Теміржол рельстерін тіреу құрылғылары

Кіріспе

Темір жол рельстерін қолдау

Темір жол байламдары, тік байламдар (американдық ағылшын тілінде), темір жол тіреуі (канадтық ағылшын тілінде) немесе темір жол төсегі (австралиялық және британдық ағылшын тілінде) – темір жол рельстерін тікбұрышты түрде қолдайтын құрылым. Әдетте рельстерге перпендикуляр орналастырылған байламдар, жүктемені рельстің балластына және төсегіне жеткізеді, рельстерді тік ұстайды және оларды дұрыс арақашықтықта сақтайды. Темір жол байламдары дәстүрлі түрде ағаштан жасалған, бірақ қазір, әсіресе Еуропа мен Азияда, алдын ала керілген бетон да кеңінен қолданылады. Ұлыбританиядағы екінші деңгейдегі желілерде болат байламдар жиі қолданылады; пластик композиттік байламдар да қолданылады, бірақ ағаш немесе бетонға қарағанда әлдеқайда аз. 2008 жылғы қаңтар айтылымына сәйкес, Солтүстік Америкада дәстүрлі және ағаш байламдардың үлесі шамамен 91,5% құрады, ал қалғаны бетон, болат, азабе (қызыл темір ағашы) және пластик композиттерінен тұрды. Байламдардың арақашықтығы олардың түріне, жүк көлеміне және басқа да талаптарға байланысты болуы мүмкін, мысалы, Солтүстік Американың магистральдық теміржолдарында бір мильге 2640 бетон байлам қолданылады. Кейбір желілер жұмсақ ағаштарды, соның ішінде Дуглас шыршасын пайдаланады; олар өңдеуді оңай қабылдаса да, тозуға бейім, бірақ арзан, жеңіл (сондықтан оңай тасымалданады) және қолжетімді. Саль, мора, жарах немесе азабе сияқты кейбір ағаштар өте берік болғандықтан, оларды өңдеусіз де пайдалануға болады. Ағаш байламдардағы мәселелерге шіру, жарылу, жәндіктердің зияны, пластинаның кесілуі (Ұлыбританияда «креслоның жылжуы» деп те аталады – байлам пластинасының бүйірлік қозғалысынан туындаған байламға абразивтік зақым) және бұранданың босауы (бұранданың байламнан біртіндеп шығуы) жатады. Ағаш байламдар өртке оңай тұтанады; ескірген сайын оларда жарықтар пайда болып, ұшқындардың тұрақтауына және өрттің оңай басталуына жағдай жасайды.

Бетон

Бетонды ұйымтастар ағаштан арзан әрі алуға оңай, сондай-ақ жоғары осьтік салмақты көтере алады және жоғары жылдамдықтарды ұстап тұруға жарамды. Олардың үлкен салмағы, әсіресе үздіксіз дәнекерленген рельстермен орнатылғанда, жол геометриясын жақсартуға көмектеседі. Бетонды ұйымтастар ұзақ қызмет етеді және ағаштан гөрі аз күтімді қажет етеді, себебі олардың үлкен салмағы оларды дұрыс орналасқан күйде ұзақ уақыт сақтауға мүмкіндік береді. Бетонды ұйымтастарды жақсы дайындалған төсемге, су өткізгіш тосқаналының жеткілікті тереңдігіне орнату қажет, осылайша олар тиімді жұмыс істейді. Бетонды ұйымтастар дөңгелек шуын күшейтеді деген жалған пікір бар. Euronoise 2018 аясында жасалған зерттеу бұл пікірдің жалған екенін көрсетті, бетонды ұйымтастар ағаштан жасалғандарға қарағанда орташа есеппен 2 дБ(A) төмен шу шығарады, бірақ түзу учаскелерде акустикалық өткірлігі жоғары. Дегенмен, қисық учаскелерде бетонды ұйымтастар ағаштан жасалғандарға қарағанда тыныш екені дәлелденді. Бұл пойыздар бетонды ұйымтастардан өткендегі шудың, ағаш ұйымтастардан өткендегіден қаттырақ сезілуіне себеп болуы мүмкін. Ұлыбританиядағы ең жоғары санаттағы жолдарда (ең жоғары жылдамдық пен тоннажды жолдарда) Network Rail стандарттарына сәйкес тек бетонды ұйымтастар ғана рұқсат етіледі. Еуропалық теміржолдардың көпшілігі де бетонды тіреулерді ауыстырғыштар мен қиылыстарда қолданады, себебі бетонды тіреулердің қызмет ету мерзімі ұзақ, құны төмен, ал ағаштың жеткілікті мөлшерде және сапалы алуы қиын әрі қымбат.

Болат

Болаттық рельстер престелген болаттан жасалады және көлденең қимасы ойыс пішіндес болады. Рельстердің ұштары "күрекше" пішіндес етіп жасалған, бұл рельстердің бүйірлік тұрақтылығын арттырады. Бекіту жүйесін орналастыруға арналған ұялар рельстің үстіңгі бетіне дәнекерленеді. Болат рельстер қазір Ұлыбританиядағы екінші немесе төмен жылдамдықты желілерде кеңінен қолданылады, себебі оларды қолданыстағы балласт төсегіне орнату экономикалық тиімді болып табылады. Болат рельстер бетоннан жеңіл, ал ағаштан айырмашылығы, ықшам жинақтарда жинақтауға болады. Болат рельстер бетон рельстер сияқты жаңа балластың толық тереңдігін қажет етпейді, оларды қолданыстағы балластқа орнатуға болады. Болат рельстер 100% қайта өңдеуге жарамды, бетон рельстерге қарағанда 60%-ға дейін аз балласт, ал ағаш рельстерге қарағанда 45%-ға дейін аз балласт қажет етеді. Тарихи тұрғыдан алғанда, болат рельстер нашар дизайн мен ұзақ қызмет мерзімінде көліктік жүктеменің артуынан зардап шекті. Бұл ескірген және көбінесе тозуға жеткен конструкциялар жүктеме және жылдамдық сыйымдылығын шектеді, бірақ оларды әлемнің көптеген жерлерінде кездестіруге болады және ондаған жылдар бойы қызмет еткеніне қарамастан, жақсы жұмыс істейді. 50 жылдан астам қызмет еткен көптеген болат рельстер бар, және кейбір жағдайларда оларды жаңартуға болады және жақсы жұмыс істеуді жалғастыруда. Болат рельстер сондай-ақ арнайы жағдайларда қолданылды, мысалы, Арабия түбегіндегі Хиджаз темір жолында, онда құрғақ, ыстық климат ағаш рельстерді қолдануға жарамсыз етті. Қазіргі заманғы болат рельстер ауыр жүктемелерді көтере алады, сигналдық учаскелерде жақсы жұмыс істейді және қиын жол жағдайларына төтеп береді. Темір жол компаниялары үшін жаңа құрылыста креозотпен өңделген ағаш және бетон рельстерге қарағанда болат рельстерді орнатудың экономикалық тиімділігі маңызды. Болат рельстер әлемдік темір жол жүйесінің барлық салаларында қолданылады, соның ішінде ауыр жүк тасымалы, 1-сыныпты, аймақтық, қысқа желілер, кен өнеркәсібі, электрлендірілген жолаушылар желілері (OHLE) және барлық салаларда. Атап айтқанда, болат рельстер (тұғырлар) соңғы онжылдықтарда бұрылыстарда (бағдарламалар/нүктелер) тиімді екенін дәлелдеді және осындай мақсаттар үшін ұзын ағаш рельстердің үнемі өсіп келе жатқан мәселесін шешеді. Рельстер арқылы тоқ өткізуді болдырмау үшін оқшауланған кезде болат рельстерді рельстік тізбекке негізделген пойызды анықтау және рельс тұтастығын қамтамасыз ету жүйелерімен пайдалануға болады. Оқшауланбаған болат рельстерді тек блоктандыру және деңгейлі өткелдері жоқ желілерде немесе осьтерді санау сияқты пойызды анықтаудың басқа әдістерін қолданатын желілерде пайдалануға болады.

Steel ties are formed from pressed steel and are trough shaped in section. The ends of the tie are shaped to form a "spade" which increases the lateral resistance of the tie. Housings to accommodate the fastening system are welded to the upper surface of the tie. Steel ties are now in widespread use on secondary or lower speed lines in the UK where they have been found to be economical to install due their ability to be installed on the existing ballast bed. Steel ties are lighter in weight than concrete and able to stack in compact bundles unlike timber. Steel ties can be installed onto the existing ballast, unlike concrete ties which require a full depth of new ballast. Steel ties are 100% recyclable and require up to 60% less ballast than concrete ties and up to 45% less than wood ties. Historically, steel ties have suffered from poor design and increased traffic loads over their normally long service life. These aged and often obsolete designs limited load and speed capacity but can still be found in many locations globally and performing adequately despite decades of service. There are great numbers of steel ties with over 50 years of service and in some cases they can and have been rehabilitated and continue to perform well. Steel ties were also used in specialty situations, such as the Hejaz Railway in the Arabian Peninsula where the dry, hot climate made wood ties unsatisfactory. Modern steel ties handle heavy loads, have a proven record of performance in signalized track, and handle adverse track conditions. Of high importance to railroad companies is the fact that steel ties are more economical to install in new construction than creosote treated wood ties and concrete ties. Steel ties are utilized in nearly all sectors of the worldwide railroad systems including heavy haul, class 1s, regional, shortlines, mining, electrified passenger lines (OHLE) and all manner of industries. Notably, steel ties (bearers) have proven themselves over the last few decades to be advantageous in turnouts (switches/points) and provide the solution to the ever growing problem of long timber ties for such use. When insulated to prevent conduction through the ties, steel ties may be used with track circuit based train detection and track integrity systems. Without insulation, steel ties may only be used on lines without block signaling and level crossings or on lines that use other forms of train detection such as axle counters.

Пластмасса

Соңғы уақытта бірнеше компания қайта өңделген пластик шайырдан және қайта өңделген каучуктан жасалған теміржол бауларын сатады. Өндірушілер олардың ағаш баулардан ұзақ қызмет етуін, күтілетін қызмет мерзімінің 30–80 жыл аралығында болатынын, баулардың шіруге және жәндіктердің зиянына төзімді екенін, ал қажет болған жағдайда төменгі жағына арнайы рельеф жасай отырып, қосымша жақтық тұрақтылықты арттыруға болатынын мәлімдейді. Кейбір басты жолдардағы гибридтік пластик баулардың конструкциясы балластпен толығымен жабылады. Қайта өңделген материалды пайдаланудың экологиялық артықшылықтарынан өзге, пластик баулар көбінесе креозотпен сіңдірілген ағаш бауларды алмастырады, ал креозот – улы химиялық зат және теориялық тұрғыдан қайта өңделеді. Дегенмен, пластик микропластик бөліп шығаруы және ультракүлгін сәулелерге қарсы заттар сияқты басқа да зиянды химиялық заттарды сіңдіруі мүмкін. Гибридтік пластик және композиттік теміржол баулары жер астындағы кен орындары, өнеркәсіптік аймақтар, ылғалды орта және тығыз қоныстанған аймақтар сияқты басқа да теміржол салаларында қолданылады. Гибридтік теміржол баулары шіріген ағаш бауларды ауыстыру үшін де қолданылады, бұл жолдың беріктігін сақтап тұруға мүмкіндік береді. Гибридтік пластик және композиттік баулар көпірлер мен эстакадаларда да тиімді, себебі олар күштерді жақсырақ бөліп, тиісінше көпір конструкцияларына немесе балласқа дірілдің әсерін азайтады. Бұл гибридтік пластик және композиттік баулардың жақсы демпферлік қасиеттеріне байланысты, ол дірілдің қарқындылығын және шуды азайтады. 2009 жылы Network Rail ағаш бауларды қайта өңделген пластикпен алмастыруды бастайтынын хабарлады. Бірақ 2012 жылдың қазан айында I Plas компаниясы банкротқа түсті. 2012 жылы Жаңа Зеландия Axion компаниясынан "EcoTrax" таңбалы қайта өңделген композиттік баулардың сынақ партиясын бұрылыстар мен көпірлерде пайдалану үшін тапсырыс берді, содан кейін 2015 жылы тағы үш жылға тапсырыс берді, бірақ Axion 2015 жылдың желтоқсанында банкроттыққа өтініш берді, бірақ қызметін жалғастыруда. Бұл бауларды Ратгерс университетінің докторы Носкер әзірледі. Әртүрлі қайта өңделген пластиктен жасалған композиттік баулар 2021 жылы Ұлыбританияның Уилтшир округінде пайдалануға енгізілді. Олар ағаш баулардың орнына, бетон баулардың тым ауыр болатын көпірге орнатылды. Бұл елдегі басты теміржол желісіне орнатылған алғашқы пластик баулар болды, бірақ бұрын олар тар теміржолдарда қолданылған. Баулар шыны талшықтан да жасалуы мүмкін.

In more recent times, a number of companies are selling composite railroad ties manufactured from recycled plastic resins and recycled rubber. Manufacturers claim a service life longer than wooden ties with an expected lifetime in the range of 30–80 years, that the ties are impervious to rot and insect attack, and that they can be modified with a special relief on the bottom to provide additional lateral stability. In some main track applications the hybrid plastic tie has a recessed design to be completely surrounded by ballast. Aside from the environmental benefits of using recycled material, plastic ties usually replace timber ties soaked in creosote, the latter being a toxic chemical, and are theoretically recyclable. However, plastics may shed microplastics and leach other possibly toxic chemicals such as ultraviolet inhibitors. Hybrid plastic railroad ties and composite ties are used in other rail applications such as underground mining operations, industrial zones, humid environments and densely populated areas. Hybrid railroad ties are also used to be partly exchanged with rotten wooden ties, which will result in continuous track stiffness. Hybrid plastic ties and composite ties also offer benefits on bridges and viaducts, because they lead to better distribution of forces and reduction of vibrations into respectively bridge girders or the ballast. This is due to better damping properties of hybrid plastic ties and composite ties, which will decrease the intensity of vibrations as well as the sound production. In 2009, Network Rail announced that it would begin replacing wooden ties with recycled plastic. but I Plas became insolvent in October 2012. In 2012, New Zealand ordered a trial batch of "EcoTrax" brand recycled composite ties from Axion for use on turnouts and bridges, and a further three year order in 2015, but then Axion filed for bankruptcy in December 2015, though it continues to trade. These ties are developed by Dr. Nosker at Rutgers University. Composite sleepers, manufactured from various recycled plastics, were introduced in Wiltshire, United Kingdom, in 2021. They were installed as an alternative to wooden sleepers, on a bridge where concrete sleepers would have been too heavy. Although it was the first instance of plastic sleepers being installed on mainline track in the country, they have previously been used on narrow gauge railways. Ties may also be made from fiberglass.

Y пішінді байламдар

1983 жылы алғаш рет жасалған Y пішіндес галстук – ерекше бір түрі. Дәстүрлі галстуктармен салыстырғанда, Y галстук жүктемені тарату қасиеттеріне байланысты талап етілетін балласт мөлшері азаяды. Еңкерулерде Y болат галстуктарының үш нүктелі тіреуі тұрақты бекіту нүктесімен нақты геометриялық сәйкестікті қамтамасыз етуге мүмкіндік бермейді. Галстуктардың қимасы I пішіндес сәулелі. 2006 жылға дейін Y галстуктарымен төселген теміржолдың бір бөлігінің көлемі шамалы болды, оның шамамен 90 пайызы Германияда салынған.

Екілік байламдар

ZSX Twin байламшасын Leonhard Moll Betonwerke GmbH & Co KG компаниясы өндіреді, ол – төрт болат стерженьмен бойлық бағытта біріктірілген екі алдын ала керілген бетонды байламшадан тұрады. Бұл конструкция өткір бұрылыстарға, температуралық кернеуге ұшырайтын рельстерге, мысалы, бұрандалы тежегіштері бар пойыздар пайдаланатын жолдарға, сондай-ақ көпірлерге, және дәстүрлі рельстік жол мен плиталық жол немесе көпірлер арасындағы өтуге арналған рельстік учаске ретінде қолдануға жарамды.

Кең байламдар

Бетонды моноблокты байланыстар кеңірек (мысалы) формада да жасалды, нәтижесінде байланыстардың арасында баласт болмайды; мұндай кең байланыс көлденең кедергіні арттырып, баластқа түсетін қысымды азайтады. Бұл жүйе Германияда қолданылған, онда кең байланыстар GETRAC A3 баластсыз рельс жүйелерімен де қолданылды.

Екі блокты байламдар

Екі блок (немесе қос блок) байланыстары екі бетон рельс тірегінен тұрады, олар болат табанмен біріктірілген. Оның артықшылықтары – жоғары көлденең тұрақтылық, моноблокты бетон байланыстарға қарағанда салмағы жеңіл, сондай-ақ иілгіш болат байланыстарының арқасында байланыстың ортасында бұрылу күштерінен болатын зақымданудың болдырмауы. Бұл байланыс түрі Францияда кеңінен қолданылады және жоғары жылдамдықты TGV желілерінде пайдаланылады. Екі блок байланыстары баластсыз рельс жүйелерінде де қолданылады. Оларды болат табанды кесіп, жаңа калибрге қажетті өлшемге дейін дәнекерлеу арқылы рельс енін өзгертуге болады.

Рамалық байламдар

Рамалық шұңқырлар (Rahmenschwelle) бір монолитті бетон құймасында көлденең және бойлық элементтерді біріктіреді.

Сатылар жолы

Сатылы рельстерде, тіреулер рельстерге параллель төселіп, бірнеше метрге созылады. Бұл құрылым Брунельдің балкалы жолына ұқсас; осы бойлық тіреулер баластпен немесе қатты, баластсыз негіздегі эластомерлік тіреулермен қолданылуы мүмкін.

Солтүстік Америка

Негізгі теміржолдың қиылысу аралығы ағаш қиылыстар үшін шамамен және бетон қиылыстар үшін шамамен болып табылады. Ағаш қиылыстар үшін 1 мильге 3250 ағаш қиылыс (2019 қиылыс/км, немесе 65 футқа 40 қиылыс), ал бетон қиылыстар үшін 1 мильге 2640 қиылыс қажет.