Стальные рельсы являются неотъемлемой частью транспортной инфраструктуры. Основное назначение рельсов – обеспечить надежное безаварийное движение подвижного транспорта по магистральным, крановым, промышленным и шахтным железнодорожным путям. В зависимости от сферы применения существуют разные виды рельсов, которые отличаются между собой конструкцией, размерами и другими характеристиками.
Из рельсового металлопроката прокладывают ж/д пути, линии городского трамвая и метрополитена, подъездные пути и внутренние транспортные коммуникации на заводах и фабриках, направляющие для перемещения грузоподъемных кранов (портовых, козловых, башенных, мостовых и др.).
Классификация стальных рельсов
Для начала рассмотрим, что такое рельсы? Это фасонное изделие, состоящее из трех конструктивных элементов:
- Подошва – нижняя опорная поверхность рельса.
- Головка – круглая гладкая или желобчатая верхняя часть рельса, по которой осуществляется перемещение подвижного состава.
- Шейка –часть профиля рельса, соединяющая головку с подошвой (перпендикулярна плоскости подошвы).
Из чего сделаны рельсы? Для изготовления проката применяются углеродистые, низколегированные и легированные рельсовые стали. Добавление в состав сплава таких элементов как хром, марганец, ванадий и титан способствует повышению прочности, твердости и износостойкости.
Необходимые физико-механические свойства рельсовой стали могут обеспечиваться как непосредственно после прокатки, так и путем дополнительной термообработки: объемной или поверхностной закалки.
В стандартах ДСТУ/ ГОСТ рельсовый прокат классифицируется по следующим основным параметрам:
1. Типы рельсов и их назначение: железнодорожные широкой и узкой колеи, крановые, трамвайные, промышленные и др.
2. Категория качества (для рельсов магистральных, в зависимости от уровня технических требований): высшая категория (В), I, IIи IIIкатегории.
3. Наличие болтовых отверстий на концах:
- с отверстиями — применяются для соединения рельсов в звеньевой путь, могут быть на одном конце или на обоих концах рельса;
- без отверстий — используются в бесстыковом пути, где рельсы свариваются между собой.
4. Способ выплавки стали:
- К — рельсы из конвертерной стали;
- Э — рельсы, произведенные из стали, выплавленной в электропечи;
- М – рельсы из мартеновской стали.
Также могут быть различия в том, из какого металла делают рельсы, слиточного или непрерывнолитого. Это зависит от того, каким образом разливалась жидкая сталь при получении полуфабриката – в изложницы с получением промежуточного слитка или на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).
Условное обозначение и пример расшифровки маркировки рельсов:
Р50-II- М76Ф -12-2/2 ДСТУ 4344 – рельс типа Р50, второй категории, из стали М76Ф мартеновского производства, длиной 12 метров с двумя отверстиями под болты с каждой стороны, изготовленный по стандарту ДСТУ 4344.
Необходимо подчеркнуть, что описанная выше классификация касается исключительно продукции, поставляемой по ДСТУ 4344 или стандартам ГОСТ, действующим в странах СНГ. В других нормативных документах (в частности, в гармонизированном ДСТУ EN 13674-1) используются совершенно иные марки, технологические параметры производства и требования к рельсовому прокату.
Виды рельсов
Типы рельсов и их основные размерыоговариваются национальными и международными стандартами. Единой общемировой размерной сетки для такой продукции не существует. Сгруппировать рельсовую продукцию можно по ее ключевому применению:
- железнодорожные рельсы, которые предназначены для создания верхнего строения пути магистральных и ведомственных железных дорог. Этот сегмент включает в себя рельсы широкой и узкой колеи, а также промышленные рельсы.;
- крановые рельсы, по которым движутся краны, обслуживающие предприятия, порты, стройплощадки;
- трамвайные рельсы, предназначенные для городского общественного транспорта;
- остряковые рельсы, которые используются при изготовлении стрелочных переводов;
- рельсовые профили другой формы, предназначенные для специфических применений.
Рельсы железнодорожные
Качественные параметры, форма и размеры рельсов, которые используются для создания верхнего строения пути железных дорог, описываются в многочисленных международных технических документах. Наиболее используемыми в Украине являются:
- ДСТУ EN 13674-1 «Железнодорожный транспорт. Колея. Железная дорога. Часть 1. Железнодорожные рельсы Вигноле 46 кг/м и более»;
- ДСТУ 4344 «Рельсы обыкновенные для железных дорог широкой колеи. Общие технические условия»;
- ДСТУ 3799 «Рельсы железнодорожные узкой колеи типов Р18 и Р24. Общие технические условия»;
- ДСТУ 2539 «Рельсы типов Р38 и Р43. Технические условия»;
- ДСТУ 3585 (ГОСТ 30516) «Рельсы железнодорожные для путей промышленного транспорта. Общие технические условия».
- Следует также отметить американские стандартыAREMAи UIC 860, которые также регламентируют требования к рельсовой продукции. На них часто ссылаются национальные стандарты других стран. В частности, благодаря им в украинской нормативной документации появились рельсы типа UIC 60.
Рельсы ширококолейные
Эта продукция используется для формирования железнодорожных магистралей общего пользования, обеспечивающих не только внутригосударственную, но и международную транспортную связь. В Украине магистральные рельсы могут быть изготовлены в следующем сортаменте:
- ДСТУ EN 13674-1 – профили 52E1, 54E1, 54E2, 54E3, 55E1, 56E1, 60E1, 60E2, 46E1, 46E2, 46E3, 46E4, 49E1, 49E2, 49E3, 49E4, 50E1, 50E2, 50E3, 50E4, 50E5, 50E6;
- ДСТУ 4344 – профили Р65, Р75 и Р50.
Основные размеры рельсов широкой колеи согласно ДСТУ 4344
| Размер поперечного сечения | Значение размера для рельса типа | |||
|---|---|---|---|---|
| Р50 | Р65 | Р75 | ||
| Высота рельса | 152 | 180 | 192 | |
| Высота шейки | 83 | 105 | 104,4 | |
| Ширина головки | 72 | 75 | 75 | |
| Ширина подошвы | 132 | 150 | 150 | |
| Толщина шейки | 16 | 18 | 20 | |
| Высота пера подошвы | 10,5 | 11,2 | 13,5 | |
Рисунок 1. Сечение ж/д рельса Р65 по ДСТУ 4344
Узкоколейные рельсы
Этитипы рельсов железнодорожных предназначены для обустройства железных дорог узкой колеи, путей сообщения внутри промышленных предприятий, подземных транспортных коммуникаций и т.д. Рельсы узкой колеи, которые используются в шахтах и карьерах, специализирующихся на добыче полезных ископаемых, также называют рудничными.
К рельсам узкой колеи относятся профили:
- Р18, Р24, выпускаемые в соответствии с требованиями стандарта ДСТУ 3799;
- Р38, Р43 по ДСТУ 2539;
- Р34 по ТУ У 27.1-05393056-265:2009.
Толщина шейки, ширина головки и подошвы, высота рельсаи другие размеры указываются на чертежах, являющихся неотъемлемой частью нормативной документации.
Рисунок 2. Сечение рельса Р34 в соответствии с ТУ У 27.1-05393056-265:2009
Купить рельсы узкоколейные и рудничные можно мерной и немерной длины (конкретные значения длин зависят от вида профиля и стандарта). Нормативная документация оговаривает химический состав стали для изготовления такой продукции, предельные отклонения по форме и размерам, физико-механические характеристики.
Расчетные характеристики рельсов Р18, Р24 согласно ДСТУ 3799
| Тип рельса | Площадь поперечного сечения, см2 | Расчетные значения | Масса 1 погонного метра, кг | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Расстояние от центра тяжести до верха головки, см | Расстояние от центра тяжести до низа подошвы, см | Момент инерции относительно горизонтальной оси, см4 | Момент инерции относительно вертикальной оси, см4 | Момент сопротивления по верху головки, см3 | Момент сопротивления по низу подошвы, см3 | Момент сопротивления по боковой грани подошвы, см3 | |||
| P18 | 22,88 | 4,69 | 4,31 | 238,44 | 40,68 | 50,81 | 55,36 | 10,17 | 17,91 |
| P24 | 31,79 | 5,47 | 5,33 | 497,80 | 86,10 | 91,02 | 93,39 | 18,72 | 24,90 |
Рельсы промышленные
В Украине промышленные рельсы изготавливаются в соответствии с требованиями ДСТУ 3585 (ГОСТ 30516). Такая продукция предназначена для формирования железнодорожных путей на территории промышленных предприятий и не используется на магистральных железных дорогах.
Согласно ДСТУ 3585 рельсы промышленные типов РП50, РП65, РП75 и СП49 могут изготавливаться из углеродистой или микролегированной стали. При выплавке могут применяться различные методы внепечной обработки – вакуумирование, электрошлаковый переплав, обработка азотом, аргоном и др. Рельсы могут поставляться термоупрочненными и без применения термической обработки.
Рисунок 3. Сечение рельса РП65 в соответствии с ГОСТ 30516
Основные размеры промышленных рельсов в соответствии с ДСТУ 3585 (ГОСТ 30516)
| Параметр | Значение размера, мм, для рельса типа РП50 | Значение размера, мм, для рельса типа РП65 | Значение размера, мм, для рельса типа РП75 |
|---|---|---|---|
| Высота рельса | 152 | 180 | 192 |
| Высота шейки | 83 | 105 | 104,4 |
| Ширина головки | 71,59 | 74,59 | 74,59 |
| Ширина подошвы | 132 | 150 | 150 |
| Толщина шейки | 16 | 18 | 20 |
| Высота пера подошвы | 10,5 | 11,25 | 13,55 |
Рельсы крановые
В соответствии с требованиями ДСТУ 2484 (ГОСТ 4121)изготавливаются крановые рельсы типов КР140, КР120, КР100, КР80 и КР70. Они применяются для обустройства путей перемещения грузоподъемных кранов .Чем больше нагрузка, тем больше сечение рельсового профиля.
Рисунок 4. Сечение рельса кранового согласно ДСТУ 2484
Стандарт оговаривает параметры геометрии и формы, требования к химическому составу, механическим свойствам и другим качественным характеристикам. Изготавливаются рельсы КР из нелегированной стали марки 63, содержащей 0,53-0,73% углерода. Прокат поставляется без болтовых отверстий (поставка с отверстиями подлежит согласованию при размещении заказа).
Основные геометрические размеры рельсов согласно ДСТУ 2484
| Тип | b | b1 | b2 | s1 | s2 | h | h1 | h2 | h3 | h4 | h5 | R | RA | RБ | r | r1 | r2 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| КР70 | 70 | 75,6 | 120 | 21 | 23 | 120 | 28 | 24 | 6 | 9 | 21,375 | 400 | 25 | 25 | 6 | 6 | 1,5 |
| КР80 | 80 | 87 | 130 | 26 | 28 | 130 | 35 | 26 | 10 | 9,75 | 22,75 | 400 | 30 | 30 | 8 | 6 | 1,5 |
| КР100 | 100 | 108 | 150 | 32 | 34 | 150 | 40 | 30 | 11,5 | 11,25 | 22,25 | 450 | 35 | 35 | 8 | 8 | 2 |
| КР120 | 120 | 129 | 170 | 38 | 40 | 170 | 45 | 35 | 13 | 13,75 | 31,15 | 500 | 40 | 48 | 8 | 8 | 2 |
| КР140 | 140 | 150 | 170 | 56 | 58 | 170 | 50 | 40 | 14 | 18,75 | 35 | 700 | 40 | 50 | 10 | 10 | 3 |
Рельсы трамвайные
В настоящее время единственным действующим нормативным документом для такой продукции в Украине является ТУ У 27.1-05393056-257:2004 «Рельсы трамвайные желобчатые бесшеечные». Для изготовления рельсов используются углеродистые и низколегированные стали конвертерного производства (например, К75, К63Ф). Прокат поставляется мерными длинами в диапазоне 10-11,5 метров, по согласованию возможна поставка немерных длин.
Рисунок 5. Профиль трамвайного бесшеечного рельса типа РТЖБ-58
Требования к изготовлению
Рельсы получают методом горячей прокатки. Для магистральных и тяжелых крановых и рудничных рельсов используют рельсобалочные и крупносортные станы. В качестве полуфабриката могут использоваться непрерывнолитые и горячекатаные блюмы. Рельсы меньших сечений прокатывают на среднесортных станах с применением блюмов и квадратной заготовки.После прокатки рельсы режут на мерные длины, клеймят, охлаждают по установленным режимам, при необходимости подвергают противофлокенной и термической (объемной или поверхностной) обработке, правят и маркируют.
В зависимости от требований стандарта и заказа в качестве отделочных операций могут применяться фрезерование концов, сверление отверстий, дополнительная термическая обработка отдельных участков профиля. Обязательным этапом является контроль качества готовой продукции, который включает как неразрушающие методы (ультразвуковой или вихретоковый), так и механические испытания образцов на разрыв, вязкость разрушения, сопротивление развитию трещин, твердость и т.д. Методики исследований, форма и размеры испытательных образцов и другие требования к приемке рельсового проката детально описаны в технической документации.
Особенности маркировки
Маркировка рельсов предприятием-изготовителем включает набор цифр, букв и символов. Последовательность маркировочных элементов указывается в каждом отдельном стандарте. Продукты, имеющие разное назначение и выпускающиеся по разным техническим нормам, будут иметь абсолютно разное обозначение.
В качестве примера рассмотрим требования к маркировке рельсов широкой колеи по ДСТУ 4344. На одной стороне каждого профиля посередине шейки во время горячей прокатки выкатываются выпуклые цифры и буквы высотой 30-40 мм следующего порядка:
- Обозначение предприятия производителя;
- Месяц римскими цифрами и две последние цифры года изготовления рельса;
- Тип рельса
- Стрелка, указывающая на головную рельса.
На той же самой стороне впоследствии горячим методом наносится шифр плавки (в двух-шести местах по длине) и обозначение головного или донного рельса («1» или «Х»). Шифр плавки должен содержать признак способа выплавки стали (К – конвертерный, М – мартеновский, Э - электросталеплавильный).Стандарт запрещает наносить или исправлять клейма в холодном состоянии, а также наносить дополнительные знаки в неоговоренных местах.
.jpg)
Категории качества и безопасности
Качество рельсовых изделий определяется по тем параметрам, которые оговорены в конкретных нормативных документах (химический состав, механические и эксплуатационные свойства, точность изготовления и т.д.). В частности, гармонизированный европейский стандарт ДСТУ EN 13674-1 устанавливает требования к железнодорожным рельсам массой 46 кг/м и более для обыкновенных и высокоскоростных дорог. В нем описаны:
- 9 марок стали, которые охватывают диапазон твердости от 200 до 440 единиц по Бринеллю;
- 23 вида профиля рельсов магистральных;
- 2 класса (А и В) прямолинейности, отличающиеся друг от друга уровнем плоскостности поверхности и профиля верхней части головки рельса;
- 2 класса (Xи Y) предельных отклонений по размерам профиля.
Предприятие-производитель гарантирует соответствие качества рельсов требованиям стандартов при условии выполнения потребителем правил транспортировки, хранения, монтажа и эксплуатации готовой продукции, утвержденных в установленном порядке.
Особенности крепления рельсов
Крепление рельсов к шпалам играет не менее важную роль в стабильности железнодорожного пути, чем соединение рельсов друг с другом.
В случае железнодорожной рельсовой продукции существует два основных типа крепления:
- Крепление рельсов к железобетонным шпалам – осуществляется с помощью анкеров, жестких и упругих клемм, что обеспечивает надежную фиксацию рельса и снижение динамических нагрузок.
- Крепление рельсов к деревянным шпалам – выполняется с использованием костылей, шурупов и металлических накладок, что позволяет компенсировать возможные деформации шпал при эксплуатации.
- Рельсовые скрепления – металлические изделия, предназначенные для надежного фиксирования рельсов к подрельсовому основанию верхнего строения пути (блокам, шпалам, брусьям). Скрепления – важный элемент колеи, обеспечивающий долговечность, жесткость и надежность, и снижающий уровень вибраций, передающихся от рельса к нижним элементам ж/д пути.
Часто задаваемые вопросы
⭕️ Чем крепят рельсы к шпалам?
Для соединения рельса и шпалы используют специальные системы рельсовых скреплений. Они бывают подкладочные и бесподкладочные; болтовые, шурупо-дюбельные или анкерные. В зависимости от особенностей прижимного элемента рельсовые скрепления разделяют на упругие пластинчатые, упругие прутковые и жесткие.
⭕️ Почему рельсы не кладут вплотную?
Это делается для компенсации теплового расширения. В летний период года под воздействием высоких температур окружающей среды рельсы сильно нагреваются и из-за этого расширяются. Если они будут уложены без зазора, то торцы соседних профилей в результате удлинения упрутся друг в друга. Вследствие возникших напряжений сжатия может произойти искривление железнодорожного полотна, необратимая деформация рельсов и повреждение других элементов строения пути (такое воздействие еще называют «выбросом пути»). В то же время, в зимнее время зазоры между рельсами расширяются, что может привести к срезанию болтов скреплений.
