Види рейок - їх класифікація, властивості, застосування

Сталеві рейки є невід’ємною частиною транспортної інфраструктури. Основне призначення рейок – забезпечити надійний безаварійний рух рухомого транспорту магістральними, крановими, промисловими та шахтними залізничними коліями. Залежно від сфери застосування існують різні види рейок, які відрізняються між собою конструкцією, розмірами та іншими характеристиками.

З рейкового металопрокату прокладають залізничні колії, лінії міського трамвая та метрополітену, під’їзні колії та внутрішні транспортні комунікації на заводах і фабриках, напрямні для переміщення вантажопідіймальних кранів (портових, козлових, баштових, мостових та ін.).

Класифікація сталевих рейок

Для початку розглянемо, що таке рейки? Це фасонний виріб, що складається з трьох конструктивних елементів:

1. Підошва – нижня опорна поверхня рейки.
2. Головка – кругла гладка або жолобчаста верхня частина рейки, якою здійснюється переміщення рухомого складу.
3. Шийка – частина профілю рейки, що з'єднує головку з підошвою (перпендикулярна площині підошви).

З чого зроблені рейки? Для виготовлення прокату застосовуються вуглецеві, низьколеговані та леговані рейкові сталі. Додавання до складу сплаву таких елементів як хром, марганець, ванадій та титан сприяє підвищенню міцності, твердості та зносостійкості.

Необхідні фізико-механічні властивості рейкової сталі можуть забезпечуватися як безпосередньо після прокатки, так і шляхом додаткової термообробки: об'ємного або поверхневого загартування.

У стандартах ДСТУ/ГОСТ рейковий прокат класифікується за такими основними параметрами:

1. Типи рейок та їх призначення: залізничні широкої та вузької колії, кранові, трамвайні, промислові та ін.

2. Категорія якості (для рейок магістральних, залежно від рівня технічних вимог): вища категорія (В), I, II та III категорії.

3. Наявність болтових отворів на кінцях:

• з отворами — застосовуються для з'єднання рейок у ланкову колію, можуть бути на одному кінці або на обох кінцях рейки;
• без отворів — використовуються у безстиковій колії, де рейки зварюються між собою.

4. Спосіб виплавки сталі:

• К — рейки з конвертерної сталі;
• Е — рейки, вироблені зі сталі, виплавленої в електропечі;
• М — рейки з мартенівської сталі.

Також можуть бути відмінності в тому, з якого металу роблять рейки, злиткового чи безперервнолитого. Це залежить від того, яким чином розливалася рідка сталь при отриманні напівфабрикату – у виливниці з отриманням проміжного злитка або на машинах безперервного лиття заготовок (МБЛЗ).

Умовне позначення та приклад розшифровки маркування рейок:

Р50-II- М76Ф -12-2/2 ДСТУ 4344 – рейка типу Р50, другої категорії, зі сталі М76Ф мартенівського виробництва, довжиною 12 метрів з двома отворами під болти з кожного боку, виготовлена за стандартом ДСТУ 4344.

Необхідно підкреслити, що описана вище класифікація стосується виключно продукції, що постачається за ДСТУ 4344 або стандартами ГОСТ, що діють у країнах СНД. В інших нормативних документах (зокрема, у гармонізованому ДСТУ EN 13674-1) використовуються зовсім інші марки, технологічні параметри виробництва та вимоги до рейкового прокату.

Види рейок

Типи рейок та їх основні розміри обумовлюються національними та міжнародними стандартами. Єдиної загальносвітової розмірної сітки для такої продукції не існує. Згрупувати рейкову продукцію можна за її ключовим застосуванням:

• залізничні рейки, які призначені для створення верхньої будови колії магістральних та відомчих залізниць. Цей сегмент включає рейки широкої та вузької колії, а також промислові рейки;
• кранові рейки, якими рухаються крани, що обслуговують підприємства, порти, будмайданчики;
• трамвайні рейки, призначені для міського громадського транспорту;
• острякові рейки, які використовуються при виготовленні стрілочних переводів;
• рейкові профілі іншої форми, призначені для специфічних застосувань.

Рейки залізничні

Якісні параметри, форма та розміри рейок, які використовуються для створення верхньої будови колії залізниць, описуються у численних міжнародних технічних документах. Найбільш використовуваними в Україні є:

• ДСТУ EN 13674-1 «Залізничний транспорт. Колія. Залізниця. Частина 1. Залізничні рейки Віньйоля 46 кг/м і більше»;
• ДСТУ 4344 «Рейки звичайні для залізниць широкої колії. Загальні технічні умови»;
• ДСТУ 3799 «Рейки залізничні вузької колії типів Р18 і Р24. Загальні технічні умови»;
• ДСТУ 2539 «Рейки типів Р38 і Р43. Технічні умови»;
• ДСТУ 3585 (ГОСТ 30516) «Рейки залізничні для колій промислового транспорту. Загальні технічні умови».
• Слід також зазначити американські стандарти AREMA та UIC 860, які також регламентують вимоги до рейкової продукції. На них часто посилаються національні стандарти інших країн. Зокрема, завдяки їм в українській нормативній документації з’явилися рейки типу UIC 60.

Рейки ширококолійні

Ця продукція використовується для формування залізничних магістралей загального користування, що забезпечують не лише внутрішньодержавний, а й міжнародний транспортний зв'язок. В Україні магістральні рейки можуть бути виготовлені у наступному сортаменті:

• ДСТУ EN 13674-1 – профілі 52E1, 54E1, 54E2, 54E3, 55E1, 56E1, 60E1, 60E2, 46E1, 46E2, 46E3, 46E4, 49E1, 49E2, 49E3, 49E4, 50E1, 50E2, 50E3, 50E4, 50E5, 50E6;
• ДСТУ 4344 – профілі Р65, Р75 та Р50.

Основні розміри рейок широкої колії згідно з ДСТУ 4344

Рисунок 1. Переріз залізничної рейки Р65 за ДСТУ 4344

Вузькоколійні рейки

Ці типи рейок залізничних призначені для облаштування залізниць вузької колії, шляхів сполучення всередині промислових підприємств, підземних транспортних комунікацій тощо. Рейки вузької колії, які використовуються в шахтах та кар'єрах, що спеціалізуються на видобутку корисних копалин, також називають рудниковими.

До рейок вузької колії належать профілі:

• Р18, Р24, що випускаються відповідно до вимог стандарту ДСТУ 3799;
• Р38, Р43 за ДСТУ 2539;
• Р34 за ТУ У 27.1-05393056-265:2009.

Товщина шийки, ширина головки та підошви, висота рейки та інші розміри вказуються на кресленнях, що є невід’ємною частиною нормативної документації.

Рисунок 2. Переріз рейки Р34 відповідно до ТУ У 27.1-05393056-265:2009

Купити рейки вузькоколійні та рудникові можна мірної та немірної довжини (конкретні значення довжин залежать від виду профілю та стандарту). Нормативна документація обумовлює хімічний склад сталі для виготовлення такої продукції, граничні відхилення за формою та розмірами, фізико-механічні характеристики.

Розрахункові характеристики рейок Р18, Р24 згідно з ДСТУ 3799

Рейки промислові

В Україні промислові рейки виготовляються відповідно до вимог ДСТУ 3585 (ГОСТ 30516). Така продукція призначена для формування залізничних колій на території промислових підприємств і не використовується на магістральних залізницях.

Згідно з ДСТУ 3585 рейки промислові типів РП50, РП65, РП75 та СП49 можуть виготовлятися з вуглецевої або мікролегованої сталі. При виплавці можуть застосовуватися різні методи позапічної обробки – вакуумування, електрошлаковий переплав, обробка азотом, аргоном та ін. Рейки можуть постачатися термозміцненими та без застосування термічної обробки.

Рисунок 3. Переріз рейки РП65 відповідно до ГОСТ 30516

Основні розміри промислових рейок відповідно до ДСТУ 3585 (ГОСТ 30516)

Рейки кранові

Відповідно до вимог ДСТУ 2484 (ГОСТ 4121) виготовляються кранові рейки типів КР140, КР120, КР100, КР80 та КР70. Вони застосовуються для облаштування шляхів переміщення вантажопідіймальних кранів. Чим більше навантаження, тим більшим є переріз рейкового профілю.

Рисунок 4. Переріз рейки кранової згідно з ДСТУ 2484 

Стандарт обумовлює параметри геометрії та форми, вимоги до хімічного складу, механічних властивостей та інших якісних характеристик. Виготовляються рейки КР з нелегованої сталі марки 63, що містить 0,53-0,73% вуглецю. Прокат постачається без болтових отворів (постачання з отворами підлягає узгодженню при розміщенні замовлення).

Основні геометричні розміри рейок згідно з ДСТУ 2484

Рейки трамвайні

На даний час єдиним діючим нормативним документом для такої продукції в Україні є ТУ У 27.1-05393056-257:2004 «Рейки трамвайні жолобчасті безшийкові». Для виготовлення рейок використовуються вуглецеві та низьколеговані сталі конвертерного виробництва (наприклад, К75, К63Ф). Прокат постачається мірними довжинами в діапазоні 10-11,5 метрів, за погодженням можливе постачання немірних довжин.

Рисунок 5. Профіль трамвайної безшийкової рейки типу РТЖБ-58

Вимоги до виготовлення

Рейки отримують методом гарячої прокатки. Для магістральних і важких кранових та рудникових рейок використовують рейкобалкові та великосортні стани. Як напівфабрикат можуть використовуватися безперервнолиті та гарячекатані блюми. Рейки менших перерізів прокатують на середньосортних станах із застосуванням блюмів та квадратної заготовки. Після прокатки рейки ріжуть на мірні довжини, таврують, охолоджують за встановленими режимами, при необхідності піддають протифлокенній та термічній (об'ємній або поверхневій) обробці, правлять і маркують.

Залежно від вимог стандарту та замовлення як оздоблювальні операції можуть застосовуватися фрезерування кінців, свердління отворів, додаткова термічна обробка окремих ділянок профілю. Обов'язковим етапом є контроль якості готової продукції, який включає як неруйнівні методи (ультразвуковий або вихрострумовий), так і механічні випробування зразків на розрив, в’язкість руйнування, опір розвитку тріщин, твердість тощо. Методики досліджень, форма та розміри випробувальних зразків та інші вимоги до приймання рейкового прокату детально описані в технічній документації.

Особливості маркування

Маркування рейок підприємством-виготовлювачем включає набір цифр, літер та символів. Послідовність маркувальних елементів вказується у кожному окремому стандарті. Продукти, що мають різне призначення і випускаються за різними технічними нормами, матимуть абсолютно різне позначення.

Як приклад розглянемо вимоги до маркування рейок широкої колії за ДСТУ 4344. На одній стороні кожного профілю посередині шийки під час гарячої прокатки викатуються опуклі цифри та літери висотою 30-40 мм наступного порядку:

• Позначення підприємства виробника;
• Місяць римськими цифрами та дві останні цифри року виготовлення рейки;
• Тип рейки;
• Стрілка, що вказує на головку рейки.

На тій же самій стороні згодом гарячим методом наноситься шифр плавки (у двох-шести місцях за довжиною) та позначення головної або донної рейки («1» або «Х»). Шифр плавки повинен містити ознаку способу виплавки сталі (К – конвертерний, М – мартенівський, Е – електросталеплавильний). Стандарт забороняє наносити або виправляти клейма в холодному стані, а також наносити додаткові знаки у не обумовлених місцях.

Категорії якості та безпеки

Якість рейкових виробів визначається за тими параметрами, які обумовлені в конкретних нормативних документах (хімічний склад, механічні та експлуатаційні властивості, точність виготовлення тощо). Зокрема, гармонізований європейський стандарт ДСТУ EN 13674-1 встановлює вимоги до залізничних рейок масою 46 кг/м і більше для звичайних та високошвидкісних доріг. У ньому описані:

• 9 марок сталі, які охоплюють діапазон твердості від 200 до 440 одиниць за Брінеллем;
• 23 види профілю рейок магістральних;
• 2 класи (А і В) прямолінійності, що відрізняються один від одного рівнем площинності поверхні та профілю верхньої частини головки рейки;
• 2 класи (X і Y) граничних відхилень за розмірами профілю.

Підприємство-виробник гарантує відповідність якості рейок вимогам стандартів за умови виконання споживачем правил транспортування, зберігання, монтажу та експлуатації готової продукції, затверджених в установленому порядку.

Особливості кріплення рейок

Кріплення рейок до шпал відіграє не менш важливу роль у стабільності залізничної колії, ніж з’єднання рейок одна з одною.

У випадку залізничної рейкової продукції існує два основних типи кріплення:

• Кріплення рейок до залізобетонних шпал – здійснюється за допомогою анкерів, жорстких та пружних клем, що забезпечує надійну фіксацію рейки та зниження динамічних навантажень.
• Кріплення рейок до дерев’яних шпал – виконується з використанням костилів, шурупів та металевих накладок, що дозволяє компенсувати можливі деформації шпал при експлуатації.
• Рейкові скріплення – металеві вироби, призначені для надійної фіксації рейок до підрейкової основи верхньої будови колії (блоків, шпал, брусів). Скріплення – важливий елемент колії, що забезпечує довговічність, жорсткість та надійність, і знижує рівень вібрацій, що передаються від рейки до нижніх елементів залізничної колії.

Часті запитання та відповіді