Сочетание упругой осадки основания, ударов проходящих колес, волнового движения, сжатия и расширения рельсов вызывает серьезные напряжения в рельсовых стыках. Следовательно, стальные подкладки должны быть прокатаны с правильными ровными поверхностями, не превышающими производственных допусков, болты должны быть тщательно изготовлены из стали с высокой прочностью на разрыв.
Специфические стороны правильного содержания рельсовых стыков кратко излагаются специальным комитетом по напряжениям в железнодорожном пути AREA и являются следующими.
Обычно инженерами по содержанию пути признается, что рельсовый стык является главным источником расходов в текущем содержании пути. Рельсовый стык вместе с другими элементами строения пути является первой причиной нарушения плавности пути по уровню и приводит в первую очередь к необходимости выправки по сравнению с другими элементами рельсового звена. Таким образом, рельсовый стык требует большей части затрат труда на содержание. Чтобы иметь устойчивые стыки, необходимо через определенное время производить повторное подвертывание гаек. Кроме того, при обычных условиях пути, по крайней мере, когда содержание стыков и основания под ними не удовлетворяет высоким требованиям, рельсы в месте стыка и вблизи от него могут подвергаться серьезным повреждениям, что вызовет необходимость удаления их из пути. Следовательно, можно сказать, что стык является первоначальной причиной изъятия рельсов из пути и таким образом элементом, вносящим большую долю расходов, приходящихся на содержание пути. Из этого следует, конечно, что рельсовые стыки, имеющие максимальную прочность и жесткость, отличающиеся лучшими конструктивными особенностями и в отношении содержания удовлетворяющие всем требованиям, могут, очевидно, обеспечить минимальные расходы на содержание пути.
Условие опирания рельса в стыке и вблизи от него являются важными в отношении развития максимальных напряжений в рельсовом стыке. Основными факторами, определяющими это условие, являются относительное размещение шпал и разница в жесткости и общей однородности балластной постели под шпалами. Опирание не всегда однообразно, и его влияние особенно сказывается при тяжелых типах рельсов. Поэтому однообразие в условиях опирания наряду с содержанием стыков особенно желательно там, где применяются тяжелые типы рельсов.
Опирание рельсового стыка зависит от того: 1) будут ли рельсовые концы расположены симметрично или случайно в отношении шпал; 2) опираются рельсовые концы на шпалы или находятся навесу; 3) какие применяются накладки — четырех- или шестидырные. Мало точных данных имеется в распоряжении относительно пп. 1 и 2 и настоящая практика основана на отдельных сведениях железных дорог. Одновременно, несмотря на некоторый повышенный интерес, который был проявлен в последнее время к стыкам с шестидырными накладками, мнения остаются различными в отношении стыков с четырех- и шестидырными накладками. Говорят, что четырех болтов может быть достаточно, но имеются также признанные преимущества и в отношении шести болтов.
Чтобы получить достаточную прочность опирания стыка, износ опорных поверхностей не должен быть чрезмерным. Основная часть износа опорной поверхности приходится на середину верхней поверхности накладки и ближе к концам на нижней ее поверхности. При износе опорных поверхностей рельсовые концы опускаются и образуют понижение на стыке. Следовательно, своевременная замена изношенных накладок необходима в значительной степени для получения прочности стыка.
Поскольку большое число повреждений стыковых накладок проявляется в виде прогрессивно развивающихся трещин, требуется тщательный осмотр для обнаружения таких трещин. Редко случается, чтобы обе накладки ломались одновременно. Однако это имеет место и сопровождается срезом болтов, что приводит к ослаблению рельсов в стыке.
Таким образом бдительность в обнаружении стыковых дефектов должна быть постоянной. Чрезмерное натяжение болтов увеличивает диапазон между максимальным и минимальным сопротивлением скольжениям рельсовых стыков, что приводит к большим изгибающим нагрузкам на путевые болты и создает сплошное опирание на шейку рельса.
Когда болты находятся в прочном контакте с шейкой рельса, они действуют как балки, опертые по концам на накладки, нагруженные в середине шейкой рельса.
Изолирующий стык обычно требует несколько больше внимания, чем обычный, так как он должен не только выполнять роль скрепления рельсовых концов, но должен также задерживать электрический ток в рельсах. Следовательно он более дорог, чем стык с обычными стыковыми накладками, поскольку стыковые накладки сделаны из менее выносливого сорта материала — из изолирующей фибры. Для условий изоляции требуются поддержание достаточно большого зазора между рельсовыми концами, более тщательная установка и содержание. Несмотря на то, что хороший отвод воды от балласта важен в зоне любого стыка, однако хорошо осушенное основание в зоне изолирующего стыка крайне необходимо для того, чтобы вода, будучи проводником, не позволила току обойти стык.
Болты должны быть плотно затянуты в изолирующих стыках все время, чтобы гарантировать правильное распределение напряжений во всех частях стыка. Противоугоны в зоне стыка, а также на прилегающих частях рельса должны быть в правильном положении, чтобы не допустить повреждения в месте стыка. Часто необходимо разместить изолирующие стыки один против другого (по наугольнику), поскольку это помогает работникам пути в вопросах текущего содержания. Если рельсы уложены на клинчатые подкладки, то подкладки с таким же наклоном должны быть уложены и на изолирующих стыках. Считается хорошей практикой снимать накладки ежегодно для того, чтобы проверить состояние фибрового материала и, если необходимо, сделать замену. Некоторые дороги сообщают, что применение прокладок в изолирующих стыках не только уменьшает необходимость в подбивке, но также существенно увеличивает срок службы изолирующих материалов (в частности фибры).
Натяжение болтов.
На основании изучения натяжения в болтах Комитет пути AREA предложил следующие рекомендации, которые вошли в Наставление.
Путевые болты должны подвергаться повторной затяжке, когда это требуется, предпочтительно в срок от одного до трех месяцев после установки накладок и с интервалами через год, начиная с этого времени. Более частая затяжка необязательна и, следовательно, неэкономична. Менее частая затяжка требует слишком высокой затяжки болтов, поскольку интервалы между затяжками будут больше.
Слабые болты приводят к износу составных частей стыка и увеличивают смятие рельсовых концов. Они приводят к порче нарезки болта вследствие смятия в месте опирания на накладку или на пружинные шайбы, так что после этого невозможно затянуть гайку. Одновременно ослабленные болты также увеличивают износ стыковых накладок и рельсовых концов. С другой стороны, если гайки слишком туго затянуты, под воздействием движения может возникнуть в болтах напряжение, превосходящее предел упругости, а отсутствие однообразия в затяжке может привести к концентрации мест, где возможно ослабление рельсов.
Ослабленные рельсовые стыки и рельсовые концы нарушают работу сигналов на участках с автоблокировкой из-за обрыва рельсовых соединителей для сигнального тока и мест их приварки. Рельсовые соединители сделаны из оцинкованной стали, стали, покрытой медью, или в виде медных проволок. Обрывы обычно происходят при вибрации при проходе поезда в местах приварки к штепселям проволок. Этот вид дефекта более распространен у длинных оцинкованных соединителей по сравнению с другими типами и может быть устранен сохранением натяжения болтов
Коррозия стыков.
Ржавчина и отслаивание мешают плотной подгонке рельсов и накладок, если не принимаются меры к их устранению. Чтобы избежать их, накладки обычно смазывают, когда они находятся на складе, и еще раз при укладке в путь. Следует позаботиться также о том, чтобы удалить пыль и ржавчину с концов рельсов в пределах стыковой накладки. Для более плотной подгонки, а также для удобства постановки болтов на место в процессе сборки рекомендуется слегка постукивать по стыковой накладке костыльным молотком, пока не будут окончательно затянуты болты.
Стало известно также о том, что после работы в течение нескольких лет коррозия и смятие нарезки заметно ограничивают натяжение болтов. Комитет пути AREA полагает, что серьезное значение должно быть придано плану содержания пути, по которому накладки снимаются после 4—6 лет службы, должна предусматриваться очистка и смазка рельсовых концов и накладок, осмотр и замена всех болтов с нарезкой, имеющей смятие, смазка болтов для предохранения от коррозии.
«Замороженные» стыки.
Коррозия стыковых накладок и концов рельсов является одной из главных причин уменьшения срока службы накладок и рельсов. Коррозия также способствует примыканию накладок настолько плотно к рельсу, что приводит в результате к так называемому «смерзанию» стыков. Такое явление препятствует нормальному движению рельсовых концов в пределах стыка в виде укорочения и удлинения рельсов из-за температурных изменений. Если «замороженные» стыки встречаются на большом протяжении, могут возникнуть чрезмерно высокие сжимающие напряжения в рельсах в жаркую погоду и высокие растягивающие напряжения будут иметь место зимой.
Эти напряжения могут стать настолько большими, что могут вызвать изгиб пути летом, а зимой срез болтов в наиболее слабых стыках, что приведет к образованию большого зазора между рельсами.
Многие дороги имеют практику затягивать ослабленные болты при наступлении теплой погоды весной. В это же время некоторые дороги ослабляют болты и легкими ударами ослабляют обе накладки для того, чтобы растягивающим силам в рельсе дать возможность рассредоточиться; после этого смазывают стыковые накладки, а затем снова затягивают болты механическим гаечным ключом. Во время этих операций регулируются также противоугоны.
Такая практика не только устраняет «замороженные» стыки, но также выравнивает напряжения в рельсах и замедляет коррозию. Из-за того, что серьезные убытки вследствие коррозии причинялись стыкам от попадания соленой воды, одна дорога организовала бригаду из 5 чел. для смазки рельсовых стыков на территории, подвергавшейся воздействию соленой воды. Эта бригада использовала гибкий шланг для подачи смазки, предохраняющей от ржавчины, к каждому концу каждой накладки со стороны, обращенной к рельсу, и полностью заполняла пространство между накладкой и рельсом, после чего точно так же смазывала противоположный конец накладки; это делалось без снятия накладок (рис.). Через несколько дней после этой операции «замороженные» стыки ослаблялись и таким образом устранялась возможность среза болтов в холодную погоду, угон рельсов уменьшался, а накладки и болты были защищены от соленой влаги, пыли и коррозии.
Смазка накладок с внешней стороны и со стороны, обращенной к оси пути, при помощи специальной машины модели W61-B Файрмонт (Fairmont)
Смазка стыков.
Неочищенная, или черная, нефть часто применяется при смазке стыков вручную, хотя эта работа при использовании специальных смазочных веществ может быть выполнена машинами, предназначенными специально для этих целей; эти же смазочные вещества в отличие от других применяются также против ржавчины. Там, где применялась смазка, лучшие результаты были получены, если смазка делалась через каждые шесть месяцев или через год, в зависимости от того, насколько стыки подвержены воздействию солей или неблагоприятных атмосферных условий.
Густой пластический материал типа пасты стал считаться пригодным для смазывания накладок со стороны, обращенной к рельсу, предохраняя их от пыли, песка, соленых растворов и других видов влаги, засасываемых при прохождении поезда. Лучшие из этих смазочных материалов не допускают загрязнения и разжижения смазочного покрытия на концах рельсов и способствуют удлинению срока службы элементов стыка.
Смазочный материал не должен наноситься на накладки или опорные поверхности рельса до укладки рельсов, так как иначе это приведет к собиранию пыли и песка, которые будут загрязнять опорные поверхности, и ликвидирует одну из главных целей смазки — предохранение от ржавчины рельсовых концов и накладок.
Во время работ по укладке рельсов обычно раскладывают стыковые накладки против концов рельсов, затем идет бригада, которая ставит накладки на место. Обе операции обычно разделены некоторым временем, в которое все опорные поверхности на обоих рельсах и накладках должны быть сплошь очищены жесткой проволочной щеткой и смазаны.