Железнодорожные рельсы – это элементы железнодорожного пути, которые играют важную роль в обеспечении безопасности и эффективности железнодорожного транспорта. Однако, в отличие от дорожного покрытия, железнодорожные рельсы не являются сплошными. В этой статье мы рассмотрим основные причины такого устройства рельсов.
Первая причина – это необходимость управления тепловыми деформациями. Поезда генерируют большое количество тепла, которое передается железнодорожным рельсам. Сплошные рельсы быстро прогреваются и расширяются, что может привести к их деформации. Чтобы избежать этого, используются разделенные рельсы, которые могут свободно расширяться и сжиматься в зависимости от изменений температуры.
Вторая причина связана с обеспечением безопасности передвижения поездов. Обычно железнодорожный путь состоит из двух параллельных рельсов, между которыми находится определенное расстояние – так называемая «колея». Это расстояние подбирается с учетом ширины осей поездов и позволяет им двигаться по рельсам без сильных колебаний и боковых смещений. Более того, наличие колеи способствует стабильному распределению нагрузки на рельсы, что также способствует безопасности движения.
Третья причина связана с экономией материалов. Железнодорожная инфраструктура – это огромное количество рельсов, которые необходимо производить и устанавливать. Если бы использовались сплошные рельсы, это потребовало бы гораздо больше материала и средств на их производство и укладку. Разделенные рельсы позволяют сэкономить ресурсы и обеспечить более эффективное использование материалов.
Передача силы и нагрузки
Под действием силы тяжести и нагрузки колеса происходит деформация рельса. Эта деформация распространяется по всей длине рельса и создает напряженное состояние в его материале. Распределение нагрузки на рельсы осуществляется посредством колес и путевого аппарата (слой камешков для дополнительной амортизации).
Если рельсы были бы сплошными, то напряжение в них возрастало бы соответственно квадратичному закону и могло бы вызвать разрушение рельсов или их деформацию. Путевые колеи сконструированы таким образом, чтобы минимизировать возможность разрушения и обеспечить оптимальную передачу нагрузки между рельсами и колесами.
Использование отдельных рельсов также позволяет регулировать расстояние между ними в зависимости от требуемой ширины колеи. Отрегулированное расстояние обеспечивает стабильность и безопасность движения поездов по железной дороге.
Разъединение холма и долины
Если бы рельсы были сплошными и не имели возможности расширения или сжатия, то на крутых поворотах или наклонах происходили бы нежелательные напряжения в рельсах, что могло бы привести к их деформации и повреждению. Разъединенные рельсы позволяют железнодорожному пути приспосабливаться к неровностям местности, поглощая перепады высоты благодаря своей гибкости.
Для обеспечения разъединения рельс используется специальное оборудование, такое как шарниры и шейные ролики, которые позволяют рельсам сдвигаться и поджиматься друг к другу на поворотах и наклонах.
Такое разъединение гарантирует эффективную и безопасную работу железнодорожного пути даже на сложных участках трассы, где есть острые закругления, крутые подъемы или спуски, а также при изменении температуры и влажности окружающей среды.
Растущие температуры и длина рельсов
Однако, при росте температур возникает проблема – рельсы расширяются и могут превысить свою исходную длину. Это может привести к передвижению рельсов и снижению качества движения поездов. Для предотвращения подобных проблем, в железных дорогах часто используются специальные технологии и конструкции, которые позволяют компенсировать изменения длины рельсов в зависимости от температуры.
Например, рельсы укладывают с небольшим зазором между собой, чтобы предоставить возможность для формирования промежуточных раскрытий при растяжении рельсов. Кроме того, на железнодорожных путях иногда устанавливают скобы и крепления с возможностью перемещения, которые позволяют рельсам свободно расширяться и сжиматься без ущерба для инфраструктуры.
В целом, использование разделенных рельсов на железнодорожных путях позволяет более эффективно справляться с проблемами, связанными с изменениями температур. Это повышает безопасность и надежность железнодорожного транспорта, обеспечивая комфортное и безопасное перемещение грузов и пассажиров.
| Преимущества | Недостатки |
|---|---|
| Позволяют рельсам расширяться и сжиматься, поддерживая качество движения поездов | Требуют дополнительных конструкций и технологий |
| Обеспечивают более гибкую и адаптивную систему железнодорожного транспорта | Могут требовать регулярной проверки и обслуживания |
| Снижают риск проблем, связанных с изменениями температур | Могут возникать проблемы с перемещением рельсов при высоких температурах |
Экономия материала и легкость замены
Кроме того, раздельные рельсы обладают преимуществом в легкости замены. Если одна из секций рельсов повреждается или требует замены, достаточно заменить только поврежденный участок, не требуя демонтажа всего сплошного рельса. Это значительно упрощает и ускоряет процесс обслуживания и ремонта железнодорожных путей.
Кроме того, раздельные рельсы также обладают большей прочностью и долговечностью. При возникновении повреждений, например, в результате сильных колебаний или перегрузок, только поврежденная секция рельса может быть заменена, что позволяет сохранить остальные участки и продлить срок их службы. Таким образом, использование раздельных рельсов позволяет снизить затраты на обслуживание и повысить надежность железнодорожных путей.
Рассеивание электричества
На магистралях электрифицированных железных дорог применяются системы электрической тяги, при которых ток от передающей станции передается к поездам через контактные провода. Если рельсы были бы сплошными, ток от контактных проводов переходил бы на рельсы, образуя единую цепь и вызывая короткое замыкание. Это могло бы привести к возгоранию и разрушению инфраструктуры.
Для предотвращения короткого замыкания и перехода тока на рельсы используются специальные изоляционные материалы, такие как деревянные или пластиковые брусья, которые разделяют рельсы на отдельные сегменты. Эти изоляторы помогают предотвратить рассеивание электричества и обеспечить безопасность движения поездов.
Также, разделение рельсов позволяет уменьшить взаимное влияние электрических сигналов и помех от различных источников, таких как электрические линии связи или линии передачи данных, что способствует более надежной и стабильной работе системы электрификации железных дорог.
Таким образом, использование несплошных железнодорожных рельсов является необходимым для обеспечения безопасности и эффективной работы электрифицированных железных дорог.