Войти
Участок деревянного пути из золотого рудника 16-го века в Трансильвании. Вагоны направлялись с помощью ярко выраженного фланца на деревянных колесах, а узкая колея 480 мм (18 ⁄ 8 дюйма) позволяла изменять точки поворота путем поворота единого стрелочного рельса.. 
Современная иллюстрация управляемой тележки, использовавшейся на рудниках 16 века в Германии 
Реконструкция плоского деревянного пути для перевозки серебряной руды; руководство осуществлялось вертикальным штифтом, проходящим между брусьями постоянный путь - это элементы железнодорожных линий: обычно пары рельсов обычно укладываются на шпалы или шпалы, заделанные в балласт, предназначенные для перевозки обычных поездов по железной дороге. Он описывается как постоянный путь, потому что на заре строительства железной дороги подрядчики часто прокладывали временные пути для транспортировки грунта и материалов по территории; когда эта работа была в основном завершена, временный путь был установлен и постоянный путь был установлен.
Самые ранние пути состояли из деревянных рельсов на поперечных деревянных шпалах, которые помогали сохранять расстояние между рельсами. Затем последовали различные разработки: чугунные пластины, уложенные поверх деревянных рельсов, а затем кованые железные пластины или кованые угловые пластины (угловое железо в форме буквы L пластинчатые рельсы). Рельсы также отдельно прикреплялись к рядам каменных блоков, без каких-либо поперечин для обеспечения правильного разделения. Эта система также приводила к проблемам, поскольку блоки могли перемещаться по отдельности. В первой версии системы Isambard Kingdom Brunel 7 футов (2134 мм) широкой колеи использовались рельсы, уложенные на продольных шпалах, ширина колеи и высота которых фиксировались привязкой к сваям ( концептуально схожий с свайным мостом ), но эта конструкция была дорогостоящей, и Брюнель вскоре заменил ее тем, что стало классической колеей широкой колеи, в которой были удалены сваи, а фрамуги, похожие на шпалы, сохранили ширину колеи.. Сегодня большинство железнодорожных путей используют стандартную систему рельсов и шпал; лестничная дорожка используется в нескольких приложениях.
Развитие производственных технологий привело к изменениям в конструкции, производстве и установке рельсов, шпал и средств крепления. Чугунные рельсы длиной 4 фута (1,22 м) начали использоваться в 1790-х годах, а к 1820 г. использовались рельсы из кованого железа длиной 15 футов (4,57 м). Первые стальные рельсы были изготовлены в 1857 году, и стандартная длина рельсов со временем увеличилась с 30 до 60 футов (9,14 до 18,29 м). Рельсы обычно указывались в единицах веса на линейную длину, и они также увеличивались. Железнодорожные шпалы традиционно изготавливались из обработанных креозотом твердых пород дерева, и это продолжалось до наших дней. Непрерывные сварные рельсы были введены в Великобритании в середине 1960-х годов, а затем последовали внедрение бетонных шпал.
Самое раннее использование железнодорожный путь, кажется, был связан с горными работами в Германии в 12 веке. Проходы в шахтах обычно были мокрыми и грязными, и перемещать по ним курганы с рудой было чрезвычайно трудно. Усовершенствования были сделаны за счет укладки деревянных досок, так что колесные контейнеры можно было тащить с собой. К XVI веку проблема сохранения прямой движения повозки была решена путем вставки булавки в щель между досками. Георг Агрикола описывает тележки в форме ящиков, называемые «собаками», примерно вдвое меньшими. опять же большой, как тачка, оснащенный тупым вертикальным штифтом и деревянными роликами на железных осях. Пример этого елизаветинской эпохи был обнаружен в Сильвергилле в Камбрии, Англия, и, вероятно, они также использовались в близлежащих Mines Royal Грасмера, Ньюлендс. и Колдбек. Там, где позволяло пространство, были установлены деревянные гусеницы круглого сечения для перевозки грузовиков с фланцевыми колесами: на картине 1544 года фламандского художника Лукаса Гасселя изображена медная шахта с рельсами этого типа, выходящими из штольни.
Другая система была разработана в Англии, вероятно, в конце 16 века, около Брозли для транспортировки угля из шахт, иногда дрейфующих шахт вниз по склону от ущелья Северн до реки Северн. Этот, вероятно, наклонный самолет с канатной тягой, существовал «задолго до» 1605 года. Вероятно, он предшествовал Wollaton Wagonway 1604 года, который до сих пор считался первым.
В Шропшире колея обычно была узкой, чтобы вагоны можно было вывозить под землю в штольнях. Однако на сегодняшний день наибольшее количество вагонов было около Ньюкасл-апон-Тайн, где одну повозку тащила лошадь на фургоне примерно современной стандартной колеи. Они доставили уголь из карьера вниз на стан, где уголь загружали в речные суда, называемые килями.
Износ деревянных рельсов был проблемой. Их можно было обновить, перевернув, но их нужно было регулярно менять. Иногда планку делали из двух частей, чтобы верхнюю часть можно было легко заменить в случае износа. Рельсы скреплялись деревянными шпалами, покрытыми балластом, чтобы лошадь могла ходить по ней.
Чугунные полосы можно было укладывать поверх деревянных рельсов, и использование таких материалов, вероятно, произошло в 1738 году, но есть утверждения, что эта технология восходит к 1716 году. В 1767 году металлургический завод Кетли начал производить чугунные пластины, которые крепились к верхней части деревянных рельсов с помощью гвоздей для обеспечения более прочной рабочей поверхности. Эта конструкция была известна как ленточный рельс (или ленточный рельс) и широко использовалась на железных дорогах до появления пара в Соединенных Штатах. Несмотря на то, что они относительно дешевы и быстро строятся, они не подходят для тяжелых нагрузок и требуют «чрезмерного обслуживания». Колеса поезда, перекатывающиеся по шипам, ослабляли их, позволяя рельсам оторваться и загибаться вверх настолько, чтобы колесо автомобиля могло попасть под него и протолкнуть конец рельса вверх через пол вагона, извиваясь и скручиваясь, создавая опасность для пассажиров. Эти сломанные рельсы стали известны как «змеиные головы».
Когда кованое железо стало доступным, кованые железные пластины обеспечили еще более прочную поверхность. На рельсах были выступающие проушины (или ушки) с отверстием, чтобы их можно было прикрепить к основному деревянному рельсу.
Секция L-образных пластинчатых рельсов 
Длинный рельс с рыбьим животом, опирающийся на несколько стульев Альтернатива, разработанная Джоном Карром из Шеффилда, управляющий шахтой герцога Норфолкского. У этого была L-образная направляющая, так что фланец находился на направляющей, а не на колесе. Этим также пользовались Бенджамин Аутрам из Butterley Ironworks и Уильям Джессоп (который стал их партнером в 1790 году). Они использовались для перевозки товаров на относительно короткие расстояния вниз к каналам, хотя Карр проходил между шахтами поместья и Шеффилдом городом. Эти рельсы называются пластинами, а железную дорогу иногда называют платной. Термин «пластинчатый слой» также происходит от этого происхождения. Теоретически колеса без фланцев можно было использовать на обычных магистралях, но на практике это, вероятно, делалось редко, потому что колеса вагонов были настолько узкими, что могли врезаться в дорожное покрытие.
Система нашла широкое распространение в Великобритании. Часто плиты монтировались на каменных блоках, а иногда и без шпал, но это могло привести к тому, что рельсы разошлись, увеличивая ширину колеи. Такие железные дороги широко использовались в Южном Уэльсе, в частности, для транспортировки известняка на металлургические заводы, а затем для транспортировки железа к каналу, иногда в нескольких милях оттуда, по которому продукция доставлялась на рынок. Рельсы сначала были из чугуна, обычно длиной 3 фута (0,91 м), простирались между каменными блоками.
Каменные блоки считались прочными, но опыт быстро показал, что они оседают и постепенно двигался в условиях дорожного движения, создавая хаотичную геометрию пути и вызывая сходы с рельсов. Другая проблема заключалась в том, что беговая поверхность могла забиваться камнями, смещенными из балласта. Альтернативой было использование железной стяжки, чтобы удерживать рельсы надлежащей ширины, включая башмак, в котором рельс был закреплен.
Примером этого был Пенидаррен или Мертир трамвай. Это было использовано Ричардом Тревитиком для демонстрации пионера локомотива в 1804 году с использованием одной из его паровых машин высокого давления , но двигатель был настолько тяжелым, что сломался. много рельсов.
Чугунные краевые планки использовались Томасом Дадфордом младшим при строительстве линий Beaufort и Blaenavon к каналу Монмутшир в 1793 году. Они были прямоугольными, 2,5 дюйма (64 мм ) в ширину с глубиной 3 дюйма (76 мм) и 4 фута. (1,2 м) в длину и необходимые фланцы на колесах вагона. В том же году Бенджамин Аутрам использовал перила на Кромфордском канале. Т-образные балки использовались Уильямом Джессопом на линии Лафборо - Нанпантан в 1794 году, а его сыновья использовали двутавровые балки в 1813–1815 годах на железной дороге от Грэнтэма. - Замок Бельвуар. Образцы этих рельсов хранятся в Музее науки в Лондоне.
Недолговечной альтернативой был профиль с рыбьим животом, впервые использованный Томасом Барнсом (1765–1801) в Уокер-Коллиери, недалеко от Ньюкасла в 1798 году, что позволило рельсам иметь более длинный пролет между блоками. Это были краевые рельсы Т-образного сечения, длиной три фута, уложенные на поперечные каменные шпалы. Они все еще были сделаны из чугуна.
Самые ранние рельсы имели квадратные стыковые соединения, которые были непрочными и их трудно было выровнять. Джордж Стивенсон представил соединения внахлест, которые достаточно хорошо сохраняли свое совмещение.
Прорыв произошел, когда Джон Биркиншоу из Бедлингтонский металлургический завод в Нортумберленде в 1820 году разработал катаные кованые железные рельсы длиной 15 футов (4,6 м), которые использовались для железной дороги Стоктона и Дарлингтона. Он был достаточно прочным, чтобы выдержать вес локомотива и тянущегося им состава вагонов (или вагонов). Это знаменует начало современной железнодорожной эры. Эта система мгновенно оказалась успешной, хотя имели место некоторые фальстарты. Некоторые ранние рельсы были сделаны в Т-образном поперечном сечении, но отсутствие металла у основания ограничивало прочность на изгиб рельса, который должен действовать как балка между опорами.
По мере совершенствования технологий обработки металлов эти рельсы из кованого железа постепенно становились несколько длиннее и с более тяжелым, а значит, и более прочным поперечным сечением. За счет большего количества металла в основании рельса была создана более прочная балка, обеспечивающая гораздо лучшую прочность и жесткость, и была создана секция, аналогичная секции рельса с упором, все еще видимой сегодня. Однако это было дорого, и сторонники первых железных дорог боролись с решениями о подходящем весе (и, следовательно, прочности и стоимости) своих рельсов.
Сначала рельс был почти симметричным сверху вниз и описывался как двуглавый рельс. Намерение состояло в том, чтобы перевернуть поручень после того, как верхняя поверхность изношена, но рельсы имеют тенденцию к развитию стула, истиранию рельса там, где он поддерживается в стульях, и это сделало бы бег по бывшей нижней поверхности невероятно шумным и нерегулярный. Было лучше предусмотреть дополнительный металл на верхней поверхности и получить там дополнительный износ без необходимости переворачивать рельс на период его полураспада.
Многие железные дороги предпочитали рельсы с плоским днищем, когда рельсы можно было укладывать непосредственно на шпалы, что давало заметную экономию средств. Проблемой было отступление спящего; там, где движение было интенсивным, возникла необходимость предусмотреть подошву под рельсами для распределения нагрузки на стяжку, что частично снизило экономию средств. Однако в ситуациях с основной линией эта форма нашла почти всеобщее распространение в Северной Америке и Австралии, а также в большей части континентальной Европы. Соединенное Королевство настаивает на использовании рельсов с упорным наконечником на основных линиях, и широкое внедрение рельсов с плоским днищем началось только примерно с 1947 года.
Первые рельсы, сделанные из стали были изготовлены в 1857, когда Роберт Форестер Мушет переплавлял стальной лом из неудачного Бессемера испытания в тиглях на металлургическом заводе Ebbw Vale., и были заложены экспериментально на железнодорожной станции Дерби на Midland Railway в Англии. Рельсы оказались гораздо более прочными, чем железные рельсы, которые они заменили, и использовались до 1873 года. Генри Бессемер поставил 500 тонн стальных блюмов на железнодорожный завод Лондонской и Северо-Западной железной дороги в Крю в 1860 году. Несколько других компаний начали производство стальных рельсов в последующие годы. Переход на стальные рельсы был ускорен внедрением мартеновского производства стали. Уильям Сименс основал свой сталелитейный завод в Ландоре частично для обеспечения железной дороги Великой Западной железной дороги. Последовал бум производства железных дорог, но банковский кризис в Америке замедлил темпы строительства железных дорог и заказов британским производителям железных дорог. В черной металлургии Великобритании наступил спад, который особенно затронул сектор производства кованого железа. Когда спрос на рельсы снова начал расти, в основном это были стальные рельсы, которые были более долговечными, чем железные.
Колышек на полкилометра NZR, гусеница 70 фунтов / ярд и гусеничная пластина. Weka Pass Railway Деревянные шпалы, то есть поперечные балки, поддерживающие два рельса, образующих путь, заменили ранее использовавшиеся отдельные каменные блоки. Эта система имеет главное преимущество в том, что ремонтные настройки геометрии гусеницы не нарушают важнейшую ширину колеи. Выравнивание гусеницы можно было отрегулировать, перемещая шпалы телесно, без потери ширины колеи. Широко использовалась древесина хвойных пород, но ее срок службы был ограничен, если ее не обрабатывать консервантами, и на некоторых железных дорогах для этой цели были созданы установки для креозирования. Обработанная креозотом древесина твердых пород в настоящее время широко используется в Северной Америке и других странах.
К настоящему времени использовались относительно длинные (возможно, 20 футов) кованые перила, поддерживаемые креслами на деревянных поперечных шпалах - форма гусеницы, которую сегодня можно узнать на старых путях.
Стальные шпалы были опробованы как альтернатива деревянной; В письме Экворта в 1889 году описывается производство стальных шпал на Лондонской и Северо-Западной железных дорогах, и есть иллюстрация, показывающая секцию катаного швеллера (неглубокая перевернутая U-образная форма) без фасонных концов и с коваными стульями, состоящими из трех частей, непосредственно приклепанными. Однако стальные шпалы, похоже, не пользовались широким распространением примерно до 1995 года. В настоящее время они чаще всего используются для продления срока службы существующих путей на второстепенных маршрутах. Они имеют значительное преимущество в слабых породах и плохих условиях балласта, так как опорная поверхность находится на высоком уровне, непосредственно под опорой рельса.
Ранние чугунные рельсы 18 века и ранее использовали цельные крепления для крепления гвоздями или болтами к железнодорожным шпалам. Появившиеся в конце 18 века ремешки из литого, а затем и из прокатного железа прибивали к деревянным опорам через отверстия с потайной головкой в металле. Введение катаных рельсовых профилей в 1820-х годах, таких как Т-образный параллельный рельс с одним фланцем и позже Т-образный параллельный рельс с двумя фланцами, потребовало использования стульев, ключей для удержания рельса и болтов или шипов для фиксации стула. Рельс с плоским дном, изобретенный Робертом Л. Стивенсом в 1830 году, изначально был прикреплен непосредственно к деревянным шпалам, позже стяжные пластины использовались для распределения нагрузки, а также для удержания рельса в пределах колеи с встроенными плечами в плите. За пределами Северной Америки позже было введено большое количество систем крепления на основе пружин в сочетании с опорными плитами и рельсами с плоским дном, которые теперь повсеместно используются на магистральных высокоскоростных железных дорогах.
Изначально гусеница была проложена прямо на земле, но это быстро оказалось неудовлетворительным, и для распределения нагрузки и удержания гусеницы в надлежащем положении потребовался какой-то балласт. Естественный грунт редко достаточно, чтобы принять нагрузку от локомотивов без чрезмерного урегулирования сильный, и слой балласта под шпалой снижает давление подшипника на земле. Балласт, окружающий шпалы, также имеет тенденцию удерживать их на месте и сопротивляется смещению.
Балласт обычно представлял собой некоторый доступный на местном уровне минеральный продукт, такой как гравий или отходы добычи угля и железа. Великая северная шотландская железная дорога использовала речной гравий - круглую гальку. В более поздние годы использовалась зола от паровых двигателей и шлак (побочный продукт производства стали).
Первые железные дороги были почти исключительно местными предприятиями, связанными с транспортировкой полезных ископаемых к некоторым водным путям; для них ширина колеи была адаптирована к вагонам, предназначенным для использования, и обычно она находилась в диапазоне от 4 футов до 4 футов 8½ дюйма, и сначала не было идеи о необходимости какого-либо соответствия ширине колеи. другие строки. Когда появились первые общественные железные дороги, Джордж Стивенсон умелое новаторство означало, что его железные дороги были доминирующими, и колея 4 фута 8 ⁄ 2 дюйма (1435 мм), которую он использовал, была поэтому самой лучшей. широко распространен. По мере развития ранних представлений о соединении различных железнодорожных систем эта ширина колеи получила широкое распространение. Это более или менее историческая случайность, что эта ширина колеи, которая подходила для вагонов, уже использовавшихся на шахте, где Джордж Стефенсон работал машинистом, стала британской стандартной шириной колеи: она экспортировалась в большую часть Европы и Северной Америки.
Иногда делается ссылка на «колею» колеи в каменных проездах на древних памятниках, таких как Помпеи, и часто утверждается, что они примерно такие же, как колея Стефенсона. Конечно, колеи образовывались колесами тележек, и тележки имели разумный размер для конных повозок до индустриальной эры, почти такой же, как размер до железнодорожных тележек на шахте, где работал Стивенсон. : это единственная связь.
Когда Королевство Исамбард Брунель задумал Великую Западную железную дорогу (GWR), он искал улучшенную конструкцию своего железнодорожного пути и не принял без вызова ни одну из ранее полученных мудрости. Колея в 4 фута 8½ дюймов подходила для небольших грузовиков с минеральной водой в трамвае, запряженном лошадьми, но он хотел что-то более стабильное для своей высокоскоростной железной дороги. Колеса большого диаметра, используемые в дилижансах, обеспечивали лучшее качество езды по пересеченной местности, и Брунель изначально предполагал, что его пассажирские вагоны будут перевозиться таким же образом - на колесах большого диаметра, размещенных вне кузова экипажей. Для этого ему потребовалась более широкая колея, и он остановился на знаменитой ширине 7 футов (2,1 м) . (Позже он был уменьшен до 7 футов 0 дюймов). Когда пришло время строить пассажирские вагоны, они все-таки проектировались традиционно с меньшими колесами под кузовами, но с шириной колеи в семь футов кузова могли быть намного шире, чем на стандартной колее. Его первоначальное намерение иметь колеса за пределами ширины кузова было оставлено.
Брюнель также изучил новые формы рельсов и решил использовать рельсы с постоянной опорой. Используя продольные брусья под каждым рельсом, он добился более гладкого профиля, не требуя при этом такой прочной секции рельса, и для этой цели он использовал неглубокий мостовой мост . Более широкая, плоская ступня также означала, что можно было отказаться от стула, необходимого для секции с зубчатой головкой. Продольные балки необходимо было держать на правильном расстоянии, чтобы правильно удерживать калибр, и Брюнель добился этого, используя деревянные ригели - поперечные распорки - и железные стяжки. Все это собрание именовалось глухой дорогой - железнодорожники свой путь обычно называют дорогой. Первоначально Брюнель привязал гусеницу к деревянным сваям, чтобы предотвратить поперечное смещение и отскок, но он упустил из виду тот факт, что земля, на которой его гусеница опиралась между сваями, оседала. Сваи оставались устойчивыми, а земля между ними осела, так что вскоре его след приобрел неприятную волнистость, и ему пришлось разрезать сваи, чтобы путь мог осесть более или менее равномерно. Вариант грунтовой дороги до сих пор можно увидеть на многих старых под мостах, где не было балласта. Конструкция значительно различается, но во многих случаях продольные балки опираются непосредственно на поперечные балки с помощью ригелей и поперечин для сохранения ширины колеи, но, конечно же, с помощью современных перил и опорных плит или стульев. Продольные шпалы чем-то похожи на современные Лестничные пути.
Группа железных дорог, инженером которых был Брунель, была успешной, и ширококолейные пути распространились по всей западной Англии, Южному Уэльсу и Уэст-Мидлендс. Но по мере расширения британской железнодорожной сети несовместимость двух систем стала серьезным препятствием, поскольку вагон нельзя было отправить из одной системы в другую без ручной перевалки товаров. Для определения национальной политики была назначена Контрольная комиссия. Широкая колея была технически лучше, но преобразование маршрутов со стандартной шириной колеи в широкую означало бы реконструкцию каждого туннеля, моста и платформы станции, тогда как всеобщее принятие стандартной колеи требовало только постепенного преобразования самого пути. Широкая колея была обречена, и больше нельзя было построить независимых линий широкой колеи.
Существующие маршруты с широкой колеей можно было продолжить, но поскольку они не имели потенциала развития, их окончательное преобразование в стандартные было лишь вопросом времени. Тем временем был проложен большой участок пути смешанной колеи, где на каждой линии было по три рельса для приема поездов любой колеи. Было несколько случаев, когда курсировали поезда смешанной колеи, когда вагоны каждой колеи работали в одном составе. Наследие широкой колеи все еще можно увидеть там, где кажется, что между станционными платформами слишком большое пространство.
В начале двадцатого века форма британской гусеницы сошлась на использование кованого железа рельсы с упорами, поддерживаемые чугунными стульями на деревянных шпалах, уложенные в виде балласта. В Северной Америке стандартом были Т-образные рельсы и анкерные пластины, прикрепляемые к деревянным шпалам с помощью нарезных шипов. Многие железные дороги использовали очень легкие рельсы, и по мере увеличения веса и скорости локомотивов они перестали соответствовать требованиям. Следовательно, на основных линиях используемые рельсы становились все тяжелее (и прочнее). Металлургические процессы улучшились, и стали использоваться более качественные рельсы, в том числе стальные. С точки зрения технического обслуживания, рельсовые стыки были источником большей части работ, а по мере совершенствования технологий производства стали появилась возможность катать стальные рельсы увеличенной длины, что уменьшало количество стыков на милю. Стандартная длина стала 30 футов (9 144 мм), затем 45 футов (13 716 мм) и, наконец, 60 футов (18 288 мм) стали нормой. Для использования на основной линии стандартной железнодорожной секцией стала секция 95BH, весом 95 фунтов на ярд (47,13 кг на метр). Для второстепенных маршрутов использовалась более легкая секция 85BH (42,16 кг на метр).
Рельсы с плоским дном по-прежнему рассматривались как нежелательные для использования на магистральных железных дорогах Великобритании, несмотря на их успешное использование в Северной Америке, хотя на некоторых британских железных дорогах, эксплуатируемых на малой мощности, их использовали, как правило, с шипами прямо на шпалы. При интенсивном использовании, они отступ шпал серьезно и добавочной стоимость базовой пластины появились на этой ранней дату, чтобы исключить плоский нижний раздел.
Деревянные шпалы были дорогими и недолговечными, и у инженеров железных дорог были твердые - и противоречивые - мнения о лучших породах древесины и лучших консервантах. Железные дороги продвинулись в направлении стандартизации шпалы из мягкой древесины, сохраненной за счет закачки под давлением креозота, размером 8 футов 6 дюймов (2 591 мм) в длину, 10 дюймов (254 мм) на 5 дюймов (127 мм). На первоклассных маршрутах стулья крепились к шпалам гвоздями (стальные шипы, проткнутые через деревянную гильзу) или тремя винтами для стула. Только GWR среди основных железнодорожных путей соответствовал своему собственному стандарту: рельс 00 с плотностью 97,5 фунтов / ярд (48,365 кг на метр) и с двумя болтами, прикрепляющими каждое кресло к спальному месту, с головкой болта под спальным местом и гайка над стулом - надежнее, но ее гораздо сложнее отрегулировать.
Некоторые эксперименты проводились до 1945 года с железобетонными шпалами, в большинстве случаев с установленными на них стульями с упором. Это было ответом на очень высокую цену на лучшую (самую прочную) древесину, но железобетонные шпалы никогда не были успешными в использовании на основных линиях. Бетонные горшки также использовались в подъездных путях; их иногда называют двухблочными шпалами, и они состоят из двух бетонных блоков, каждый из которых закреплен на стуле, и уголка, соединяющего их и удерживающего калибр.
В конце Второй мировой войны в 1945 году британские железные дороги были изношены, поскольку их ремонтировали после повреждений, нанесенных войной, из-за отсутствия большого количества новых материалов. Страна также находилась в слабом экономическом положении, и в течение почти десятилетия после войны материалы - особенно сталь и древесина - были в очень дефиците. Доступность рабочей силы также была серьезно ограничена.
Железнодорожные компании убедились, что традиционные формы рельсов с утолщенной головкой нуждаются в пересмотре, и после некоторых экспериментов был принят новый формат рельсов с плоским дном. Секции Британского стандарта были неподходящими, и новый профиль, рельс 109 фунтов / ярд, стал новым стандартом. При длине 60 футов, уложенной на стальные опорные плиты на шпалах из мягкой древесины, он должен был стать универсальным стандартом. Крепления должны были быть из упругой стали, а для второстепенных маршрутов был принят рельс 98 фунтов / ярд. Региональные различия по-прежнему сохранялись, и, например, в Восточном регионе предпочтение отдавалось шпалам из твердой древесины и зажимам Mills.
Новые конструкции были успешными, но они привели к множеству проблем, особенно потому, что наличие опытного обслуживающего персонала путей стало крайне затруднительным, а плохо обслуживаемый путь с плоским днищем было сложнее содержать в хорошем состоянии, чем плохо обслуживаемый гусеничный ход.. Большая жесткость плоского дна была преимуществом, но она имела тенденцию выпрямляться между стыками на поворотах; жесткость плоского днища приводила к высоким вертикальным ударным нагрузкам в плохо обслуживаемых соединениях, что приводило к большому количеству усталостных трещин в соединениях. Более того, эластичные рельсовые крепления мало сопротивлялись проскальзыванию рельсов - рельсы постепенно двигались в направлении движения транспорта, и нагрузка по оттягиванию рельсов назад для регулирования стыков была на удивление высокой.
Большая часть работ по уходу за рельсовыми путями выполнялась на стыках, особенно когда жесткие рельсы опускались, а стыковые шпалы подвергались ударам. Довоенные эксперименты с сварными рельсами большой длины были продолжены, и в годы с 1960 года были установлены длинные рельсы, сначала на шпалах из твердой древесины, но вскоре и на бетонных шпалах. Например, первый длинный сварной рельс (почти 1,6 км) на британской главной линии Восточного побережья был проложен в 1957 году, к югу от Карлтон-он-Трент, опирается на резиновые прокладки для предотвращения проскальзывания рельсов. На этом новаторском этапе были допущены некоторые катастрофические ошибки в детальном проектировании, но примерно с 1968 года непрерывный рельс стал надежным стандартом для универсальной установки на основных и второстепенных маршрутах. В принятой форме использовались предварительно напряженные бетонные шпалы и рельсовая секция 110A - небольшое улучшение по сравнению с ранее использовавшимися рельсами 109 - буква A должна была отличать ее от рельсовой секции британского стандарта 110 фунтов / ярд, которая была неподходящей. В конечном итоге рельсовые крепления сошлись на запатентованную пружинную скобу, изготовленную компанией Pandrol, которая была эксклюзивной формой крепления в Великобритании около 30 лет.
Сварной путь должен был быть уложен на 6–12 дюймов (15–30 сантиметров) щебеночного балласта, хотя это не всегда удавалось, и несущая способность формации была не всегда принимается во внимание, что приводит к впечатляющим неудачам в построении.
Дальнейшее усовершенствование профиля рельса привело к созданию секции 113A, которая была универсальным стандартом примерно до 1998 г.; детализация шпал и профиля балласта завершила картину, а общая форма пути стабилизировалась. В настоящее время этот формат используется более чем на 99% первоклассных магистральных линий в Великобритании, хотя железнодорожный участок CEN60 (60 кг / м) был введен в Великобритании в 1990-х годах. Он имеет более широкую опору и выше, чем секция 113A, поэтому несовместима со стандартными шпалами.
Поезда для обновления путей теперь заменили трудоемкие бригады постоянных путей. Длинный сварной рельс сложно было установить вручную. Ранняя демонстрация механизированной прокладки путей с двумя длинными сварными рельсами длиной 600 футов (180 м) была проведена на участке Бойцовые петухи в 1958 году. Эти две длины были погружены в десять вагонов, прикрепленных к существующим. трек стальным тросом и оттягивается назад со скоростью 30 футов (9,1 м) в минуту. Когда поезд двинулся назад, старые рельсы были выдвинуты, а новые упали на стулья. Подъемник на задней тележке поставил последнюю часть рельса на место.
Как уже говорилось, общая ширина колеи в Великобритании составляла 4 фута 8 ⁄ 2 в (1435 мм). В конце 1950-х годов общие стандарты обслуживания путей быстро ухудшились из-за трудностей с укомплектованием персоналом, и скорость грузовых поездов на некоторых маршрутах увеличилась. Грузовые поезда почти полностью состояли из четырехколесных вагонов с короткой колесной базой (10 футов), подвешенных на очень жесткой эллиптической подвеске с листовыми рессорами, и эти вагоны демонстрировали тревожно быстрый рост числа сходов с рельсов. Любой, кто стоял на обочине дороги, мог наблюдать, как быстро движется товарный поезд, и наблюдать, как несколько вагонов тревожно раскачиваются и покачиваются даже на хороших путях, а сход с рельсов происходил при обнаружении плохих путей.
Динамическое поведение вагонов было проблемой, но было принято решение снизить разрешенную скорость вагонов до 45 миль в час и уменьшить ширину колеи на одну восьмую дюйма, до 4 футов. 8 дюймов (1432 мм) для новой установки непрерывных сварных путей на бетонных шпалах. Конечно, длительный жизненный цикл трека означал, что процесс преобразования займет 30 или более лет. Однако основание сужения колеи было ошибочным. Идея, по-видимому, заключалась в том, чтобы уменьшить свободное пространство для бокового движения вагонов, чтобы они были "ограничены" движением по прямой. Фактически, железнодорожные транспортные средства не ограничиваются фланцами колес, за исключением очень крутых поворотов, и при нормальном движении влияние рулевого управления из-за конусности колес является доминирующим. При уменьшении ширины колеи эффективная конусность увеличивается (ухудшается) и увеличивается тенденция вагонов к рысканию и крену. Многие сходы с рельсов имели место на относительно новых непрерывно сварных рельсовых путях, и часто такой сход с рельсов приводил к разрушению около мили нового пути, поскольку грузовой поезд мог пройти такое расстояние, чтобы остановиться; бетонные шпалы оказались не прочными под колесами сошедшего вагона.
Эффект уменьшился, поскольку парк вагонов был модернизирован (и другие эффекты заняли первое место), а ширина колеи для нового пути была незаметно восстановлена до 4 футов 8 ⁄ 2 дюйма (1435 мм). Конечно, подавляющее большинство железнодорожных путей на основных линиях по-прежнему имеет более узкую колею, и пройдет несколько десятилетий, прежде чем смена колеи будет завершена.
Железнодорожные стрелочные переводы Терминология затруднительна для терминов «переключатели и перекрестки» (SC) ранее «точки и перекрестки» или «приспособления».
Ранние SC допускали только очень низкую скорость на вспомогательном маршруте («стрелка»), поэтому геометрический дизайн не имел особого значения. Многие старые единицы s c имели незакрепленное соединение в пятке, так что стрелка переключателя могла повернуться, чтобы приблизиться к стандартной направляющей или открыться от нее. Когда стрелка была закрыта, было обеспечено разумное выравнивание; когда он был открыт, ни одно колесо не могло по нему двигаться, так что это не имело значения.
По мере роста скорости это было невозможно, и рельсы переключателей были закреплены на пятке, а их гибкость позволяла открывать и закрывать носок. Производство стрелочных переводов было сложным процессом, а производство переходов - еще более сложным. Скорость на вспомогательном маршруте редко превышала 20 миль в час, за исключением очень специальных конструкций, и была применена большая изобретательность, чтобы обеспечить хорошую езду для транспортных средств, проезжающих со скоростью на главной линии. Сложность заключалась в том, что на обычном переходе было затруднено постоянное поддержание проезда колес, а острие было спланировано так, чтобы защитить его от прямого удара в направлении движения, так что была внесена расчетная неровность опоры.
Поскольку требовались более высокие скорости, было спроектировано больше конфигураций КИП, и требовалось очень большое количество компонентов, каждый из которых предназначен только для одного типа КИПи. На более высоких скоростях на поворотной дороге отклонение от основного маршрута гораздо более постепенное, и поэтому требуется очень большая длина планирования стрелочного перевода.
Примерно в 1971 году эта тенденция изменилась с появлением так называемых вертикальных узлов и точек, в которых рельсы держались вертикально, а не с обычным наклоном 1 к 20. С другими упрощениями это значительно уменьшило складские запасы, требуемые для широкого диапазона скоростей пикапа, хотя вертикальный рельс приводит к потере эффекта рулевого управления, а движение по новым вертикальным тросам часто бывает нерегулярным.
Непрерывный сварной путь с токопроводящим рельсом, установленный в 1970-х. Непрерывный сварной рельс (CWR) был разработан в ответ на наблюдение, что основная часть работ по техническому обслуживанию путей выполняется на стыках. По мере совершенствования производства стали и производственных процессов длина установленных рельсов постепенно увеличивалась, и логическим продолжением этого было бы полное устранение стыков.
Основным препятствием для этого является тепловое расширение : рельсы расширяются при более высоких температурах. Без стыков рельсам не будет места для расширения; по мере того, как рельсы становятся теплее, они будут развивать огромную силу, пытаясь расшириться. Если предотвратить расширение, они развивают силу 1,7 тонны (17 кН) на каждый 1 градус Цельсия изменения температуры в практическом участке рельса.
Если небольшой куб металла сжимается между губками пресса, он будет сокращаться, то есть будет несколько раздавлен, и он сможет противостоять очень большой силе без окончательного отказа. Однако, если длинный кусок металла того же поперечного сечения сжимается, он деформируется вбок и принимает форму дуги; этот процесс называется короблением, и сила сжатия, которую он может выдержать, намного меньше.
Если длинный тонкий кусок металла можно закрепить, чтобы предотвратить его коробление (например, находясь внутри трубы), то он сможет выдержать гораздо более высокую сжимающую силу. Если рельсы можно закрепить аналогичным образом, можно предотвратить их коробление. Вес гусеницы не допускает изгиба вверх, поэтому изгиб, скорее всего, произойдет сбоку. Этому препятствуют:
Если рельс удерживается так, что он не может вообще расширяться, значит, нет ограничение на длина рельса, с которой можно работать. (Расширяющая сила в рельсе длиной один фут при определенной температуре такая же, как в миле или 100 милях рельса.) Ранние непрерывные сварные рельсы устанавливались на ограниченную длину только из-за технологических ограничений. Однако в конце секции CWR, где она упиралась в более старую, обычную сочлененную гусеницу, эта гусеница не могла бы противостоять растягивающей силе, и сочлененная гусеница могла бы деформироваться. Для предотвращения этого были установлены специальные расширительные переключатели, иногда называемые сапунами. Выключатели расширения могут обеспечивать значительное расширяющееся перемещение - обычно четыре дюйма (100 мм) или около того - в концевой секции CWR без передачи движения на сочлененную направляющую.
CWR устанавливается и закрепляется при оптимальной температуре, чтобы гарантировать ограничение максимально возможной расширяющей силы. Эта температура называется температурой без напряжения, и в Великобритании она составляет 27 ° C (81 ° F). Он находится в верхнем диапазоне обычных наружных температур, и фактические монтажные работы обычно проводятся при более низких температурах. Первоначально рельсы были физически нагреты до температуры без напряжений с помощью нагревателей газа пропана; затем их трясли ручками, чтобы исключить заедание и предотвращать даже расширение, а затем обрезали. Однако примерно с 1963 года гидравлические домкраты используются для физического натяжения рельсов, когда они поддерживаются на временных роликах. Растягивая рельсы до такой длины, какой они были бы, если бы они находились при температуре без напряжений, их не нужно нагревать; их можно просто обрезать до того, как будут освобождены домкраты.
Рельсы CWR изготавливаются путем сварки обычных рельсов. В течение многих лет в Великобритании рельсы могли изготавливаться только длиной до 60 футов (18 м 288 мм), а заводская сварка делала их длиной 600, 900 или 1200 футов, в зависимости от завода. Используемый процесс представлял собой процесс стыковой стыковой сварки оплавлением, в котором высокие электрические токи используются для смягчения конца рельса, а затем концы соединяются вместе с помощью плашек. Процесс стыковой стыковой стыковки очень надежен при условии, что на заводе обеспечена хорошая геометрия концов рельсов.
Длинные рельсы могут быть доставлены на площадку специальным поездом и разгружены на землю (зацепив конец цепью и вытащив поезд из-под рельсов). Длинные рельсы необходимо было приварить вместе (или к соседнему рельсу) с помощью процесса сварки на месте; и после первоначальных экспериментов был использован запатентованный процесс сварки Thermit. Это был алюмотермический процесс, в котором «порция» порошка воспламенялась; алюминий был топливом, и жидкая сталь, подходящая для металлургии, спускалась в зазор между концами рельса, находящегося в огнеупорных формах.
Первоначальный процесс SmW был очень чувствителен к навыкам оператора, и, поскольку сварка обычно была заключительным процессом перед возвращением пути в движение, иногда прикладывалось временное давление, что приводило к нежелательным сварным швам. Усовершенствованный процесс SkV оказался менее чувствительным, и с годами качество сварных швов улучшилось.
Проблема потери устойчивости не ограничивается CWR, и в прошлом сочлененные гусеницы страдали изгибами. Рыбные пластины на стыках необходимо снимать и смазывать ежегодно (требование было смягчено до двух раз в год в 1993 году), а там, где это не было сделано или где балластные условия были особенно слабыми, коробление происходило в жаркую погоду. Вдобавок, если рельсы могли проскользнуть, всегда было возможно, что несколько последовательных стыков могут закрываться, так что компенсационный зазор теряется, что неизбежно приводит к возникновению жаркой погоды.
