В настоящее время рельсы и колеса для подвижного состава железнодорожного транспорта изготавливаются из высокоуглеродистых перлитных сталей одного и того же класса с близким химическим составом частично на одном и том же, или на близких друг к другу металлургических предприятиях. Подавляющее большинство рельсов в процессе эксплуатации выходят из строя преимущественно из-за износа, смятия и усталости.

В результате многолетней работы проводимой ОАО «РЖД» по отношению к металлургическим предприятиям производящим рельсы, качество последних неуклонно повышается. В последние годы практически завершена реконструкция сталеплавильного производства на Нижнетагильском металлургическом комбинате и активно проводится модернизация производства на Новокузнецком металлургическом комбинате. Это позволило обоим предприятиям начиная с 2000 года полностью перейти на выпуск рельсов нового поколения по качеству стали, которая имеет отличия от рельсовой стали конца 90-х годов по следующим показателям:

• выходу 1 сорта в длине 25 метров 96-97 % против 76-78 %;
• длине строчек неметаллических включений 0,5 мм против 4-6 мм;
• улучшению прямолинейности рельсов;
• резкому уменьшению содержания вредных примесей и кислорода.

13 лет работы по ГОСТ Р 51685-2000 показали, что оба металлургических комбината успешно освоили выпуск рельсов категории Т1, а так же промежуточных между Т1 и В рельсов повышенной прямолинейности для скоростного совмещенного движения (СС), низкотемпературной надежности (НК и НЭ), а так же повышенной износостойкости и контактной выносливости (ИЭ и ИК), выпускаемых по специальным техническим условиям.

Однако, несмотря на достигнутые успехи, сравнение качества российских рельсов производства НТМК и НКМК с зарубежными образцами, показывает лидерство зарубежных образцов. Проведенные исследования показали, что 80%-ный ресурс наиболее представительных партий отечественного производства был равен 500 млн т пропущенного груза брутто. В этих же условиях эксплуатации, рельсы производства Японии и Франции показали ресурс 1000 млн.т груза брутто.

Общая ежегодная потребность в рельсах для сети железных дорог РФ составляет по оценкам около 600 тысяч тонн, а ежегодная потребность в рельсах категории В составляет около 400 тысяч тонн. Потребность в железнодорожных рельсах длиной 25 м и более составляет 90 % от общего объема поставок. Реализация всех намеченных металлургами и железнодорожниками планов позволит довести ресурс рельсов до 1000—1500 млн.т груза в прямых и до 300—700 млн.т в кривых участках пути.

Рельсы являются главнейшим элементом верхнего строения пути. Они предназначены:

• непосредственно воспринимать давление от колёс подвижного состава и передавать эти давления нижележащим элементам ВСП;
• направлять колеса подвижного состава при их движении;
• на участках с автоблокировкой служить проводником сигнального тока, а при электротяге обратного силового тока.

В настоящем стандарте применяют следующий термин с соответствующим определением: «Рельсы промышленные, имеющие потребительские качества, удовлетворяющие условиям эксплуатации на железнодорожных технологических путях предприятий и организаций различных отраслей народного хозяйства».

Стандартными и общепринятыми рельсами на всех дорогах мира являются рельсы широкоподошвенные.

Широкоподошвенный рельс состоит из трёх основных частей:

• головки
• подошвы
• шейки, соединяющей головку с подошвой.

Типы рельсов

Рельсы подразделяют:

• по типам:
  • Р43,
  • РП65 (для наружных нитей кривых участков пути),
• по категориям качества:
  • В — рельсы термоупрочненные высшего качества,
  • Т1, Т2 — рельсы термоупрочненные,
  • Н — рельсы нетермоупрочненные;
• по наличию болтовых отверстий:
  • с отверстиями на обоих концах,
  • без отверстий;
• по способу выплавки стали:
  • М — из мартеновской стали,
  • К — из конвертерной стали,
  • Э — из электростали;
• по виду исходных заготовок:
  • из слитков,
  • из непрерывно-литых заготовок (НЛЗ);
  • по способу противофлокенной обработки:
  • из вакуумированной стали, прошедшие контролируемое охлаждение,
  • прошедшие изотермическую выдержку.

для типа рельса Р-43 Р-50 Р-65 РП-65 Высота рельса 140 152 180 181 Высота шейки 71 83 105 105 Ширина головки 70 72 75 75 Ширина подошвы 114 132 150 150 Толщина шейки 14 16 18 18

На сети дорог завершен переход к рельсам длиной 25 м не только прокатом новых на заводе, но и сваркой старогодных рельсов по длине 25 м. Рельсы прежней стандартной длины 12,5 м используют только как уравнительные на бесстыковом пути, при укладке стрелочных переводов и как инвентарные при сборке путевой решётки с железобетонными шпалами с последующей заменой их бесстыковыми рельсовыми плетями. Для укладки на внутренней нити кривых изготовляют укороченные рельсы длиной 24,84 и 24,92 м при 25-метровых рельсах и 12,42 и 12,46 12,5-метровых, а для бесстыкового пути — ещё и 12,38 м. Выпускаемые рельсы имеют круглые отверстия для болтов, такая форма выбрана по условиям увеличения прочности рельсов и упрощения технологии изготовления. Болтовые отверстия на концах рельсов просверливают перпендикулярно к вертикальной продольной плоскости рельсов; заусенцы и наплывы металла у болтовых отверстий и на торцах рельсов удаляют зачисткой. Предусмотрено снятие фаски глубиной 1…1,5 мм на кромках болтовых отверстий и по нижним кромкам головки рельсов. Концы рельсов должны быть отфрезерованы перпендикулярно продольной оси рельса; перекос торцов не должен быть более 1,0 мм при измерении в любом направлении. Расстояние от торца рельса до первого отверстия у рельсов Р65 равно 96 мм, между осями первого и второго отверстия — 220 мм и от оси второго до оси третьего — 130 мм; у рельсов Р50 эти расстояния составляют соответственно 66, 150 и 140 мм. Все эти расстояния имеют допуски +1 мм. Все новые рельсы маркируются на заводах, что обеспечивает контроль за качеством рельсов при их изготовлении и эксплуатации. Заводская маркировка рельсов делается постоянной (клеймение) и временной (красками).

На одной стороне, на средней линии шейки вдоль каждого рельса выкатываются выпуклые (не менее 1 мм) с плавным переходом к поверхности шейки цифры и буквы высотой от 30 до 40 мм в следующем порядке:

• обозначение предприятия-изготовителя (начальная буква названия завода):
  • К — Кузнецкий металлургический комбинат,
  • Т — Нижнетагильский металлургический комбинат;
• месяца — римскими цифрами и две последние цифры — года изготовления рельсов;
• типа рельсов;
• обозначение головного конца стрелкой.

На шейке вдоль оси каждого рельса (на той же стороне, где вы катаны выпуклые знаки) наносятся в горячем состоянии номер планки в 2—б местах по длине рельса на расстоянии не менее 1,0 м от его концов (номер плавки рельсов 1 группы должен начинаться с буквы П); обозначение порядкового номера рельса. Клейма, наносимые на шейку горячего рельса, должны быть вы сотой 12 мм и углублены в тело на 0,8…1,5 мм. Расстояние между знаками должно быть 20…40 мм. По окончании отделки рельсов на один торец рельса клеймением наносят:

• на торце головки инспекторские клейма — для рельсов I сорта один керн, один знак «Ключ и молоток», один знак «Серп и молот»;
• для рельсов II сорта два керна, два знака «Ключ и молоток»;
• на торце в нижней четверти шейки рельса — знак о закалке рельса К (если закалены только концы рельса) или З (если рельс закален по всей длине);
• на торце выше знака о закалке на шейке наносятся знаки головных и донных рельсов — I (рельс прокатан из головной части слитка) или Х (рельс прокатан из донной части слитка);
• на торец подошвы рельса — номер плавки, повторяя номер плавки, указанный на шейке вдоль рельса.

Для указания особенностей каждого рельса делают дополнительную маркировку рельсов красками. На принятые рельсы 1 сорта наносится маркировка обводкой приёмочных клейм по контуру головки несмываемой краской: голубого цвета у рельсов группы 1; белого цвета у рельсов группы II. Рельсы I класса обозначаются в верхней четверти рельса поперечной полосой фисташкового цвета, II класса — поперечной желтой полосой. На рельсах дополнительно указывается закалка. Вдоль «сырого» рельса на головке на расстоянии около 0,5 м от торца наносится полоса шириной около 20 мм голубого (рельсы I группы) или белого (рельсы II группы) цвета. Закалённый рельс обозначается вдоль рельса на расстоянии около 1 м от торца на шейке поперечной полосой шириной около 20 мм фисташкового цвета, а также вдавленным кольцом диаметром 15.. .20 мм на шейке с обозначением номера плавки. Рельсы I сорта в торце имеют закрашенную половину шейки и нижнюю часть подошвы красным («сырой» рельс) или зеленым («закаленный» рельс). На обоих торцах головки рельсов, не соответствующих требованиям стандарта, выбивается по три керна, а торцы их закрашиваются тёмно-синей несмываемой краской.

Маркировка снимаемых с пути старогодных рельсов делается белой краской на шейке рельса, обращенной внутрь колеи, на расстоянии около 1 м от левого стыка или торца (при нахождении человека внутри колеи лицом к маркируемому рельсу). Зимой может производиться временная маркировка мелом с последующим её возобновлением масляной краской. Маркировка состоит из знаков, определяющих группу годности рельсов. Рельсы I группы отмечаются одной вертикальной линией, группы II двумя линиями, III группы — тремя линиями, группы IV — тремя косыми крестами. На рельсах, подлежащих ремонту перед повторной укладкой в путь, дополнительно ставится знак тире и буква Р.

Примеры условного обозначения рельсов:

• типа Р43, категории Т1 из стали марки М76Т, длиной 12,5 м и 25м с тремя болтовыми отверстиями на обоих концах рельса:
  • Рельс Р43-Т1-М76Т-25-3/2 ГОСТ Р 7173-54
• типа Р50, категории Т1 из стали марки М76Т, длиной 12,5 м и 25м с тремя болтовыми отверстиями на обоих концах рельса:
  • Рельс Р50-Т1-М76Ц-25-3/2 ГОСТ Р 7174-75
• типа Р65, категории Т1, из стали марки М76Ф, длиной 12,5 м и 25м с тремя болтовыми отверстиями на обоих концах рельса и без болтовых отверстий:
  • Рельс Р65-Т1-М76-25Ф-25-3/2 ГОСТ Р 51685-2000
• типа РП65, категории В, из стали марки М76Ф длиной 12,5 м и 25м с тремя болтовыми отверстиями на обоих концах рельса и без болтовых отверстий:
  • Рельс РП65-В-М76Ф-25-3/2 ГОСТ Р 51685-2000

Рельсы изготовляют в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке. Рельсы изготовляют из спокойной стали мартеновского, конверторного или электропечного производства.

Рельс типа Р-43

Рельс типа Р-50

Рельс типа Р-65

Рельс типа РП-65

Рельс Крановый

Крановые рельс КР70 ГОСТ 4121-76

Крановые рельс КР80 применяются при прокладке подкрановых путей, необходимых для работы подъёмных кранов. ГОСТ 4121-76

Крановые рельс КР100 применяются при прокладке подкрановых путей, необходимых для работы подъёмных кранов. ГОСТ 4121-96.

Крановые рельс КР100 структурно имеют широкую опорную плоскость, а также стенку повышенной толщины. Рельс КР100 крепятся к подкрановым балкам, после чего укладываются на подготовленные основания. Концы данных рельсов всегда ровно обрезаны.

Мерная длина рельсов: 12,0; 11,5; 11,0; 10,5; 10,0; 9,5 и 9,0 метров, а немерная длина колеблется от 4 до 12 метров.

Основные характеристики рельсов КР100:

• Вес рельса длиной в 1 метр (кг): 83,09
• Высота (мм): 150 мм;
• Площадь поперечного сечения рельса (мм): 34
• Высота головки рельса (мм): 100
• Ширина подошвы (мм): 150

По договоренности заказчика и производителя возможен выпуск рельсов самой различной длины. Точную длину рельсов оговаривают в конкретном заказе. Обозначение крановых рельсов КР100 по точности проката - обычная (А) и повышенная (Б). Возможно изготовление крановых рельсов КР100 как без болтовых отверстий, так и с ними.

Рельсы крановые КР120 используются при прокладывании подкрановых путей, необходимых для нормального функционирования кранов различной конструкции. Рельсы КР120 имеют головку скругленной формы и производятся из стали высокоуглеродистой марки К63 (согласно ГОСТ 4121-96).

Рельс КР120 прямолинейны. Допускается незначительная кривизна в горизонтальной плоскости (не более 0,08% от длины), а также по вертикальной плоскости (не более 0,06% от длины). Кривизна крановых рельсов КР80 рельсов не превышает 2 мм как в вертикальной плоскости, так и в горизонтальной. При этом перпендикулярность торцевых плоскостей к продольной оси не превышает 5 мм. Отсутствуют заусеницы с размером более 4 мм. Концы рельсов ровно обрезаны.

Основные технические характеристики крановых рельсов КР120:

• Вес рельса длиной 1 м (кг): 113,47
• Высота (мм): 170
• Площадь поперечного сечения (мм): 40
• Высота головки на уровне 13 мм, считая от поверхности катания (мм): 120
• Ширина подошвы В (мм): 170

Мерная длина рельсов КР120 - от 12 до 9 метров. Немерная длина - от 12 до 4 метров. Рельсы КР120 имеют более толстую стенку и широкую опорную плоскость по сравнению с обычными рельсами, что гарантирует равномерную передачу давления колес на пояс подкрановой балки. ГОСТ 4121-76

Рельс КР140

Рельсы производятся следующих длин:

• мерной длины - 12,0 м, 11,5, 11,0, 10,5, 10,0, 9,5, 9,0;
• немерной длины - от 12,0 до 4,0 м.

По согласованию производителя с потребителем крановые рельсы также могут изготовляться и другой длины - в зависимости от индивидуальных потребностей и технических условий. Степень точности прокатки может быть обычной (А) и повышенной (Б). Рельсы производятся без болтовых отверстий. При этом по согласованию производителя с потребителем рельсы могут быть изготовлены с отверстиями на обоих концах или одном конце. Крановые рельсы производятся исключительно из углеродистой стали марки 63. ГОСТ 4121-76

Рельс типа КР70

Рельс типа КР80

Рельс типа КР100

Рельс типа КР120

Рельс типа КР140

Рельс Трамвайный

Рельс трамвайный Т62 ГОСТ 21174-75 рельсы трамвайные Т 62 Т58 Т62 ТВ60 Длина мерная L= 12.5 метров 10.6м немера немерная н.д. от 10.5м до 12.49м или от 18.7м до 24.9м.

Рельс типа Т62

Рельс Узкоколейный

Рельсы Р-18

Рельсы железнодорожные Р-18 ГОСТ 6368-82 предназначены для укладки на железных дорогах узкой колеи и подземных путях шахт.

Особенности рельсов Р-18:

• масса одного метра рельса составляет 17,91 кг

Рельсы Р-24

Рельсы железнодорожные Р-24 ГОСТ 6368-82 предназначены для укладки на железных дорогах узкой колеи и подземных путях шахт.

Узкоколейные железнодорожные пути подразделяются на:

• внешние, соединяющие предприятия с другими предприятиями, сырьевыми базами, пристанями, станциями железных дорог колеи 1520 мм;
• внутренние - на территориях заводов и предприятий и соединительные пути, предназначенные для поездной и маневровой работы.

Особенности рельсов Р-24:

• масса одного метра рельса составляет 24,90 кг;
• применяется на путях промышленных предприятий, карьерах и шахтах;
• в соответствии со СНиП 2.05.07-95 "Промышленный транспорт" в зависимости от годовой грузонапряженности узкоколейные дороги подразделяются на три категории (1- свыше 0,5; II - от 0,2 до 0,5 и III - 0,2 и менее млн. ткм/км, а на лесовозных путях в зависимости от объема леса);
• минимальные радиусы кривых допускаются в зависимости от категорий в особо трудных условиях на внешних и внутренних путях с поездной работой соответственно 200, 150 и 100 м, а на внутренних 60-80 м. Круговые кривые сопрягаются с прямыми переходными кривыми;
• узкоколейные рельсы изготавливаются из мартеновской стали в соответствии с ГОСТ. Они подразделяются на два сорта в зависимости от отступлений в геометрических размерах и металлургических дефектов. По твердости они могут быть нормальные, твердые и повышенной твердости;
• стандартная длина узкоколейных рельсов составляет 7 и 8 пог. м.;
• помимо рельсов стандартной длины все большее распространение получают рельсы длиной 12,5 и 25 м, в том числе старогодные рельсы, снимаемые из линий МПС типов Р43 и более легких;
• рельсы транспортируются железнодорожным, речным или морским видами транспорта по правилам перевозок, действующим на соответствующем виде транспорта;

Рельсы Р-33

Рельсы железнодорожные Р-33 ТУ 14-2-297-78 предназначены для укладки на железных дорогах узкой колеи и подземных путях шахт.

Узкоколейные железнодорожные пути подразделяются на:

• внешние, соединяющие предприятия с другими предприятиями, сырьевыми базами, пристанями, станциями железных дорог колеи 1520 мм;
• внутренние - на территориях заводов и предприятий и соединительные пути, предназначенные для поездной и маневровой работы

Особенности рельсов Р-33:

• масса одного метра рельса составляет 33,48 кг
• применяется на путях промышленных предприятий, карьерах и шахтах.
• в соответствии со СНиП 2.05.07-95 "Промышленный транспорт" в зависимости от годовой грузонапряженности узкоколейные дороги подразделяются на три категории (1- свыше 0,5; II - от 0,2 до 0,5 и III - 0,2 и менее млн. ткм/км, а на лесовозных путях в зависимости от объема леса).
• минимальные радиусы кривых допускаются в зависимости от категорий в особо трудных условиях на внешних и внутренних путях с поездной работой соответственно 200, 150 и 100 м, а на внутренних 60-80 м. Круговые кривые сопрягаются с прямыми переходными кривыми.
• узкоколейные рельсы изготавливаются из мартеновской стали в соответствии с ГОСТ. Они подразделяются на два сорта в зависимости от отступлений в геометрических размерах и металлургических дефектов. По твердости они могут быть нормальные, твердые и повышенной твердости.
• стандартная длина узкоколейных рельсов составляет 7 и 8 пог. м.
• помимо рельсов стандартной длины все большее распространение получают рельсы длиной 12,5 и 25 м, в том числе старогодные рельсы, снимаемые из линий МПС типов Р43 и более легких.
• рельсы транспортируются железнодорожным, речным или морским видами транспорта по правилам перевозок, действующим на соответствующем виде транспорта.

Рельсы Р-43

Рельсы железнодорожные Р-43 ГОСТ Р 51685-2000 предназначены для звеньевого и безстыкового пути железных дорог широкой колеи и для производства стрелочных переводов.

Особенности рельсов Р-43 ГОСТ Р 51685-2000:

• масса одного метра рельса составляет 44,653 кг
• применяется на путях промышленных предприятий.
• рельсы изготавливаются из стали мартеновского (М76; М76Ф - разливка в слитки) и электропечного (Э76; Э76Ф; Э76ХСФ - непрерывно литая заготовка) производства.
• рельсы прямолинейны. Стрела прогиба рельсов в горизонтальной и вертикальной плоскостях при равномерной кривизне не более 1/2200 длины рельса. Отклонения концов рельсов от прямолинейности в горизонтальной и вертикальной (вверх) плоскостях на базовой длине 1,5 м не превышает соответственно 0,5 мм и 0,7 мм.
• скручивание рельса не более 1/10000 длины рельса.
• при копровых испытаниях проба рельса выдерживает удар падающим грузом массой 1000 кг (при температуре испытания -60° ±5°С) с высоты 4,2 м для термоупрочненных рельсов и массой 1000 кг (при температуре испытания от 0°С до +40° ±5°С) с высоты 7,3 м для нетермоупрочненных рельсов.
• рельсы транспортируются железнодорожным, речным или морским видами транспорта по правилам перевозок, действующим на соответствующем виде транспорта.

Рельс типа Р18

Рельс типа Р24

Железнодорожный транспорт в России имеет особенное значение. С учетом гигантских расстояний это практически безальтернативный способ перевозки грузов. А в больших городах объехать автомобильные пробки позволяют трамваи и метро. Естественно, рельсы становятся частью нашей жизни - такой транспорт экономит время в пути, привозит нам интересные товары с других концов страны. А ребенку-школьнику помогают объяснить наглядно, что же такое параллельные линии. И несмотря на создание различных футуристических конкурентов вроде магнитной подушки и вакуумной трубы, еще как минимум полвека рельсы точно будут вне конкуренции.

Потребности спровоцировали модернизацию

Когда мы смотрим на железнодорожный транспорт, мы в первую очередь видим подвижной состав - локомотивы, вагоны, трамваи. И все улучшения последних лет и десятилетий, связанные с этим видом транспорта, мы отмечаем именно по подвижному составу. На смену старым трамваям приходят новые, низкопольные, современные, а главное - не дребезжащие на всю улицу. В лексиконе трех российских столиц (главной, северной и олимпийской) слова «сапсан», «ласточка» и «стриж» чаще имеют отношение к железной дороге, а не к орнитологии. Масштабная модернизация коснулась не только пассажиров, парк грузовых вагонов в России сейчас один из самых молодых в мире, на смену старым вагонам приходят новые, инновационные, более вместительные и реже требующие ремонта. Локомотивы становятся мощнее и экологичнее.

За всем этим техническим изобилием легко упустить элемент, без которого все локомотивы и вагоны, по сути, становятся бессмысленными металлическими конструкциями,- рельсы. Между тем сама рельсовая продукция на протяжении всей своей истории также переживала определенные метаморфозы. К примеру, в середине XIX века на смену чугуну пришла бессемеровская сталь - способ, внедренный англичанином Генри Бессемером, заключающийся в окислении примесей, содержащихся в чугуне. А ее, в свою очередь, сменила сталь, полученная мартеновским способом, названным в честь французских инженеров Эмиля и Пьера Мартенов (выплавку проводили в специальных «регенеративных» печах братьев Сименс, где для подогрева воздуха использовалось тепло отходящих горячих газов). Два последних способа были востребованы в течение прошлого столетия, однако в начале XXI века требования к рельсовой продукции, выпускаемой отечественными производителями, существенно изменились. 15 лет назад, в 2003 году основной потребитель рельсовой продукции в России (тогда, кстати, главный заказчик - Министерство путей сообщения РФ трансформировалось в акционерное общество «Российские железные дороги») обозначил свои новые пожелания. Металлургам нужно было улучшить качество стали.

Это привело к тому, что в 2003 году крупнейший и на тот момент единственный российский производитель рельсовой продукции «Евраз» (в разные годы компания поставляла в адрес РЖД от 0,5 млн до 1 млн тонн ежегодно) перешел на производство рельсов из электростали. После этого компания внедрила внепечную обработку и вакуумирование стали и начала делать рельсы из непрерывнолитой заготовки.

«Эта революция в сталеплавильном производстве позволила нам увеличить ресурс рельсов на 50%. Если раньше гамма-ресурс (эксплуатационная стойкость рельсов.- "Ъ-Наука" ), определяемый во время проведения полигонных испытаний на экспериментальном кольце ВНИИЖТ (Щербинка, Подмосковье), составлял 500 млн тонн, то впоследствии нам удалось поднять этот показатель в полтора раза - до 750 млн тонн»,- подчеркнул Геннадий Юнин, советник по технологии производства рельсового проката «Евраза».

В результате в 2008 году в России началось производство рельсов из чистой по неметаллическим включениям, газонасыщенности и вредным примесям стали, и это уже был продукт мирового уровня.

Еще один важный параметр - «геометрия» рельсов, требования по прямолинейности и точности изготовления профиля. Усиленными темпами в XXI веке начал развиваться так называемый бархатный (бесстыковой) путь. Если раньше рельсы соединялись накладками со стыками через каждые 25 метров, то теперь их начали сваривать в плети длиной до 800 метров. Такие плети делают на рельсосварочных предприятиях и сваривают между собой уже на месте укладки в путь. Это требует точной геометрии рельсов, чтобы состыковать их и получить качественный сварной стык.

«Термоупрочнение рельсов методом объемной закалки мы внедрили в конце 60-х в Нижнем Тагиле, в 70-х - в Новокузнецке, и это также дало в свое время увеличение эксплуатационной стойкости термоупрочненных рельсов по сравнению с "сырыми"»,- рассказал Геннадий Николаевич. Однако объемно-закаленные рельсы в ХХI веке уже не так радовали железнодорожников - технология способствовала образованию высоких остаточных напряжений в рельсах, что снижало их контактно-усталостную прочность и износостойкость. Рельсы закаливались по всему поперечному сечению, поэтому все компоненты (головка, шейка и подошва) имели высокую твердость - а это не нужно, так как с подвижным составом непосредственно взаимодействует и испытывает высокие контактно-усталостные напряжения головка рельса, которая должна иметь достаточную твердость, чтобы обеспечить высокую эксплуатационную стойкость. Конструкционная прочность рельса обеспечивается шейкой и подошвой в нетермоупрочненном состоянии.

Стремление к сокращению числа сварных стыков привело к тому, что железнодорожники захотели перейти на использование 100-метровых рельсов. «Евраз» согласовал с РЖД план дальнейшей реконструкции своего рельсового производства - компания заменила прокатный стан, внедрила новые технологию прокатки и способ термоупрочнения. С весны 2013 года «Евраз» выпускает в Новокузнецке 100-метровые рельсы нового поколения - дифференцированно-термоупрочненные. «Таким образом мы удовлетворили требования РЖД и получили возможность поставлять на экспорт рельсы длиной до 100 метров, соответствующие современным требованиям по чистоте стали, точности изготовления профиля и прямолинейности, обладающие оптимальным комплексом механических свойств, обеспечивающим высокую эксплуатационную стойкость»,- резюмировал Юнин.

Экспорт предстоит продумать

Зарубежные производители рельсовой продукции считают, что 100 метров не предел мечтаний. Японцы, к примеру Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation (NSSMC), уже отправляют на экспорт в США рельсы длиной 150 метров. Для таких поставок компания построила специальные суда. Важную роль здесь играет логистика. Новокузнецк стоит не на морском побережье, а значит, 100-метровые рельсы перевозятся по всей России по тем же рельсам - железнодорожным транспортом. А вот на экспорт «Евраз» пока поставляет продукцию длиной до 25 метров. Над схемой погрузки длинных рельсов компания сейчас работает.

«При этом мы уже получили сертификат соответствия от Deutsche Bahn (немецкий железнодорожный концерн.- "Ъ-Наука" ), но они просят рельсы длиной 60 и 90 метров,- рассказали в "Евразе".- Сейчас мы продумываем необходимую логистику, чтобы побороться за европейских потребителей с двумя главными игроками на этом рынке - Voestalpine AG (Австрия) и ArcelorMittal (зарегистрирована в Люксембурге). Получение сертификата в Германии заняло два года: у них нет своего экспериментального полигона (как, например, в подмосковной Щербинке, где за короткий промежуток времени можно "накатать" высокий грузооборот), и такие тесты проводятся на специальных опытных участках. В то же время сертификат, позволяющий поставлять продукцию на Deutsche Bahn, служит определенным знаком качества, компания с таким сертификатом может поставлять продукцию по всему миру. Хотя везде, конечно, есть своя специфика».

В Индии заказчики иногда совмещают требования к рельсам: какие-то параметры заказываются по своему стандарту, а какие-то - по европейским нормам. Здесь предъявляются более жесткие требования по уровню остаточного напряжения в рельсах. Кроме того, многие потребители заказывают только два испытания - в начале и конце поставок по контракту. А индийцы просят испытывать отдельно каждую 20-ю плавку.

Бразильцы, в свою очередь, особые требования предъявляют по химическому составу - к примеру, по более высокой доле хрома. Таким образом они хотят получить более прочные рельсы, чем по европейским стандартам. Это связано с тем, что у бразильцев развито тяжеловесное движение (по сети проходят поезда массой более 7 тыс. тонн).

А вот египтяне и вовсе просят двойные копровые испытания рельсов. Такой тест заключается в том, что груз весом 1 тонна сбрасывают на рельс с высоты 5 метров. Так вот, египетские потребители просят этот тест повторить дважды.

«В мире производится ежегодно порядка 15 млн тонн рельсовой продукции. При этом европейский и американский рынки "переваривают" лишь по 1 млн тонн в год. Еще 1 млн потребляет Россия, 5 млн сами себе делают китайцы. В остальных странах не такие жесткие требования к длине рельсов. К примеру, 18-метровые рельсы мы поставляем в Египет и Тайвань, а 24- и 25-метровые - в Бразилию и Индию соответственно, в том числе и для метрополитена, требования для железной дороги и метро, как правило, идентичны. А вот трамваи - это немного другая история, в стали для трамвайных рельсов другой химический состав, продукт получается не таким прочным, как железнодорожные рельсы, что и не требуется для этого вида транспорта - нагрузки намного ниже, чем на железной дороге. Хотя уже появляются первые заявки от заказчиков и по термоупрочнению рельсов для трамвайных путей»,- рассказал Геннадий Юнин.

От общего к частному

Стоит отметить, что в разные годы инженеры пытались придумать различные пути ухода от рельсового транспорта. Одной из альтернатив были поезда на магнитной подушке. Но надо понимать, что изобрели этот способ передвижения еще 40 лет назад в Германии. А потом, спустя 20 лет, эту идею реализовали в Китае - такой поезд курсирует между Шанхаем и местным аэропортом на скорости до 350 км/ч. Но это, по сути, единственное воплощение достаточно амбициозной идеи.

Американец Илон Маск предложил еще более дерзкий проект под названием Hyperloop - путешествие в вакуумной трубе со скоростью до 1200 км/ч. Но эксперты отрасли сходятся во мнении, что если проект удастся и получит распространение по всему миру, то это случится не раньше чем через полвека. А до тех пор спрос на рельсы будет устойчивым.

30 лет назад МПС СССР потребляло 2,5 млн тонн рельсов ежегодно (заявка в Госплане - на 2,9 млн тонн). Сейчас РЖД потребляет порядка 1 млн тонн - даже без учета Казахстана, Украины и других бывших республик, потребляющих рельсы в менее скромных масштабах, в среднем получается, что за 30 лет потребность снизилась примерно вдвое. В течение следующих 30 лет потребность продолжит уменьшаться, если говорить о «пространстве 1520» (страны, объединенные железнодорожной колеей стандарта 1520 мм).

Несмотря на амбициозные планы по строительству в России - и так называемого Северного широтного хода (магистраль в Ямало-Ненецком автономном округе), и расширения Байкало-Амурской и Транссибирской магистралей, сеть в будущем увеличится, но потребность в рельсовой продукции тем не менее будет снижаться. Она формируется в основном за счет выбывающих рельсов. А с каждым годом, несмотря на рост нагрузок и скоростей, запас прочности и жизненный цикл, которые дает повышение качества рельсов, будут расти быстрее.

За рубежом также ведется активное строительство железных дорог. Китай за 20 лет увеличил протяженность путей вдвое - на 70 тыс. км. Также у Индии есть планы по серьезному увеличению протяженности сети, в 2018–2019 годах здесь будет уложено порядка 1 тыс. км новых путей, и интенсивность строительства продолжит расти в ближайшие годы. И с учетом таких тенденций, даже несмотря на повышение качества и долговечности рельсов, разница между мировой потребностью в такой продукции (14 млн тонн) и реальными производственными мощностями (15 млн тонн) не так уж и велика, и этот запас прочности вполне может иссякнуть.

«В будущем мы ожидаем спроса на разные виды рельсов для различных условий эксплуатации. Но пока что картина несколько иная. Сейчас освоены и есть возможность выпускать четыре категории рельсов: общего назначения, повышенной износостойкости и контактной выносливости, скоростного совмещенного движения и низкотемпературной надежности. Но за последние годы в портфеле заказов РЖД подавляющее преимущество за рельсами общего назначения. Пока что клиенты хотят большей универсальности от нашей продукции. Хотя специализированные (и, соответственно, более дорогие) рельсы дольше прослужат на предназначенных для них участках. Здесь экономический эффект не ограничивается увеличенным сроком эксплуатации. Необходимо учитывать, что чем реже проводятся изъятия дефектных рельсов и ремонты со сплошной заменой рельсов, тем меньше требуется остановок движения на этих участках, повышается их пропускная и провозная способность, что обеспечивает более высокий грузооборот. А это уже прямая выгода для РЖД»,- рассказал Юнин.

И продукция продолжает эволюционировать в соответствии с требованиями времени. В настоящее время процедуру сертификации проходит новый продукт «Евраза» - рельсы ДТ400 ИК, которые отличаются высокой прочностью и износостойкостью. Такие рельсы предназначены для особых условий эксплуатации - для тяжеловесного движения и для сложных участков пути с крутыми кривыми радиусом менее 650 метров. Обычные рельсы общего назначения служат на таких тяжелых участках с грузонапряженностью 150 млн тонн брутто в год от силы семь-десять месяцев. А срок службы ДТ400 ИК, как предполагается, превысит год. Если сравнивать с ведущими зарубежными аналогами, японские рельсы стоят на кривых малого радиуса около 15 месяцев. Российский продукт должен составить им достойную конкуренцию. Также сертификацию проходят рельсы для высокоскоростных магистралей, учитывающих максимальную скорость до 400 км/ч.

Кстати, в РЖД разделяют точку зрения относительно необходимости специализации рельсов. По словам главного инженера Центральной дирекции инфраструктуры ОАО РЖД Геннадия Насонова, действительно целесообразнее использовать специализированные рельсы с учетом требований, обусловленных расположением, климатической зоной, интенсивностью движения и другими факторами.

«Совершенно точно, что для высокоскоростных магистралей требуются особенные рельсы. А при строительстве Северного широтного хода понадобятся рельсы, не столь устойчивые к высокоскоростному режиму, зато такие, которые смогут достаточное время функционировать в условиях постоянных низких температур. Отдельные требования должны предъявляться рельсам, которые предстоит уложить на участках, где планируется применение тяжеловесного движения. Кроме того, на сети РЖД есть определенное количество малоинтенсивных линий, перевозящих менее 8 млн тонн грузов в год. Мы считаем, что и на таких участках рельсы должны быть соответствующими»,- рассказал «Ъ-Науке» представитель РЖД.

По его словам, это позволит дифференцировать бюджеты и требования по содержанию инфраструктуры. Кстати, в «Евразе» отмечают, что правильный сервис может дополнительно повысить срок службы рельсов.

«В обозримом будущем мы хотим предложить нашим клиентам услугу "под ключ": не только поставку продукции, но и сварку, укладку и техобслуживание рельсов на протяжении всего жизненного цикла. Это, с нашей точки зрения, весьма перспективное направление бизнеса»,- резюмировали в «Евразе».

Константин Мозговой

В течение многих лет изготовление рельсов производилось в соответствии с Техническими условиями; однако благодаря усовершенствованиям в области металлургии, а также в связи с меняющимися потребностями железных дорог оказалось необходимым Технические условия пересмотреть. Изменения в Технические условия были внесены только после тщательного изучения этого вопроса представителями Рельсового комитета AREA совместно с представителями Технического комитета Американского института железа и стали. Технические условия на рельсы из мартеновской стали, принятые с изменениями, внесенными в них, приведены ниже.

ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ НА РЕЛЬСЫ ИЗ МАРТЕНОВСКОЙ СТАЛИ

1. Введение

Освидетельствование и испытание рельсов производятся на рельсопрокатных заводах до отправки рельсов потребителям; заводы должны быть оснащены оборудованием, с помощью которого можно устанавливать качество выпускаемых рельсов.

1. Химический состав

Процесс определения химического состава стали описывается ниже. Количество элементов, входящих в состав стали, должно оставаться в следующих пределах:

Последних трех слитков каждого ковша. Проверять состав стали можно как химическим, так и спектрографическим анализом. Средние результаты анализа стали каждого ковша должны соответствовать требованиям, изложенным в части 2. По требованию инспектора, в его распоряжение предоставляются образцы для контрольного анализа стали.

1. Пластичность стали и способность ее сопротивляться удару

а) Пластичность рельсовой стали и способность ее сопротивляться ударам определяются на стандартном копре AREA. Образцы рельсов длиной от 1,22 до 1,83 м отрезают от головной части рельсов А второго, среднего и последнего слитков каждой плавки. Температура опытных образцов не должна превышать 38° С. Расстояние между опорами, на которые укладываются опытные образцы, для рельсов весом менее 52,6 кг/пог. м должно составлять 0,91 м, для рельсов весом от 52,6 до 69,4 кг/пог. м- 1,22 м и для рельсов тяжелее 69,4 кг/пог. м-1,42 м.
Образцы рельсов укладываются на опоры головкой кверху и подвергаются одному удару со стороны свободно падающей бабы; высота падения бабы зависит от веса рельса.


б) Если все образцы выдержат удар без излома их между опорами, то все рельсы этой плавки считаются принятыми и подвергаются окончательному освидетельствованию, заключающемуся в проверке состояния их поверхности, размеров поперечного сечения и отделки.
в) Если какой-либо образец сломается за пределами опор, то испытание считается недействительным и проводятся повторные испытания образцов, взятых из головной части этих же рельсов.
г) Если один из трех образцов, взятых в соответствии с п. «в» части 5, сломается, то бракуют все рельсы А данной плавки.
Тогда вырезают образцы от нижнего конца этих же рельсов А или от верхнего конца рельсов В того же слитка и испытывают в соответствии с п. «в» части 5. Если один из образцов сломается, то все рельсы В данной плавки бракуются.
Затем из нижнего конца рельсов В или из головного конца рельсов С тех же самых слитков берут три дополнительных образца, которые испытывают в соответствии с п. «в» части 5; если ни один из образцов не разрушится, то оставшуюся часть плавки принимают к освидетельствованию и проверке подвергают состояние поверхности рельсов, размеры поперечного сечения и отделку рельсов. Если же сломается хоть один из этих образцов, вся плавка бракуется.
7. Состояние металла внутри рельса
а) На опытных образцах, отрезанных от головных концов верхних рельсов всех слитков каждой плавки, прошедших испытания на копре в соответствии с п. «в» части 5, делают зарубку, в которую вставляют правильный молот; затем образец укладывают под гидравлический пресс, который давит на плоскую головку правильного молота с силой 544 кг и ломает образец. Качество рельса определяется обследованием излома. Если в изломе опытного образца будут обнаружены закаты, расслоения металла, раковины, посторонние включения, а структура металла будет светлой и мелкозернистой, то такие рельсы классифицируются как Х-рельсы.
б) Если по договоренности с заказчиком предусматривается исследование образцов рельсов, взятых из всех слитков (за исключением Х-рельсов), путем нанесения на них зарубок и излома их, то эти испытания выполняются в следующем порядке.
На опытных образцах, взятых из головных концов верхних рельсов всех слитков каждой плавки, отвечающих требованиям части 5, делают зарубки и рельсы ломают для того, чтобы можно было проверить состояние металла внутри рельса. Если в изломе обнаруживается внутренний дефект, то от головного конца верхнего рельса снова отрезают образец; на образце делают зарубку и его опять ломают. Если трещина, свободная от внутренних дефектов, оказывается на таком расстоянии от торца, которое позволяет получить после отделки рельс допускаемой длины, то этот рельс, а также и другие рельсы этого слитка, считаются принятыми. Если же нельзя получить рельс достаточной длины, то рельсы бракуют и вырезают образец из нижнего конца рельса, характеризующий собой второй рельс слитка. Второй и следующий рельсы слитка испытывают таким же образом.
Образцы с зарубками, подлежащие излому, берут из верхних концов рельсов на расстояниях, установленных изготовителями рельсов, а в случае необходимости получить излом, свободный от каких-либо дефектов, последний образец разрешается брать на таком расстоянии от торца, при котором законченный рельс будет иметь минимальную допускаемую длину.
Внутренние дефекты рельсов могут представлять собой закаты, расслоения металла, пустоты, посторонние включения в металл или ясно различимую светлую или мелкозернистую структуру; при испытаниях с разрушением образца эти дефекты становятся видимыми.
Укороченные рельсы, получаемые при описанных выше испытаниях, не входят в количество 11°/0 рельсов, указанных в части 1 0.

1. Классификация рельсов

Рельсы № 1. Рельсы № 1 должны быть свободны от повреждений и от всех видов дефектов.
Х-рельсы Эти рельсы описаны в п. «а» части 7.
Рельсы №2. К ним относятся следующие рельсы:
а) не имеющие поверхностных дефектов в таком количестве и такого качества, которые не позволили бы инспектору признать их годными для эксплуатации;
б) поступающие на правильные прессы с резкими искривлениями или с прогибами, средняя ордината которых составляет больше 152 мм на 11,89 ле;
в) на которых отсутствует клеймо.

1. Обрезка слитка

Из верхнего и нижнего концов слитка удаляется определенное количество металла, достаточное для того, чтобы можно было рассчитывать на отсутствие в слитке вредной сегрегации и раковин.

1. Длина рельсов

Стандартная длина рельсов должна составлять 11,89 м при температуре 16° С. Допускается, чтобы 11 °/0 рельсов общего количества, имеющегося в данной партии, имели меньшую длину, изменяющуюся ступенями в 0,305 м от 11,58 до 7,62 м. Допускаемое отступление от теоретической длины рельсов составляет 9,52 мм; 15°/0 рельсов всей партии могут иметь отступление в длине, равное 11,11 мм.

1. Поперечное сечение рельсов

Поперечное сечение рельсов должно как можно точнее соответствовать темплетам и чертежам, представленным заказчиками. Допускаемые отступления от теоретической высоты рельса составляют + 0,79 мм и -0,40 мм. Ширина каждой половины подошвы может иметь отступление от теоретической 1,59 мм при условии, что отступление от общей теоретической ширины подошвы также не будет превышать 1,59 мм. Не допускается никаких отступлений от тех размеров поперечного сечения рельса, от которых зависит соответствие рельсовой пазухи стыковым накладкам; исключением является только шаблон для проверки рельсовой пазухи, утвержденный заказчиком; размер шаблона в горизонтальном направлении может меняться в пределах 1 мм.

12. Вес рельсов
В рельсах всей партии допускается отступление от вычисленного веса сечения в размере до 1 /2°/о

1. Просверливание болтовых отверстий

В соответствии с чертежами, представленными заказчиками, в рельсах должны быть просверлены круглые болтовые отверстия. Допускается увеличение диаметра отверстия не свыше

1. мм. Допуски в размерах, определяющих положение болтового отверстия, составляют 0,79 мм.
2. Отделка рельсов

а) Все рельсы должны иметь гладкую поверхность головки, ось их должна быть прямой; не допускается скручивание, волнистость и искривление рельсов. В правйльном прессе опоры для рельсов должны иметь плоскую поверхность, не допускается наличие на опорах впадин, а также не допускаются изогнутые или искривленные опоры. Расстояние между опорами должно составлять приблизительно 1,52 м. Для выпрямления концов рельсов можно применять дополнительные опоры с расстоянием между ними меньшим 1,52 м. Если положить рельс головкой вверх на горизонтальную поверхность, то допускается, чтобы концы его оказались слегка приподнятыми, при условии, что изгиб концов будет равномерным, а средняя ордината прогиба не превысит 31,75 мм на длине 11,89 м. Концы рельсов должны быть опилены по наугольнику; при этом допускаются отклонения не более чем 0,79 мм, а для рельсов весом 69,4 кг/п^г. м и выше -не более 2,38 мм; заусенцы на торцах должны быть полностью удалены.
б) В случае, если представленные для осмотра рельсы не будут отвечать требованиям, изложенным в частях 13 или 14, п. «а», допускается исправлять их на заводах при условии, что после исправления рельсы будут полностью отвечать предъявляемым к ним требованиям.
в) Если в торце или в болтовом отверстии какого-либо из законченных рельсов будут обнаружены пороки, указанные в п. «а» части 7, то конец такого рельса должен опиливаться или обламываться до тех пор, пока не будет достигнут здоровый металл; после этого рельсы могут быть приняты как укороченные рельсы № 1 или 2 в соответствии с требованиями, изложенными в частях 8 и 10. Для определения состояния металла внутри рельса, в распоряжение инспектора предоставляются образцы излома.

1. Маркировка рельсов

Рис. 1. Осмотр рельсов на погрузочной площадке рельсопрокатного завода и распределение их по группам
На одной стороне шейки выкатывается клеймо; клеймо должно оставаться ясно различимым все время, пока рельс находится в эксплуатации; клеймо выкатывается в соответствии со следующими требованиями:
а) Данные, выкатываемые на шейке, и расположение их должны соответствовать приведенному ниже типовому клейму. Форма букв и цифр устанавливается изготовителем, например:

б) Номер плавки, литера рельса и номер слитка помещаются на шейке каждого рельса в том месте, где их не могут закрыть стыковые накладки. Желательно, чтобы номер слитка соответствовал порядковому номеру изложницы. Данные, выбиваемые в клейме, и порядок их расположения должны быть такими, как показано на типовом клейме:
63345 I ABCDEFGH I 17
(номер плавки) I (литера рельса) | (номер слитка)
в) Головные рельсы обычно обозначаются литерой А, а следующие за ними-литерами В, С, D, Е и т. д.
В случае, если объем металла, удаляемый от головной части слитка, очень велик, то первый рельс можно обозначать литерой В или следующими по порядку буквами в зависимости от количества удаленного металла. Очертание и размеры букв и цифр клейма должны быть такими, как показано ниже:
ABCDEFGHIJKHLMNO 15,88 мм 1234567890 ММ или IM 15,88 мм
Погрузка рельсов на платформы производится мостовым электромагнитным краном
Рельсы, изготовленные с регулируемым охлаждением, весом больше 49,6 кг\пог. м, обозначаются буквами СС (control cooled rails), входящими в состав клейма. Рельсы, изготовленные с регулируемым охлаждением, имеющие вес 4С,6 кг1пог. м и меньше (за исключением сечения типа 100 RE), обозначаются теми же буквами СС, также входящими в состав клейма или выбитыми в горячем состоянии на шейке рельса.

1. Регулируемое охлаждение рельсов

а) Все рельсы охлаждаются обычным способом на стеллажах и в процессе их перемещения к коробам до тех пор, пока температура их не упадет до 538 - 385° С, после чего рельсы немедленно загружают в короба.
б) Перед загрузкой с помощью пирометров определяется температура рельсов; температура измеряется на поверхности катания головки не ближе 304,8 мм от торца рельса.
в) Для того чтобы избежать изгибания рельсов и свести до минимума необходимость холодной правки их, нужно очень осторожно обращаться с рельсами при перемещении их от стеллажа к коробу и при удалении их из короба.
г) После того как загрузка короба закончена, его сейчас же закрывают крышкой и оставляют в таком положении по крайней мере в течение 10 ч. После снятия крышки разгрузку короба не начинают до тех пор, пока температура верхнего ряда рельсов не опустится до 149° С или ниже.
Д) После этого измеряют температуру между наружным и соседним с ним рельсом нижнего ряда на расстоянии не более 914,4 мм и не менее 304,8 мм от торца рельса. По изменению температуры в этом месте судят о скорости охлаждения.
е) Короб должен быть так защищен и изолирован, чтобы контрольная температура при охлаждении рельсов весом 49,6 кг\пог. м и выше не могла упасть ниже 149° С через 7 ч после того, как в короб будет уложен нижний ряд рельсов; для рельсов весом меньше 49,6 кг"пог. м вышеупомянутый интервал времени составляет 5 ч. Если по каким-либо причинам эти требования не могут быть соблюдены, то рельсы можно считать изготовленными с регулируемым охлаждением в том случае, когда температура на расстоянии 304,8 мм от конца рельса, находящегося приблизительно в центре среднего пакета рельсов, не упадет ниже 149° С ранее чем через 15 ч.
ж) В соответствии с формой 401-Д Наставлений AREA потребитель получает полную запись процессов, происходящих в каждом коробе.
з) Если рельсы не отвечают указанным требованиям, то буквы СС удаляются из каждого клейма.
и) Перед номером плавки на шейке могут быть выбиты в горячем состоянии буквы СН, указывающие на то, что данные рельсы изготовлены с замедленным охлаждением и что они имеют закаленные концы.
17. Маркировка рельсов с распределением их по группам
(рис. 77)
а) Концы рельсов № 2 окрашивают в белый цвет и на обоих торцах выбивают цифру 2.
б) Концы Х-рельсов окрашивают в коричневый цвет, а на обоих торцах выбивают буквы X.
в) Концы рельсов А окрашивают в желтый цвет.
г) Концы рельсов № 1 длиной меньше 11,89 м окрашивают в зеленый цвет.
д) Все рельсы плавок с предельным (верхним) процентным содержанием углерода или отличающимся от него, не более чем на 0,05%, относят к одной группе и оба конца их окрашивают в голубой цвет.
Каждый рельс должен окрашиваться только в один цвет в соответствии с порядком, в котором следуют приведенные выше пункты.
18. Погрузка
С рельсами надо обращаться так, чтобы была исключена всякая возможность их повреждения; погрузка рельсов должна производиться в отдельные вагоны в соответствии с их классификацией (рельсы № 1 с низким содержанием углерода, высокоуглеродистые рельсы № 1, рельсы № 2 и Х-рельсы).
Для осуществления раздельной погрузки рельсов не требуется более подробной их маркировки, чем приведенная выше.

1. Процесс прокатки рельсов

Весь процесс изготовления рельсов должен находиться на современном уровне. Предполагается, что имеется возможность получения полностью раскисленной стали и что на любой стадии изготовления рельсов учтен опыт отдельных заводов.

1. Приемка и оплата рельсов

а)Для того чтобы предлагаемые рельсы были приняты, они должны отвечать всем требованиям настоящих Технических условий.
б) Рельсы № 2 могут быть приняты в количестве до 8°/0 всей партии.
в) Принятые рельсы оплачиваются в соответствии с их действительным весом и с учетом ограничений, изложенных в части 12.

ДОПОЛНЕНИЕ К ТЕХНИЧЕСКИМ УСЛОВИЯМ

Поскольку применение длинных сварных рельсов уже прошло стадию экспериментирования, возникла потребность в некотором изменении Технических условий на рельсы из мартеновской стали, направленных на то, чтобы сделать эти рельсы более пригодными для сварки в стык. Так, чапример, в рельсах, предназначенных для сварки, нет необходимости сверлить болтовые отверстия, за исключением тех рельсов, которые будут находиться на концах длинных сварных плетей. Наличие в длинных сварных рельсах болтовых отверстий может привести к появлению около них трещин; кроме того, в процессе сварки под давлением расстояния между болтовыми отверстиями будут подвергаться изменениям. Гораздо целесообразнее, если такие рельсы будут выпускаться без болтовых отверстий на концах. Желательно, чтобы сварке подвергались только рельсы более высокого качества и чтобы концы таких рельсов были не закалены и не окрашены.
Для того чтобы обобщить все изложенные выше требования и создать постоянное руководство, которому можно следовать при составлении заказа на рельсы, предназначающиеся для сварки в стык, специальным Комитетом по длинным сварным рельсам AREA были разработаны дополнения к существующим Техническим условиям на рельсы. Дополнительные Технические условия были рассмотрены и одобрены представителями Рельсового комитета AREA и Технического комитета Американского института железа и стали. В 1955 г. дополнительные Технические условия были приняты как материалы Наставления, в следующем виде.

ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ AREA НА ИЗГОТОВЛЕНИЕ РЕЛЬСОВ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ СВАРКИ В СТЫК

1. Общая часть

За исключением приведенных ниже положений все рельсы, предназначенные для сварки в стык, должны изготовляться в с ответствии с последними Техническими условиями AREA; длина рельсов должна составлять 11,89 м рельсы должны изготовляться с регулируемым охлаждением.
2. Заказ на рельсы
а) В заказе на рельсы должно быть указано не количеств рельсов (в штуках), а их общий вес.
б) В заказе должно быть указано (в тоннах) желаемое количество рельсов с болтовыми отверстиями в правом и левом концах, а также количество рельсов без болтовых отверстий. Левый и правый концы рельса определяют по лицевой стороне, на которую нанесено клеймо.
в) Для того чтобы обеспечить требуемое количество рельсов (в тоннах), годных для сварки в стык, необходимо изготовить рельсов больше, чем указано в заказе, на случай, если часть рельсов в соответствии с частью 3, не будет признана годной для сварки в стык.

1. Классификация рельсов изготовителем

а) Если не имеется специальной оговорки, то рельсы А, Х-рельсы, а также рельсы № 2 не входят в тоннаж рельсов, предназначенных для сварки в стык.
б) Если не имеется специальной оговорки, то укороченные рельсы (рельсы длиной менее 11,89 м) не входят в тоннаж рельсов, предназначенных Для сварки в стык.
в) Рельсы, не вошедшие в тоннаж рельсов, предназначенных для сварки в стык, принимаются потребителем в соответствии с пп. «б», «г» и «д» части 4.

1. Болтовые отверстия

а) В соответствии с требованием потребителя в данной партии рельсов должны быть рельсы, в которых болтовые отверстия просверлены только в левом конце.
б) Если заказом предусматриваются рельсы с болтовыми отверстиями в правом и левом концах, то количество таких рельсов должно быть увеличено по сравнению с указанным в заказе.
в) Определенное количество рельсов, устанавливаемое заказчиком, должно быть изготовлено без болтовых отверстий на концах.
г) Если не имеется специальной оговорки, то рельсы А, укороченные и Х-рельсы просверливают с обоих концов.
д) Рельсы, отнесенные при осмотре на инспекторских стеллажах к рельсам № 2 и имеющие болтовые отверстия только в правом или левом конце или совсем не имеющие болтовых отверстий, принимают без возвращения их в отделочный цех для просверливания отверстий.

1. Отделка концов рельсов

а) В соответствии с последними Техническими условиями AREA концы всех рельсов, распиленных в горячем состоянии, подвергаются фрезеровке или шлифованию, пока длина рельсов не будет соответствовать установленной; поверхность торца рельса должна быть перпендикулярна оси рельса.
б) Если предусматривается закалка концов рельсов, то должны быть закалены и сняты фаски только на тех концах, которые имеют болтовые отверстия; при этом на рельсе выбивают буквы СН.
в) Не производится закалка концов и не снимаются фаски на торцах рельсов, не имеющих болтовых отверстий. В том случае, если заказом предусматривается какое-либо количество рельсов без болтовых отверстий, но с закаленными концами, на таких рельсах также могут ставиться буквы СН.
в. Маркировка рельсовВперёд

Страница 2 из 10

Назначение рельсов и требования, предъявляемые к ним

Основной несущий элемент верхнего строения пути - рельсы . Они представляют собой стальные брусья специальных сечений, по которым движется подвижной состав. Стандартными и общепринятыми рельсами на всех дорогах мира являются рельсы широкоподошвенные.

(рис. 1) состоит из трех основных частей:

• головки;
• подошвы;
• шейки, соединяющей головку с подошвой.

Рельсы являются главнейшим элементом верхнего строения пути. Они предназначены:

• непосредственно воспринимать давления от колес подвижного состава и передавать эти давления нижележащим элементам верхнего строения пути;
• направлять колеса подвижного состава при их движении;
• на участках с автоблокировкой служить проводником сигнального тока, а при электротяге - обратного силового тока. Поэтому рельсовые нити должны обладать необходимой электропроводимостью.

Основные требования к рельсам состоят в том, что они должны быть устойчивыми и прочными; обладать наибольшим сроком службы; обеспечивать безопасность движения поездов; быть удобными и недорогими в эксплуатации и изготовлении.

Рис. 1 - Широкоподошвенный рельс

Если более подробно, то назначение и экономические соображения определяют следующие требования к рельсу:

1. Для обеспечения безопасности движения поездов, имеющих большие осевые нагрузки, с максимальными скоростями рельсы должны быть более тяжелыми. В то же время для экономии металла и удобства погрузки, выгрузки, смены эти же рельсы должны иметь рациональный и по возможности наименьший вес.
2. Для лучшего сопротивления изгибу под подвижной нагрузкой рельсы должны быть достаточно жесткими (иметь наибольший момент сопротивления). В то же время во избежание жестких ударов колес о рельсы, могущих вызвать излом отдельных деталей ходовых частей подвижного состава, а также расплющивание и даже излом рельсов, необходимо, чтобы рельсы были достаточно гибкими.
3. Для того чтобы рельсы от ударно-динамических воздействий колес подвижного состава не ломались, материал рельсов должен быть достаточно вязким. Ввиду же концентрированной передачи давлений от колес по очень небольшим площадкам в местах контакта колес рельсов требуется, чтобы металл рельсов не сминался, не истирался, дольше служил и был достаточно твердым.
4. Для обеспечения достаточной силы сцепления между рельсами и движущими колесами локомотивов необходимо, чтобы поверхность катания рельсов была шероховатой. Для уменьшения же сопротивления движению остальных колес - вагонов, тендеров и поддерживающих колес локомотивов - необходимо, чтобы поверхность катания рельсов была гладкой;
5. Для стандартизации элементов верхнего строения пути, приводящей к простоте и удешевлению их содержания, необходимо, чтобы число типов рельсов было наименьшее. Из интересов же экономии металла немыслимо, чтобы на всех линиях железных дорог независимо от грузонапряженности, осевых нагрузок и скоростей движения поездов укладывались рельсы одного типа. Число типов рельсов должно быть минимальным, но разумным.

Таким образом, требования и условия, которым должны удовлетворять рельсы, являются исключительно важными, необходимыми и вместе с тем противоречивыми. Все это чрезвычайно усложняет решение рельсовой проблемы вообще. Ее решение представляет собой одну из важнейших задач транспортной науки и техники.

Материал рельсов

Современные рельсы прокатывают только из стальных слитков. Сталь изготовляют в конвертерах по способу Бессемера или в мартеновских печах. Бессемеровскую сталь получают в результате продувки расплавленного чугуна кислородом (15-18 мин). При этом выгорает углерод и часть примесей. Мартеновскую сталь варят из чугуна и стального лома в больших печах емкостью от 200 до 1500 тонн в течение нескольких часов. Эта сталь чище и менее хладноломка, чем бессемеровская. Рельсы тяжелых типов (Р65 и Р75) прокатывают только из мартеновской стали.

Качество рельсовой стали определяется ее химическим составом, микро- и макроструктурой. Химический состав стали отечественных рельсов характеризуется добавками к железу в процентах (смотрите таблицу ниже).

Тип рельса	Марка стали	Углерод	Марганец	Кремний	Фосфор	Сера	Мышьяк	Временное сопротивление, МПа (кгс/мм 2), не менее	Относительное удлинение, %
Р75(Р65)	М-76	0,71-0,82	0,75-1,05	0,20-0,40	≤0,035	≤0,045	≤0,15	885(90)	4
Р50	М-75	0,69-0,80	0,75-1,05	0,20-0,40	≤0,035	≤0,045	≤0,15	765(88)	5

Углерод повышает твердость и износостойкость рельсовой стали. Однако чем выше содержание углерода, тем больше при прочих равных условиях хрупкость стали и затруднительней холодная правка рельсов. Поэтому требуется более равномерное распределение металла по сечению рельса, более жестко должен выдерживаться химический состав, особенно это касается фосфора и серы.

Марганец повышает твердость и износоустойчивость стали, обеспечивая ей достаточную вязкость.

Кремний улучшает качество стали, увеличивая твердость металла и его сопротивляемость износу.

Фосфор и сера - вредные примеси, они придают стали хрупкость: при большом содержании фосфора рельсы получаются хладноломкими, при большом содержании серы - красноломкими.

Мышьяк несколько увеличивает твердость и износостойкость рельсовой стали, но его излишек уменьшает ударную вязкость.

Микроструктура устанавливается под микроскопом с увеличением в 100-200 раз. Компоненты обычной рельсовой стали - феррит, состоящий из свободного от углерода железа Fe, и перлит, который представляет собой смесь феррита и цементита.

Изучение микроструктуры рельсовой стали показывает, что она приобретает способность к значительному сопротивлению износу и вязкость при сорбитовой структуре, которая получается в результате специальной термической обработки.

В настоящее время наибольшее распространение получила объемная закалка рельсов. Она повышает пластичность и вязкость, увеличивает усталостную прочность и стойкость рельсов против образования поперечных усталостных изломов. Эксплуатационная стойкость таких рельсов в 1,3-1,5 раза выше эксплуатационной стойкости незакаленных рельсов. По технико-экономическим расчетам, использование объемнозакаленных рельсов с среднем за год на 1 км пути дает значительную денежную экономию.

Важнейшее значение для качества рельсовой стали имеет ее макроструктура (строение в изломе при рассмотрении невооруженным глазом или при помощи лупы). Сталь должна иметь однородное мелкозернистое строение без шлаковин, волосовин, плен, следов неоднородного распределения химических добавок по сечению. Улучшение качества достигается строгим соблюдением технических условий и непрерывным совершенствованием технологии изготовления стали и проката рельсов. Плотность рельсовой стали принята равной 7,83 т/м 3 .

Форма и размеры рельсов

Профиль рельсов

Служебные свойства рельсов в основном характеризуются их массой, отнесенной к 1 м длины, профилем поперечного сечения (рис. 2) и механическими характеристиками металла, из которого они изготовлены. Чтобы увеличить сопротивление вертикальным силам, рельсу придают форму двутавровой балки, верхняя полка которой (головка рельса ) приспособлена для контактирования с колесами подвижного состава, а нижняя (подошва рельса ) - для закрепления на опорах. Вертикальная стенка, соединяющая головку и подошву, называется шейкой .

Рис. 2 - Основные части рельсов

Профиль рельсов обусловлен взаимодействием его с колесами подвижного состава и конструктивным оформлением элементов верхнего строения пути. Типичный профиль современных широкоподошвенных рельсов представлен на (рис. 3).

Поверхность катания головки всегда делают выпуклой, чтобы обеспечить наиболее благоприятную передачу давления от колес. Для рельсов типов Р75, Р65 и Р50 больший радиус R 1 этой поверхности принят равным 300 мм. К граням кривизна изменяется до радиуса R 2 , равного 80 мм. В рельсах типа Р43 поверхность катания головки рельса очерчена одним радиусом R 1 .

Рис. 3 - Современный широкоподошвенный рельс

Поверхность катания сопрягается с боковыми гранями головки по кривой радиусом r 1 (рис. 3), по величине близким к радиусу выкружки бандажа. В рельсах типов Р75, Р65 и Р50 r 1 равен 15 мм.

Боковые грани головки или вертикальны, или наклонны. У рельсов типов Р75, Р65 и Р50 этот наклон (1:k ) принят равным 1:20. Боковые грани головки стремятся сопрягать с нижними наименьшими радиусами r 2 , равными 1,5-4 мм. Это делается для того, чтобы опорная поверхность для накладок была наибольшей. По этим же соображениям принимают такими же и радиусы r 6 и r 7 .

Опорными поверхностями для накладок служат нижние грани головки и верхние грани подошвы рельса. В настоящее время наиболее распространены такие углы α, при которых tg α = 1:n для рельсов типов Р75, Р65 и Р50 составляет 1:4.

Сопряжение нижних граней головки с шейкой должно обеспечивать достаточную опорную поверхность для накладки и наиболее плавный переход от толстой головки к сравнительно тонкой шейке в целях снижения местных напряжений и равномерности остывания рельсов при прокатке. В рельсах типов Р75, Р65 и Р50 приняты r 3 = 5÷7 мм и r 4 = 10÷17 мм.

Шейка современного рельса имеет криволинейное очертание радиусом R ш (от 350 до 450 мм для отечественных рельсов), которое в наибольшей мере обеспечивает плавность перехода от шейки к подошве и головке.

Сопряжение шейки с подошвой выполнено радиусом r 6 , величина которого диктуется теми же соображениями, что и величины радиусов r 3 и r 4 . Переход к наклонной верхней поверхности подошвы у рельсов типов Р75, Р65 и Р50 сделан по радиусу r 5 , равному 15-25 мм.

На железных дорогах РФ применяют рельсы типов Р75, Р65 и Р50 (рис. 4), имеющие массу 74,4; 64,6 и 51,6 кг/пог. м. Преобладающими при укладке сейчас являются рельсы типа Р65; на особо грузонапряженных линиях - термически упрочненные рельсы типа Р75. Изготавливают их длиной 25 метров.

Рис. 4 - Стандартные профили рельсов: а - типа Р75; б - Р65; в - Р50

Длина рельсов

На дорогах мира стремятся шире применять длинные рельсы и сварные рельсовые плети. За счет этого уменьшается число стыков, что улучшает условия взаимодействия пути и подвижного состава, дает большой экономический эффект. Например, если вместо рельсов типа Р65 длиной 12,5 м уложить рельсы того же типа, но длиной 25 м, то за счет уменьшения потребности в стыковых скреплениях на каждых 1000 км будет сэкономлено 3902 тонн металла. Кроме того, уменьшение числа стыков примерно на 10% снизит сопротивление движению поездов, уменьшит износ колес подвижного состава и расходы на текущее содержание пути.

Стандартная длина современных рельсов в различных странах колеблется от 10 до 60 м: в РФ 25 м; в Чехословакии 24 и 48 м, в ГДР и ФРГ 30, 45 и 60 м; во Франции 18, 24 и 36 м; в Англии 18, 29 м; в Японии 25 м; в США 11, 89 и 23, 96 м. В РФ для стрелочных переводов в ограниченном количестве прокатывают рельсы длиной 12,5 м.

Кроме рельсов стандартной длины, применяют и укороченные для укладки на внутренних нитях кривых участков пути. В РФ такие рельсы имеют укорочение на 80 и 160 мм, а при длине 12,5 м - на 40, 80 и 120 мм.

Масса (вес) рельсов

Основной характеристикой, дающей общее представление о типе и мощности рельса, - является его вес , выраженный в килограммах на один погонный метр.

Определение оптимального веса рельса - задача чрезвычайно трудная, так как он зависит от большого количества факторов: осевых нагрузок, скоростей движения поездов, грузонапряженности, качества рельсовой стали, профиля рельса и других.

Масса рельсов определяется из следующих соображений:

• чем больше нагрузки на ось железнодорожного экипажа, скорости движения поездов и грузонапряженность линии, тем большей при прочих равных условиях должна быть масса рельса с ;
• чем больше масса рельса q , тем меньше при прочих равных условиях эксплуатационные расходы на грузонапряженных линиях (на содержание пути, на сопротивление движению поездов).

В настоящее время имеются различные предложения по определению массы рельса эмпирически, в зависимости от ограниченного количества факторов. Профессор Г. М. Шахунянц предложил определять массу рельса в зависимости от вида подвижного состава, грузонапряженности линии, скорости движения поездов и статической нагрузки на ось локомотива по выражению

где а - коэффициент, равный 1,20 для вагонов и 1,13 - для локомотивов;

T max - грузонапряженность, млн. т·км/км в год;

υ - скорость движения поездов, на которую рассчитывается конструкция пути, км/ч;

Численные значения, входящие в формулу, можно брать из таблицы 1.2

Несомненно, формула, приведенная выше, не отражает всей сложности взаимосвязи факторов, влияющих на выбор веса рельса. Однако она дает возможность принимать решение в порядке первого приближения достаточно обоснованно.

Окончательно массу рельса выбирают на основании расчетов на прочность и экономической целесообразности. Масса стандартных рельсов в РФ принята 44-75 кг/м. Их основные характеристики приведены в (табл. 1.3) и обозначены на (рис. 5). Рельсы Р43 прокатывают в ограниченном количестве для стрелочных переводов.

Рис. 5 - Основные размеры современного рельса (к таблице 1.3)

На железных дорогах других стран рельсы имеют массу, кг/м:

• США - 30-77;
• Англия:
  • двухголовые - 29,66-49,53;
  • широкоподошвенные - 22,37-56,5;
• Франция и Бельгия - 30-62;
• ГДР и ФРГ - 30-64.

Экономическая эффективность применения тяжелых рельсов

Эффект от использования тяжелых рельсов заключается в их долговечности, снижении расхода материалов, уменьшении сопротивления движению поезда и сокращении затрат на текущее содержание пути.

По данным ВНИИЖТа, если за базу взять рельс типа Р50, то увеличение его массы на 1 кг снижает затраты труда на текущее содержание пути на 1,5-1,8% и уменьшает расход материалов до 1,4%.

Более тяжелый рельс распределяет давление колес подвижного состава на большее количество шпал, вследствие чего уменьшается давление на каждую шпалу, замедляется механический износ и увеличивается срок их службы. Одновременно снижается динамическое давление на балласт, уменьшается истирание, измельчение частиц балласта и его загрязнение.

С увеличением массы рельсов реже возникает надобность в среднем и подъемочном ремонтах пути. По тяжелым рельсам можно перевезти и больше грузов. Так, рельсы Р50 на 15%, а Р65 на 45% тяжелее рельсов Р43, но рельсы Р50 за время службы могут пропустить тоннаж в 1,5 раза, а Р65 в 2 раза больше, чем Р43. С возрастанием массы рельсов уменьшается расход металла на единицу пропускаемого тоннажа и сокращаются затраты на замену рельсов (капитальный ремонт), снижаются сопротивление движению поездов и расходы на тягу.

При экономических расчетах по выбору типа рельса предпочтение отдается рельсу, для которого годовая сумма приведенных строительных и эксплуатационных расходов ∑Э пр при нормированном сроке окупаемости t n является наименьшей. Она определяется по формуле

где А - строительные расходы (стоимость укладки рельсов);

B i - эксплуатационные расходы i -ro года.

Сроки окупаемости дополнительных капиталовложений на укладку тяжелых рельсов невелики - обычно 1,5-4,5 года. Поскольку применять тяжелые рельсы очень выгодно, в РФ их средняя масса (q ср) постоянно увеличивается.

Срок службы рельсов

Ожидаемый срок службы рельсов определяют как для целесообразного ведения путевого хозяйства (например, чтобы знать периодичность смены рельсов), так и для их технико-экономической оценки.

Срок службы рельсов является функцией работы их под подвижным составом, типа и мощности рельсов, характеристик верхнего строения и подвижного состава, условий эксплуатации пути и технологии изготовления рельсов.

Рельсы выходят из строя по износу и дефектам. Их следует изымать из пути при износе на определенную допустимую величину; по этому фактору и определяется срок службы рельсов. Допустимый износ z 0 (рис. 6) головки рельса устанавливают таким образом, чтобы поперечное сечение рельса после износа на величину площади ω 0 обеспечило допускаемые напряжения, и чтобы при изношенных бандажах колес гребни не задевали гайки и головки болтов в стыках рельсов или за части двухголовых накладок, выступающих за головку рельса.

Рис. 6 - Поперечное сечение головки рельса (заштрихована допустимая площадь износа)

Согласно рисунку

ω 0 = bz 0 - ∆,

где b - ширина головки рельса;

z 0 - нормированный предельный износ головки рельса, принимаемый в РФ по ПТЭ;

∆ - учитывает разницу очертания головки и воображаемого прямоугольника, которую принимают равной 70 мм 2 .

Т = ω 0 / β,

где β - удельный износ поперечного сечения головки рельса от прохода 1 млн. т груза брутто, мм 2 .

Величина β определяется для конкретных условий службы рельсов с выполнением тяговых расчетов и учетом качества рельсовой стали. Для приближенных расчетов можно использовать среднесетевые значения β ср (мм 2 /млн. т брутто) из таблицы

Поскольку износ объемнозакаленных рельсов происходит в 1,3-1,5 раза медленнее, чем незакаленных, величину β ср для первых следует скорректировать коэффициентом α, равным примерно 0,65-0,5.

Таким образом, зная ω 0 и β ср, можно найти тоннаж Т , который могут пропустить рассматриваемые рельсы за весь срок службы. При этом если грузонапряженность (годовой тоннаж) Т г данной линии известна и постоянна, то срок службы рельсов в годах на этой линии можно найти так:

Но так как грузонапряженность на наших железных дорогах ежегодно увеличивается, то срок службы рельсов на данной линии по наработке прошедшего тоннажа

где Т 1 , Т 2 , Т 3 , …, Т t - соответственно тоннаж в первый, второй, третий, t -й год после укладки рельсов.

Несмотря на повышение износоустойчивости рельсов, их приходится заменять раньше достижения нормативного износа из-за одиночного выхода из строя по дефектам. Выход рельсов по дефектам происходит как из-за нарушения или несовершенства технологии изготовления, так и по условиям их эксплуатации.

При установлении сроков службы рельсов принимают за допускаемый суммарный одиночный их выход из строя по дефектам: Р50 - 6 штук, а Р65 и Р75 - 5 штук на 1 км пути или наибольший годовой выход для этих рельсов - 2 шт. на 1 км.

Срок службы рельсов между капитальными ремонтами пути в млн. т брутто исходя из одиночного выхода рельсов по дефектам Т од Г. М. Шахунянц предложил определять по формуле

где λ р - коэффициент, учитывающий качество рельсовой стали, дли незакаленных рельсов λ р = 1, а для объемнозакаленных λ р = 1,5;

Член, учитывающий влияние кривизны пути и лубрикации (смазки); при R ≥ 1200 м А = 0 и при R < 1200 м А = 800; при отсутствии смазки боковых граней головки рельсов и гребней колес α луб = 1, при смазке графитомолибденовыми карандашами или для графитовой смазки на солидоловой основе α луб = 0,2;

Член, учитывающий влияние длины рельсов (плети);

Р дн - средняя по тоннажу нормативная нагрузка на рельс от оси колесной пары, установленная в 1964 г. при принятии нормативного срока службы незакаленных рельсов (для Р50 - 350 млн. т груза брутто, для Р65 - 500 млн. т груза брутто), равная для рельсов Р50: Р дн = (1 + 0,012υ i) q ок = (1 + 0,012·50)·14·9,8 = 228,6 кН и для рельсов Р65: P дн = (1 + 0,012·60)·18·9,8 = 303,8 кН;

Р с - средневзвешенная по тоннажу исполненная нагрузка на рельс от оси колесной пары, кН;

q р - масса рельса, кг/м;

γ норм - нормативное значение допускаемого одиночного изъятия рельсов по дефектам (Р50 - 6 шт., Р65 и Р75 - 5 шт. на 1 км пути);

q ок - средняя нагрузка на рельс от оси колесной пары, зависящая от типа рельса.

Из двух значений, найденных по формулам, приведенных выше, для расчета следует принимать наименьшее.

Ограничение срока службы рельсов по одиночному их выходу признать нормальным нельзя, поэтому главнейшая задача - проведение мероприятий, позволяющих увеличить срок службы рельсов согласно их мощности до полного расчетного износа. Этого можно добиться благодаря улучшению качества рельсового металла, в том числе за счет термической обработки; применению бесстыкового пути со сварными рельсовыми плетями увеличенной длины; наплавке изношенных рельсовых концов; улучшению конструкции верхнего строения пути в целом; применению лубрикаторов, смазывающих боковые грани головки рельсов в кривых; улучшению текущего содержания рельсов и пути в целом.

После истечения установленных сроков службы в местах первоначальной укладки рельсы снимают с пути, сортируют, подвергают в рельсоремонтных предприятиях ремонту и сварке и снова укладывают в путь, но уже с более легкими условиями эксплуатации, где они пропускают еще примерно 2/3 начального нормативного тоннажа.

Важными мерами по продлению сроков службы рельсов в пути является шлифовка их головки рельсошлифовальными поездами для удаления с поверхности катания неровностей и поверхностного поврежденного слоя металла, наплавка рельсовых концов, смазка рельсов в кривых для уменьшения бокового износа головки.

Сроки службы обычных высокоуглеродистых рельсов по сравнению с зарубежными в 2-3 раза, а термически упрочненных в 3-4 раза выше; тем не менее этого недостаточно, так как интенсивность использования железнодорожных путей в нашей стране в 6-10 раз больше, чем за рубежом. Поэтому ведутся научные исследования по созданию еще более прочных и долговечных рельсов.