Кіріспе

Темір жол немесе тұрақты жол – темір жол желілерінің құрауыш бөліктері: әдетте, темір жолдың жүк және жолаушылар пойыздарын тасымалдауға арналған, баласт үстіне төселген, тіреулерге (немесе ұйымдастырғыштарға) орнатылған рельстер жұбы. Ол тұрақты жол деп аталады, себебі темір жол құрылысының бастапқы кезеңдерінде мердігерлер көбінесе құрылыс алаңындағы топырақ пен материалдарды тасымалдау үшін уақытша рельстер төсеуші еді. Бұл жұмыс аяқталғаннан кейін уақытша рельстер алынып, тұрақты жол орнатылатын. Алғашқы рельстер көлденең орналасқан ағаш тіреулерге бекітілген ағаш рельстерден тұратын, бұл рельстердің арақашықтығын сақтауға көмектесетін. Содан кейін түрлі жаңарулар жасалды, ағаш рельстердің үстіне құйма темір пластиналар, кейіннен шойын пластиналар немесе бұрыштық темір пластиналар (L тәрізді пластиналар) орнатылды. Рельстер жеке-жеке тас блоктар қатарына бекітіліп, дұрыс арақашықтықты сақтау үшін қиылысқан тіреулер қолданылмады. Бұл жүйе де проблемаларға әкелді, себебі блоктар жеке-жеке жылжуы мүмкін еді. Изамбард Кингдом Брунелдің 7 фут кеңдіктік жүйесінің алғашқы нұсқасында рельстер бойлық тіреулерге төселді, олардың рельс кеңдігі мен биіктігі қадалармен бекітілді (концептуалды тұрғыдан қадалы көпірге ұқсас), бірақ бұл конструкция өте қымбат болды, сондықтан Брунел оны классикалық кеңдіктік жолға алмастырды, онда қадалар алынып тасталды және тіреулерге ұқсас поперечиналар рельс кеңдігін сақтады. Бүгінде көптеген темір жолдар рельстер мен тіреулердің стандартты жүйесін пайдаланады; сатылы жол кейбір жағдайларда қолданылады. Өндіріс технологияларының дамуы рельстердің, тіреулердің және бекіту құралдарының дизайнына, өндірісіне және орнатуына өзгерістер енгізді. 1790 жылдары 1 метрлік құйма темір рельстер қолданыла бастады, ал 1820 жылы 5 метрлік шойын рельстер пайда болды. Алғашқы болат рельстер 1857 жылы жасалды және рельстердің стандартты ұзындығы уақыт өте келе артты. Рельстер әдетте сызықтық ұзындығына шаққандағы салмақ бірліктерімен сипатталатын, және олар да артты. Темір жол тіреулері дәстүрлі түрде креозотпен өңделген қатты ағаштан жасалатын, және бұл практика қазіргі заманға дейін сақталып келеді. 1960 жылдардың ортасында Ұлыбританияда үздіксіз дәнекерленген рельстер енгізілді, содан кейін бетон тіреулер пайда болды.

Тақта жолдар

Темір жолдың ең алғашқы қолданылуы 12 ғасырда Германияда кен өндіру саласында болған сияқты. Шахталардағы өткелдер әдетте ылғалды және лайлы болып, кенді арабаларды олар арқылы жылжыту өте қиын болды. Жағдайды жақсарту үшін дөңгелекті контейнерлерді адам күшімен сүйреуге ыңғайлы болу үшін ағаш тақтайлар төселді. 16 ғасырда вагондардың тура бағытта жүру қиындығы тақтайлардың арасына кіретін тірек орнату арқылы шешілді. Георг Агрикола «иттер» деп аталатын, дөңгелекті арабадан шамамен екі есе үлкен, тік тірегі және темір оспен жүретін ағаш дөңгелектері бар қорап тәрізді арабаларды сипаттаған. Осыған қатысты Елизавета дәуірінен қалған мысал Англияның Камбрия графтығындағы Сильвергиллде табылған, және олар жақын орналасқан Грасмир, Ньюлендс және Калдбек корольдік кен орындарында да қолданылған болуы мүмкін. Орын болған жағдайда, фланцты дөңгелектері бар жүк вагондарын қабылдау үшін дөңгелекті ағаш жолдар орнатылды: 1544 жылғы фламанд суретшісі Лукас Гасселдің суретінде осы типтегі рельстері бар мыс кенінен шығатын қазба көрсетілген.

Қапталы бар рельстер

Англияда, шамасы, 16 ғасырдың соңында, Бросли маңында шахталардан көмір тасымалдау үшін басқа бір жүйе құрылды, кейде шахталар Северн шатқалының беткейімен Северн өзеніне дейін созылды. Бұл, болжам бойынша, арқанмен тартылатын көлбеу жол 1605 жылға дейін болған. Бұл, 1604 жылғы Волатон вагон жолынан ертерек болуы мүмкін, ол бұрынғы кезде бірінші деп есептелген. Шропширде, көбінесе, арақашықтық тар болды, бұл арбаларды жер астындағы шахталарға алып жүруге қолайлы жағдай жасады. Дегенмен, ең көп вагон жолдары Ньюкасл-апон-Тайн маңында орналасқан, онда бір арбаны қазіргі стандартты кеңдіктегі вагон жолында жылқы тартқан. Олар көмірді шахтадан алып, стайтқа (жағалауға) түсірген, онда көмір кемелерге, кельдерге тиелген. Ағаш рельстердің тозуы үлкен мәселе болды. Оларды аударып жаңартса да, үнемі алмастыру қажеттігі туды. Кейде рельстерді екі бөлікке жасап, тозығы жеткен жоғарғы бөлігін оңай ауыстыруға болады. Рельстерді ағаш тіреулермен бекітіп, жылқының жүруі үшін қосымша балласт төселген.

Ертедегі темір рельстер

Ағаш рельстердің үстіне шойын жолақтар төселуі мүмкін, және мұндай материалдарды қолдану 1738 жылы болған, бірақ бұл технология 1716 жылға дейін жетеді деген де мәлімдемелер бар. 1767 жылы Кетли темір зауыты шойын пластиналар шығара бастады, олар ағаш рельстердің үстіне шегелермен бекітіліп, тегіс жүріс бетін қамтамасыз етті. Бұл конструкция белдік темір рельс (немесе белдік рельс) деп аталды және Америка Құрама Штаттарында будан бұрынғы теміржолдарда кеңінен қолданылды. Олар салыстырмалы түрде арзан және жылдам орнатылса да, ауыр жүктерге төтеп бере алмады және "көп күтімді" қажет етті. Пойыз доңғалақтары шегелерге тиіп, оларды босатып, рельс босап, жеткілікті түрде жоғары иіліп, көліктің доңғалағы оның астына түсіп, рельстің ұшын көліктің еденінен шығарып, қисайтып, бұрап, жолаушыларға қауіп тудыруы мүмкін. Мұндай сынған рельстер "жылан бастары" деп аталды.

Темірден жасалған жолдар

Норфолк герцогының кенішінің басқарушысы Джон Карр Шеффилдтен басқаша нұсқаны әзірледі. Бұл L тәрізді рельс болды, сондықтан фланц дөңгелекте емес, рельсте орналасты. Бұл әдісті Беттерли темір зауытының Бенджамин Оутрам және Уильям Джессоп та қолданды (1790 жылы олар серіктес болды). Олар тауарларды салыстырмалы түрде қысқа қашықтыққа каналдарға дейін тасымалдау үшін пайдаланылды, бірақ Каррдың жолы қожалық кеніші мен Шеффилд қаласы арасында жүрді. Бұл рельстер пластиналар деп аталады, ал темір жолды кейде пластиналық жол деп атайды. «Платина жатушы» термині де осы шығу тегінен туындаған. Теория бойынша, фланцсыз дөңгелектерді қарапайым жолдарда пайдалануға болар еді, бірақ практикада мұндай жағдай сирек кездесті, себебі вагон дөңгелектері тым тар болғандықтан жол бетіне кіріп кетіп, зақымдауға мүмкіндік бермейтін. Бұл жүйе Ұлыбританияда кеңінен тарады. Көбінесе пластиналар тас блоктарға орнатылатын, кейде төсексіз, бірақ бұл рельстердің бір-бірінен алшақтауына және еңіс ұлғаюына себеп болатын. Осындай темір жолдар Оңтүстік Уэльсте кеңінен қолданылды, әсіресе әк тасын темір зауыттарына тасымалдау үшін, содан кейін темірді кейде бірнеше шақырым қашықтықтағы каналға жеткізіп, өнімді нарыққа сату үшін қолданылды. Алғашқыда рельстер құйма темірден жасалған, әдетте 1 метрлік ұзындықта, тас блоктар арасында орналастырылған. Тас блоктардың тұрақты болады деп есептелген, бірақ тәжірибе көрсеткендей, олар қозғалыс кезінде біртіндеп орналасып, жолдың геометриясын бұрмалап, вагондардың жолдан шығуына себеп болды. Тағы бір мәселе – жүріс беті балласттан түскен тастармен тосылып қалуы мүмкін еді. Оның орнына рельстерді дұрыс өлшемде ұстау үшін темірден жасалған байланыстырғыш таспа қолданылды, оған рельс бекітілетін иінтірек орнатылды. 1798 жылы Ньюкасл маңындағы Уолкер кенішінде Томас Барнс (1765–1801) алғаш рет қолданған «балық қарны» пішіндес рельс – қысқа ғұмырлы балама болды, ол рельстердің блоктар арасындағы арақашықтығын ұзартуға мүмкіндік берді. Бұл үш футтық ұзындықтағы Т-тәрізді жиекті рельстер, көлденең тас төсектерге орнатылған. Олар да құйма темірден жасалған.

Артқы және алдыңғы буындар

Ең алғашқы рельстер төртбұрышты жалғаулармен жасалған, олар нашар және туралап ұстау қиын болды. Джордж Стивенсон жалаңашталған жалғауларды енгізді, олар өте жақсы туралануын сақтады.

Қазіргі заманғы шеттік рельстер

1820 жылы Нортумберлендтегі Бедлингтон темір зауытының Джон Биркиншоу компаниясы Стоктон және Дарлингтон темір жолы үшін қолданылған 15 фут (5 м) ұзындықтағы домалақталған темір рельстерді жасады. Бұл локомотивтің және оған ілесіп келетін вагондардың (немесе жолаушылар вагондарының) салмағын көтеруге жеткілікті беріктікке ие болды. Осымен қазіргі теміржол дәуірінің бастауы салынды. Бұл жүйе бірден табысқа ие болды, бірақ бастапқыда кейбір қиындықтар туды. Алғашқы рельстердің кейбіреулері Т-тәрізді қимамен жасалған, бірақ рельс табанындағы металл жетіспеуі оның иілуге төзімділігін шектеді, себебі рельс тіректер арасында сәуле ретінде жұмыс істеуі керек еді. Металл технологиясы жетілдікке жеткен сайын, бұл темір рельстер бірте-бірте ұзарып, салмағы артып, осымен бірге беріктігі де артты. Рельс табанында металл мөлшерін арттыру арқылы күштірек сәуле жасалды, оның нәтижесінде беріктігі мен қатаңдығы жақсарды және бүгінгі күні де көрінетін «бұқа басы» рельсінің секциясына ұқсас пішін пайда болды. Алайда, бұл өте қымбат болды, сондықтан ерте теміржол құрылысшылары өз рельстерінің тиісті салмағын (демек, беріктігі мен құнын) анықтау қиындықтарымен күресті. Алғашқыда рельс секциясы жоғарыдан төменге дейін дерлік симметриялы болды және «қос басты рельс» деп аталды. Мұның мақсаты – рельстің жоғарғы беті тозығы жеткеннен кейін оны кері бұру еді, бірақ рельстерде «креслолық сызат» пайда болады, яғни рельс тіректерінде тозу орын алады, бұл бұрынғы төменгі бетпен жүруді тым шулы және тегіссіз етеді. Сондықтан, қосымша металлдың жоғарғы бетінде болуы және рельсті оның өмірінің жартысында кері бұру қажеттігінен құтылу дұрыс болды. Көптеген теміржолдар тегіс табанды рельс секциясын ұнатты, онда рельстер тікелей төсемелерге төселуге болады, бұл айтарлықтай үнемдеуді қамтамасыз етеді. Бірақ төсемелердің ойылуы мәселе тудырды; қозғалыс тығыз болған жерлерде, жүктемені тарату үшін рельстердің астына табандық пластина орнату қажет болды, бұл үнемдеудің бір бөлігін жойды. Дегенмен, магистральдық жағдайларда бұл конструкция Солтүстік Америкада, Австралияда және континенттік Еуропаның көп бөлігінде кеңінен қолданылды. Ұлыбритания магистральдық пайдалануда «бұқа басы» рельсін пайдалануды жалғастырды, ал тегіс табанды рельстерді кеңінен енгізу 1947 жылға жуық басталды.

Болат рельстер

Болаттан жасалған алғашқы рельстер 1857 жылы Роберт Форестер Мушет Бессемер тәжірибесінен қалған металл сынықтарын Уэльстің Эбб Вейл темір зауытындағы тигельдерде қайта балқытып жасалды және Англиядағы Мидленд темір жолының Дерби темір жол станциясында сынаққа орнатылды. Бұл рельстер темір рельстерге қарағанда әлдеқайда төзімді болды және 1873 жылға дейін пайдаланылды. Генри Бессемер 1860 жылы Лондон және Солтүстік-Батыс темір жолының Крюдегі рельс фабрикасына 500 тонна болаттан жасалған ірі бұйымдарды (блюмдер) жеткізді. Келесі жылдары бірнеше компания болат рельстер өндіруді бастады. Ашық ошақта болат өндіру технологиясының енгізілуі болат рельстерге көшуді жеделдетті. Уильям Сименс Ландор болат зауытын ішінара Ұлы Батыс темір жолын рельстермен қамтамасыз ету мақсатында салған. Ұлыбританияның темір және болат өнеркәсібі дағдарысқа ұшырады, бұл әсіресе ұнтақ темір саласына тиді. Рельстерге деген сұраныс қайта өскенде, ол көбінесе темір рельстерге қарағанда мықтырақ болат рельстерге болды.

Ұйқышылдар

Бұрынғы тас блоктардың орнына, екі рельсті тіреп тұратын көлденең арқалықтар – яғни, шпалдар орнатылды. Бұл жүйенің басты артықшылығы – жол геометриясын реттеу кезінде жолдың кеңдігі бұзылмайды. Шпалдарды жылжыту арқылы жолдың туралауын шпал өлшемін өзгертпестен реттеуге болады. Жұмсақ ағаш жиі қолданылды, бірақ консервантпен өңделмесе, қызмет ету мерзімі шектеулі болды. Сондықтан кейбір теміржолдар креозотпен өңдеу үшін өз зауыттарын ашты. Креазотпен өңделген қатты ағаш қазір Солтүстік Америкада және басқа да елдерде кеңінен қолданылады. Осы кезде, шамамен 20 фут (6 метрдей) ұзындықтағы, ағаш тіреуіштерінде бекітілген, ұзақ мерзімді қолданысқа енген теміржол рельстері пайда болды – бұл бүгінгі күні ескі жолдарда көрінетін құрылым. Ағаш шпалдарға балама ретінде болат шпалдар да сыналып көрді. 1889 жылы Акворт Лондон және Солтүстік-Батыс темір жолында болат шпалдардың өндірісін сипаттады, суретте дөңгелек қималы (төмен қараған "U" пішінді) болат профильдер көрсетілген, олардың пішінді ұштары жоқ, ал тіреуіштері үш бөліктен құралған және тікелей қадаланған. Дегенмен, болат шпалдарды 1995 жылға дейін кеңінен қолданбады. Қазір олардың негізгі қолданысы – екінші деңгейдегі бағыттардағы жолдардың қызмет ету мерзімін ұзарту. Олар нашар негіздерде және нашар топырақ жағдайында айтарлықтай артықшылықтарға ие, себебі тіреу алақаны жоғары деңгейде орналасқан, тікелей рельс тірегінің астында.

Рельсті бекіту құралдары

18 ғасырдағы және одан бұрынғы ертедегі құйма темір рельстерде теміржол байланыстарын шегелеу немесе бұрандалау үшін бірге құйылған бекітулер қолданылған. 18 ғасырдың соңында құйылған және кейіннен оралып жасалған белдік рельстер металдың ойыс тесіктері арқылы ағаш тіректерге шегеленген. 1820 жылдары енгізілген бір фланцты Т-тәрізді параллель рельстер және кейіннен екі фланцты Т-тәрізді параллель рельстерді орнату үшін рельс ұстағыштар, рельсті бекітуге арналған кілттер және рельс ұстағыштарды бекітуге бұрандалар немесе тікенектер қажет болды. Роберт Л. Стивенс 1830 жылы ойлап тапқан тегіс төменгі рельстер бастапқыда ағаш тіректерге тікелей қадалып, кейіннен жүктемені тарату және рельстің дұрыс өлшемде болуын қамтамасыз ету үшін байлау тақталары қолданылды, олар рельс ұстағыштағы иықтармен жабдықталған. Солтүстік Америкадан тыс аймақтарда серіппелі бекіту жүйелерінің көптеген түрлері негіз тақталарымен және тегіс төменгі рельстермен бірге қолданыла бастады, қазір бұл жүйелер жоғары жылдамдықты бағыттарда кеңінен таралған.

Балласт

Бастапқыда рельстер тікелей жерге төселді, бірақ бұл тез қанағаттандырмайтындықтан, жақсы дренажды қамтамасыз ету, жүктемені тарату және рельстерді орнында ұстап тұру үшін баласт қажет болды. Табиғи топырақ локомотивтердің жүктемесін артық шөгусіз қабылдауға көбінесе жеткіліксіз, әсіресе ылғалды жағдайда; рельстер астындағы баласт қабаты топыраққа түсетін қысымды азайтады, оларды орнында ұстап, орын ауыстыруға қарсы тұрады және жол төсегін жақсы кептіріп тұрады. Ерте заманда баласт көбінесе жергілікті минералдық өнімдер, мысалы, қиыршық тас немесе көмір және темір кендерінен қалған материалдар болды. Шотландияның Ұлы Солтүстік темір жолы дөңгелек өзен қиыршығын пайдаланды, ол өткір жиекті тас сияқты қозғалысты шектемейді. Кейінірек жылдары болат өндірісінің қосалқы өнімі – шлак және бу локомотивтерінен шыққан күл қолданылды. Қазіргі кезде нақты өлшемдер аралығында ұсатылған өткір жиекті тас пайдалануға кеңінен жүгініледі.

Ертедегі жолдың кеңістігі

Ертедегі теміржолдар негізінен кендерді су жолына жеткізумен айналысатын жергілікті кәсіпорындар еді. Олар үшін рельстің ені қолданылатын вагондарға қарай белгіленді, әдетте 4 футтан 4 фут 8½ дюймға дейін болды, ал бастапқыда басқа желілердің енімен үйлесу қажеттігі туралы ой болған жоқ. Алғашқы қоғамдық теміржолдар пайда болғанда, Джордж Стивенсоннің шеберлік жаңалықтары оның теміржолдарының үстемдік тануына әкелді, сондықтан ол қолданған өлшем ең көп тараған болып шықты. Әртүрлі теміржол жүйелерін біріктіру туралы алғашқы ойлар қалыптасқанда, бұл ен жалпы қабылдануға ие болды. Бұл өлшем – Джордж Стивенсонның машинашы болған шахтасында қолданылып жүрген вагондарға сәйкес келген британдық стандартты өлшем еді, ол Еуропаның және Солтүстік Американың көп бөлігіне экспортталды. Кейде Помпей сияқты ежелгі орындардағы тас жолдардағы іздердің ені туралы айтылады, және олар көбінесе Стивенсоннің енімен бірдей деп есептеледі. Бірақ бұл іздер арбалардың дөңгелектерімен жасалған, ал арбалар өнеркәсіптік дәуірге дейін жылқылармен жүргізілетін арбалар үшін қолайлы өлшемде болды, бұл Стивенсон жұмыс істеген шахтадағы теміржол арбаларының өлшемімен сәйкес келді: осыдан басқа ешқандай байланыс жоқ.

Кең кеңдікті жол

Изамбард Кингдом Брунел Ұлы Батыс темір жолын (GWR) жобалаған кезде, ол темір жолдың жақсартылған дизайнын іздеді және бұрынғы қағидаларды сынсыз қабылдамады. 4 фут 8½ дюймдік ен атпен тартылған трамвайлардағы кішкентай минералды вагондар үшін қолайлы болған, бірақ ол өзінің жоғары жылдамдықты темір жолы үшін тұрақтырақ нәрсені қалады. Почта кочтарында қолданылатын үлкен диаметрлі дөңгелектер қиыр жерде жақсы жүріс сапасын қамтамасыз етті, ал Брунел бастапқыда жолаушылар вагондарын да дәл осылай – үлкен диаметрлі дөңгелектерді вагон корпусының сыртында орналастыруды жоспарлаған. Мұны іске асыру үшін оған кеңірек рельс ені қажет болды, сондықтан ол әйгілі 7 фут (2 м) кең енді таңдады (кейін ол 7 фут 0¼ дюймге дейін азайтылды). Жолаушылар вагондарын жасау кезінде, олар ақырында корпустың астындағы кішкентай дөңгелектермен дәстүрлі түрде жасалды, бірақ 7 футтық рельс енінің арқасында вагон корпусы стандартты енге қарағанда әлдеқайда кең болатын. Дөңгелектерді корпус енінен тыс орналастыру туралы бастапқы ниетінен бас тарды. Брунел жаңа рельс түрлерін де қарастырып, үздіксіз тіреуге ие рельсті пайдалануды шешті. Әр рельстің астына бойлық ағаштарды орналастыру арқылы, ол рельстің мықты болуын талап етпестен тегіс профильге қол жеткізді және осы мақсатта төмен көпір рельсін пайдаланды. Кеңірек, жазық табандық стандартты рельс бөліміне қажетті орындықтың қажеттілігін жойды. Бойлық ағаштарды дұрыс арақашықтықта ұстау үшін рельс енін сақтау қажет болды, ал Брунел бұған ағаш тіреулер (көлденең аралықтар) және темір байланыс таяқшаларын пайдалану арқылы қол жеткізді. Бұл құрылымның барлығы «баук-жол» деп аталды – теміржолшылар өздерінің жолын әдетте «жол» деп атайды. Бастапқыда Брунел жолдың бүйірлік қозғалысын және секіруін болдырмау үшін оны ағаш тіреулерге бекітті, бірақ ол жол тіреулер арасындағы жасалған топырақтың шөгуін ескермеді. Тіреулер тұрақты болды, ал олардың арасындағы топырақ шөгіп, жолдың жағымсыз толқындануына себеп болды, сондықтан тіреулер кесіліп, жол біркелкі түрде шөгуіне мүмкіндік берілді. Бальст жолдың бір түрі бүгінгі күні көптеген ескі көпірлердің астында көрініп тұр, онда бальст қолданылмаған. Дизайн әлдеқайда өзгереді, бірақ көп жағдайда бойлық ағаштар тікелей көлденең арқалықтарға тіреліп, рельс енін сақтау үшін тіреулер мен байланыс таяқшаларымен бекітіледі, бірақ әрине, қазіргі заманғы рельстермен және негіз тақталарымен немесе орындықтармен. Бойлық тіреулер қазіргі заманғы сатылы жолға ұқсас. Брунелді инженер ретінде пайдаланған теміржолдар тобы табысқа жетті және кең енді жол Англияның батысы, Оңтүстік Уэльс және Батыс Мидлендтерге тарады. Бірақ британдық теміржол желісі кеңейген сайын екі жүйенің үйлеспеушілігі үлкен кедергіге айналды, өйткені тауарларды қолмен ауыстырмай, вагонды бір жүйеден екінші жүйеге жіберу мүмкін болмады. Ұлттық саясатты анықтау үшін Габарит комиссиясы тағайындалды. Кең енді жол техникалық жағынан артықшылық бірақ стандартты енді жолдарды кең ендіге ауыстыру барлық туннельдерді, көпірлерді және станция платформаларын қайта құруды талап ететін, ал стандартты енді жалпы қабылдау тек жолдың өзін біртіндеп өзгертуді қажет ететін. Кең енді жолға апат төнді, және тәуелсіз кең енді жаңа жолдар салынбады. Қазіргі кең енді жолдар жалғаса алатын, бірақ олардың даму әлеуеті болмағандықтан, олардың ақырында стандартқа айналдырылуы сөзсіз болды. Осы уақыт аралығында, әр жолында екі енді пойыздарды қабылдауға арналған үш рельсті аралас енді жолдар орнатылды. Кейбір жағдайларда аралас енді пойыздар жүргізілді, онда әр ендегі вагондар бір пойызда жүрді. Кең енді жолдың мұрасы әлі де станция платформалары арасында қажетсіз кеңістіктерде көрініп тұр.

1900 жылдан 1945 жылға дейін

ХХ ғасырдың басында британдық теміржолдарда шарбақ темірден жасалған бұқабас рельстер қолданылды. Олар балластқа төселген ағаш тіреулердегі құйма темір орындықтарға бекітілді. Солтүстік Америкада стандартты Т-тәрізді рельстер мен тігіс тақталары кесілген тырнақтармен ағаш тіреулерге бекітілді. Көптеген теміржолдар өте жеңіл рельстерді пайдаланды, ал локомотивтердің салмағы мен жылдамдығы артқан сайын, олар жеткіліксіз болып қалды. Осының салдарынан, басты желілерде қолданылатын рельстер бірте-бірте ауырдап (және мықтырақ) жасала бастады. Металлургиялық процестер жақсарды және жақсы рельстер, оның ішінде болаттан жасалғандары да қолданысқа енді. Техникалық тұрғыдан алғанда, рельс буындары ең көп жұмыс көлемін құрады, ал болат жасау технологиясы жетілдікке жеткенде, ұзындығы артқан болат рельстерді жасау мүмкін болды, бұл бір шақырымдағы буындар санын азайтты. Стандартты ұзындығы 30 фут (9 144 мм), содан кейін 45 фут (13 716 мм) және, ақырында, 60 фут (18 288 мм) рельстер қалыпты деңгейге жетті. Басты желілерде қолдану үшін стандартты рельс бөлімі 95BH бөліміне дейін жетті, оның салмағы 95 фунт бір ярдқа (47,13 кг метрге) тең. Екінші деңгейдегі бағыттар үшін жеңіл 85BH (42,16 кг/м) бөлімі қолданылды. Солтүстік Америкада сәтті қолданылуына қарамастан, британдық басты теміржолдар үшін тегіс төменгі рельстер әлі де қолайсыз саналды, бірақ кейбір аз қозғалыспен жұмыс істейтін британдық теміржолдар оларды, әдетте, тікелей тіреулерге бекітетін. Ауыр пайдалану кезінде олар тіреулерді қатты тозуға ұшыратады және төменгі табақтың қосымша құны осы кезеңде тегіс төменгі бөлімді қолданудан бас тартуға себеп болды. Ағаш тіреулердің бағасы жоғары және олар ұзақ қызмет етпейтін, ал теміржол инженерлері ең жақсы ағаш түрлері мен ең тиімді консерванттар туралы әртүрлі пікірлерде болды. Теміржолдар 8 фут 6 дюйм (2 591 мм) ұзындығы, 10 дюйм (254 мм) ені және 5 дюйм (127 мм) биіктігі бар, креозотпен қысыммен сіңдірілген жұмсақ ағаштан жасалған тіреулерді стандарттауға көшті. Орындықтар тіреулерге сүйектер (ағаш қаптама арқылы өткізілген болат тікенектер) немесе бірінші сыныпты бағыттарда үш бұрандамен бекітілді. GWR басты желілік теміржолдардың ішінде өзінің стандартын сақтап қалды, ол 00 рельсі, салмағы 97½ фунт/ярд (48,365 кг/метр), және әр орындықты тіреуге бекіту үшін екі болт қолданылды, болттың басы тіреудің астында, ал гайкасы орындықтың үстінде болды – бұл қауіпсіз, бірақ реттеуге қиын. 1945 жылға дейін темір бетон тіреулермен бірнеше тәжірибелер жасалды, көбінесе бұқабас орындықтары оларға орнатылды. Бұл ең жақсы (ең берік) ағаш бағасының өте жоғары болуына байланысты болды, бірақ темір бетон тіреулер басты желілерде сәтті қолданылған жоқ. Сонымен қатар, тұрақтарда бетон ыдыстар да қолданылды; оларды кейде екі блокты тіреулер деп атайды, және олар екі бетон блоктан тұрады, әрқайсысы орындықпен орнатылған, ал бұрышты темір оларды байланыстырып, өлшегішті сақтайды.

Соғыстан кейінгі даму

1945 жылы Екінші дүниежүзілік соғыс аяқталғаннан кейін, Ұлыбритания темір жолдары тозығы жетіп, соғыс кезінде келген зақымдарды уақытша жөндеумен күйін сақтап келді, бірақ жаңа материал жетіспеді. Елдің экономикалық жағдайы да нашар болды, соғыстан кейінгі шамамен он жыл бойы материалдар, әсіресе болат және ағаш, өте тапшы болды. Сонымен қатар, жұмыс күші де жетіспеді. Темір жол компаниялары дәстүрлі «бұқа басы» пішіндес рельстерді жаңарту қажеттігіне көз жеткізді, ал сынақтан өткеннен кейін жаңа, жазық төсі бар рельс форматы қабылданды. Британдық стандартты бөлімдер жарамсыз болды, сондықтан жаңа профиль – 109 фунт/ярд салмақты рельс жаңа стандарт ретінде бекітілді. Оның ұзындығы 60 фут болды, болаттық негіздемелерге және жұмсақ ағаштан жасалған тіреулерге орнатылып, әмбебап стандартқа айналуға тиіс еді. Рельстерді бекітуге берік болаттан жасалған бұрандалар қолданылуы керек еді, ал маңызды емес бағыттар үшін 98 фунт/ярд салмақты рельс қабылданды. Аймақтық ерекшеліктер сақталды, мысалы, Шығыс аймағында қатты ағаштан жасалған тіреулер мен Миллс ұстағыштары жиі қолданылды. Жаңа конструкциялар сәтті болды, бірақ көптеген қиындықтар тудырды, әсіресе тәжірибелі рельс жолдарына қызмет көрсететін мамандардың жетіспеуі және нашар күтілген жазық төсі бар рельстерді нашар күтілген «бұқа басы» рельстеріне қарағанда жақсы күйде ұстау қиын болды. Жазық төстің жоғары беріктігі артықшылық болғанымен, қисықтардағы біріктірулер арасында иіліп қалуға бейімділігі бар еді; сондай-ақ, жазық төстің қаттылығы нашар күтілген біріктірулерде вертикальды соққы күштерінің артуына және осының салдарынан біріктірулерде шаршаудан жарықтардың пайда болуына әкелді. Бұған қоса, серпімді рельс бекіткіштері рельс жылжуына – рельстердің қозғалыс бағытында біртіндеп жылжуына – төзімділік танытпады, ал рельстерді кері тартып, біріктірулерді реттеу жұмысы күтілгеннен де ауыр болды.

Ұзын дәнекерленген рельстер

Жолды күтіп-ұстау жұмысының көп бөлігі рельс буындарына қатысты, әсіресе қатты рельстер төменге шөгіп, буындық төсеулерге үлкен жүк түскенде. Соғысқа дейінгі ұзақ дәнекерленген рельс секцияларымен жасалған тәжірибелер пайдаланылды, ал 1960 жылдардан бастап ұзақ рельс секциялары орнатыла бастады, алдымен қатты ағаш төсектерінде, бірақ көп ұзамай бетон төсектерінде. Мысалы, Ұлыбританияның Шығыс жағалауындағы басты магистральдық жолында алғашқы ұзын дәнекерленген рельс (шамамен 1 миль (2 км)) 1957 жылы, Тренттегі Карлтоннан оңтүстікке қарай төселді, рельс жылжуына қарсы тұру үшін резеңке төсемдерге орнатылды. Бұл пионерлік кезеңде егжей-тегжейлі жобалауда қателіктер жіберілді, бірақ шамамен 1968 жылдан бастап үздіксіз дәнекерленген рельс басты және қосалқы бағыттардағы әмбебап орнату үшін сенімді стандартқа айналды. Қолданылған нысан алдын ала керілген бетон төсеулер мен 110А рельс секциясын қамтыды – бұрын қолданылған 109 рельстерден сәл жақсартылған, ал «А» әрпі британдық стандартты 110 фунт/ярда рельс секциясынан ажырату үшін қолданылды, ол қолайсыз болды. Рельс бекіткіштері ақырында Pandrol компаниясы жасаған серіппелі клипке бірікті, ол шамамен 30 жыл бойы Ұлыбританияда бекітудің жалғыз түрі болды. Дәнекерленген жол алтыдан он екі дюймге (15-30 сантиметрге) дейін ұсақталған тас балластың үстіне төселуі керек еді, бірақ бұл әрқашан орындалмады, сондай-ақ жол төсемінің жүк көтеру қабілеті ескерілмеді, нәтижесінде жол төсемінің күрделі зардаптарына әкелді. Рельс профилін одан әрі жақсарту 113А секциясын жасады, ол 1998 жылға дейін жалпы стандарт болды; төсеулер мен балласт профиліне енгізілген ұсақ өзгерістер жолдың жалпы пішінін тұрақтандырды. Бұл формат қазір Ұлыбританиядағы бірінші сыныпты магистральдық желілердің 99% -ында қолданылады, бірақ 1990 жылдары Ұлыбританияда CEN60 (60 кг/м) рельс секциясы енгізілді. Бұл рельс секциясының табаны кеңірек және 113А секциясынан биік болғандықтан, стандартты төсеулермен үйлесімсіз. Жолды жаңарту пойыздары еңбекке көп күш жұмсалатын жол құрылысшыларын алмастырды. Ұзақ дәнекерленген рельсті қолмен орнату қиын болды. 1958 жылы Fighting Cocks тармағында екі 600 фут (183 м) ұзындықтағы ұзақ дәнекерленген рельс секцияларын механикаландырылған жол салудың алғашқы көрсетілімі өтті. Екі секция он вагонға тиеліп, болат арқанмен ескі жолға бекітіліп, минутына 9 метр жылдамдықпен артқа тартылды. Пойыз артқа жылжығанда, ескі рельстер шығарылып, жаңалары орындықтарға орнатылды. Арғы вагонның көтергіші рельстің соңғы бөлігін орнына түсірді.

Жолдың кеңдігі

Жоғарыда айтылғандай, Ұлыбританиядағы жолдың жалпы ені ussg болды. 1950 жылдардың соңында жұмыс күшінің жетіспеуіне байланысты жол жөндеу стандарттары күрт нашарлады, ал кейбір бағыттарда жүк пойыздарының жылдамдығы артты. Жүк пойыздары негізінен қысқаша дөңгелек базасы (10 фут) бар төрт дөңгелекті вагондардан тұрды, олар өте қатаң эллипстік жапырақ серіппелі жүйесімен жабдықталған. Осы вагондардың жолдан шығу көрсеткіші тез өсті. Вагондардың динамикалық мінез-құлқы ("қозғалыс") салдарынан вагондардың рұқсат етілген жылдамдығы 45 миль/сағатқа дейін төмендетілді, ал бетонды төсектемелерге орнатылған үздіксіз дәнекерленген жолдарда – 4 фут 8⅜ дюймге (1432 мм) дейін, бір сегізден бір дюймға азайтылды. Бірақ бұл өзгеріс мәселенің өзінен де көп қиындықтар тудырды және 1996 жылдан бастап 1435 мм еніне қайта келтірілді. Ен жолдың бекіткіштерінің орналасуымен анықталады, сондықтан қолданыстағы жолдың енін өзгерту оңай емес, сонымен қатар төсектерді жеке ауыстыру да қиындық тудырады. Көптеген төсектер азайтылған енмен жасалған, бірақ соңғы уақытта стандартты енмен де жасалған.

Ауыспалар мен өтпелер

Терминология "соққылар мен өткелдер" (S&C) үшін, бұрын "бағыттар мен өткелдер" немесе "детальдар" үшін қиын. Ертедегі S&C қосалқы жолда өте төмен жылдамдыққа ("turnout") ғана мүмкіндік берді, сондықтан геометриялық дизайн аса маңызды емес еді. Көптеген ескі S&C құрылғыларының өкізегінде бос қосылыс болды, соның арқасында ауыстырғыш рельсі тіреу рельсіне жақын немесе одан алыстау мүмкін еді. Ауыстырғыш рельсі жабық болғанда, сенімді тегістеу қамтамасыз етілді; ол ашық болғанда, ешбір дөңгелек оған жүре алмайтындықтан, бұл маңызды емес еді. Жылдамдықтардың өсуімен бұл мүмкін болмай қалды, ал ауыстырғыш рельстер өкізегінде бекітілді, ал олардың икемділігі аяқ бөлігінің ашылуына және жабылуына мүмкіндік берді. Ауыстырғыш рельстерді өндіру күрделі процесс болды, ал өткелдерді өндіру одан да қиын болды. Қосалқы жолдағы жылдамдықтар, өте ерекше конструкцияларда болмаса, 20 миль/сағ-тан аспады, ал негізгі желіде жылдамдықпен өтетін көліктерге жақсы жүріс беру үшін үлкен шеберлік қолданылды. Қиындықтар ортақ қиылыста болды, онда дөңгелектерге үздіксіз қолдау көрсету қиын болды, ал бағыт рельсі оны қарсы бағыттан тікелей соққыдан қорғау үшін жоспарланды, соның салдарынан қолдаудың жоспарланған бұзылуы енгізілді. Жылдамдықтардың артуына қарай, S&C-нің көбірек конфигурациялары жасалды, және олардың әрқайсысы тек бір типке арналған өте көптеген компоненттер қажет болды. Түйіспелі жолда жылдамдық жоғары болғанда, негізгі бағыттан ауытқу әлдеқайда біртіндеп жүреді, сондықтан ауыстырғыш рельсін жоспарлаудың өте ұзақ ұзындығы қажет болды. 1971 жыл шамасында бұл тенденция кері қайтылды, соққыларды тік ұстайтын, әдеттегі 1:20 еңіс орнына, т.с.с. тік S&C пайда болды. Басқа оңайлатулармен бірге, бұл әртүрлі жылдамдықтар үшін қажетті қойманы едәуір азайтты, бірақ тік рельс рульдік эффектіні жоғалтады және жаңа тік S&C арқылы жүру көбінесе ретсіз болады.