Шпалы

ШпалыШПАЛЫ, рельсовые опоры ж.-д. пути, которые укладываются поперек пути, перпендикулярно к его продольной оси. Благодаря тому, что шпалы подводится под оба рельса колеи, получается прочная, жесткая связь между рельсами (фиг. 1). Шпалы, именуемые также поперечинами, делают из различных материалов: дерева, металла и железобетона. В настоящее время особенно широкое, повсеместное распространение получили шпалы из дерева.

Деревянные шпалы для ж. д. представляют собой отрезки ствола дерева (тюльки) с двумя параллельно спиленными или отесанными гранями; эти грани называются постелями (верхняя и нижняя постель шпалы). В зависимости от способа изготовления шпалы подразделяются на: 1) пластинные (получаемые из половины шпальной тюльки, распиленной вдоль), 2) брусковые (из целых тюлек - путем опиловки или отески их с двух или четырех противоположных сторон).

Шпалы и рельсы

В зависимости от размеров, длины и поперечного сечения шпалы делятся на семь типов: 0; I; II; III; IV; V и VI. Шпалы типов 0, I, III и V изготовляются как брусковые, типов II, IV и VI - как пластинные (фиг. 2).

Типы шпал

Деревянные шпалы делают из дуба, сосны, бука, ели, кедра, лиственницы, пихты и других древесных пород. Из указанных пород древесина дуба обладает наибольшей твердостью и наибольшей долговечностью даже не в пропитанном антисептиками состоянии. Тем не менее, применение дубовых шпал ограничено как у нас, так и за границей тем, что дубовых лесов сравнительно мало. Недостатком дубовых шпал является их способность растрескиваться, а также их кривизна. Особенно широкое распространение, как у нас, так и за границей имеют сосновые шпалы. Древесина сосны хотя и не обладает такой твердостью, как дуб, но зато отличается прямизной, не обладает способностью растрескиваться, значительно дешевле дуба и прекрасно принимает пропитывающие вещества. Древесина бука в непропитанном состоянии очень недолговечна. Средняя продолжительность службы у нас непропитанных шпал дубовых 8—10 лет, сосновых 4—5 лет, еловых 3—4 г., буковых 3 г. Выходят шпалы из строя по двум причинам: от гниения и от механического износа. Основной причиной гниения являются грибы. В дубовой шпале, пораженной грибом Daedalea quercina, появляются трещины вдоль сердцевинных путей. Этот гриб вызывает сильное и быстрое разрушение. Грибы, вызывающие окрашивание древесины - синеву (которая появляется в заболони в виде сплошного кольца или в виде отдельных пятен), причиняют вред очень незначительный. На технические качества древесины, как крепость, синева влияния почти не оказывает. Грибы м. б. убиты различными ядовитыми веществами и не только такими сильными, как сулема, но и такими, как, например, дубильные вещества (таннин); поэтому такие лиственные породы, в древесине которых содержатся дубильные вещества, способны оказывать сопротивление развитию грибов. Смола хвойных деревьев также препятствует развитию грибов. Некоторые специалисты полагают, что такое благоприятное влияние смолы объясняется не ее токсическим воздействием (ядовитостью), а механическим: смола препятствует проникновению гриба в древесину.

Для предохранения шпал от гниения обычно применяют пропитку их различными антисептиками. Для получения наилучших результатов пропитки необходимо выбрать антисептик, определить необходимое количество антисептика и выработать метод его применения. Все антисептики можно разделить на две группы: 1) антисептики минерального происхождения (нейтральные соли кислот соляной, серной, фтористоводородной и др.), а именно сулема (HgCl2), фтористый натр (NaF), медный купорос (CuSО45H2О), хлористый цинк (ZnCl2); 2) антисептики органические (различные масла, приготовленные из смол, получаемых из сухой перегонки каменного угля, дерева и др.), а именно: креозот (креозотовое масло каменного угля, бурых углей или древесной смолы), гудрон, асфальт и др. В последнее время употребляют комбинированные антисептики (смеси некоторых солей с органическими препаратами), например, смесь фтористого натрия в количестве около 90% с различными органическими веществами, которые содействуют более прочному удержанию фтористого натрия в древесине; другим примером может служить смесь креозота (25%) с сырой нефтью (75%). В последнее время стали применять эмульсии - смеси воды с какой-нибудь нерастворимой в ней жидкостью, находящейся в мелкораздробленном состоянии. Капельки эмульгированного масла д. б. таких размеров, чтобы проходить в поры древесины пропитываемой шпалы. Размеры капелек не превосходят 1 мкм. В качестве примера дается состав эмульсии - креозонафт: 2% каменноугольного креозотового масла, 2% нафтеновых кислот, 0,5% аммиака (25%-ного), 95,5% воды. Перечисленные антисептики можно характеризовать т. о.: сулема очень ядовита и опасна для рабочих; теперь не употребляется. Медный купорос вредно действует на металлические части, обладает слабыми антисептическими свойствами. Хлористый цинк обладает слабыми антисептическими свойствами. Фтористый натрий - прекрасный антисептик, особенно в виде комбинированных антисептиков. В виду наличия богатых месторождений фтористых материалов в Туркестане и Забайкальской области этот антисептик должен получить у нас большое распространение. Креозот - наилучший антисептик для консервирования дерева. Водою из древесины не выщелачивается и не действует вредно на металлические части. Комбинированные антисептики дают прекрасные результаты (4,5 кг смеси фтористого натрия достаточно на 1 м3 дерева). Прекрасные результаты дают и эмульсии.

При выборе антисептика наилучшим решением можно считать такое, при котором срок службы шпалы, зависящий от степени ее загнивания, был бы одинаков со сроком, зависящим от механического износа, т. е., другими словами, следовало бы выбрать такой антисептик, который сделал бы шпалу способной прослужить как раз столько лет, через сколько она будет изъята из пути вследствие механического износа. Так, у нас до реконструкции нашего пути при очень быстром механическом износе шпал (примерно около 10 лет) выбор падал на дешевый антисептик - хлористый цинк, при пропитке которым срок службы шпалы  в зависимости от гниения также доходил лет до 8 или 10. В настоящее время, когда по плану реконструкции нашего пути предположено предохранять шпалы от указанного выше быстрого механического износа путем увеличения площади подкладок под рельсом и другими способами, вводится пропитка креозотом. Срок службы сосновой шпалы, пропитанной креозотом, равен 15—20 лет, пропитанной хлористым цинком - около 10 лет и не пропитанной - около 5 лет.

Наиболее распространен способ пропитки путем нагнетания антисептика под давлением. Пропитка происходит в пропиточных цилиндрах из железа или стали, рассчитанных на давление в 8 atm. Размеры цилиндров рассчитаны на помещение в них 6 или 4 вагонеток; на вагонетку помещается 40 шпал. Сам процесс пропитки происходит или по способу полного поглощения или по способу ограниченного поглощения. Способ полного поглощения заключается в том, что после загрузки цилиндра вагонетками со шпалами крышка цилиндра герметически закрывается и в цилиндре держится вакуум не менее 15 мин. для постепенного высасывания воздуха из древесины. После этого цилиндр наполняют антисептическим раствором. Затем происходит нагнетание раствора под давлением около 8 atm в течение не менее 30 мин. В виду неэкономичности способа полного поглощения в настоящее время получил широкое распространение (как в Европе, так и в Америке) способ Рюпинга - способ ограниченного поглощения, при котором тонким слоем антисептика обмазываются лишь стенки клеток древесины и не заполняются пустоты в древесине, что имеет место при полном поглощении. Процесс пропитки: сначала в герметически закрытый цилиндр со шпалами нагнетают воздух под давлением до 4 atm; такое давление поддерживается около 10 мин.; затем цилиндр наполняют нагретым раствором (креозотом до 95°С); после этого раствор (креозот) нагнетают в шпалы под давлением 5—8 atm  в течение 30 мин., далее креозот удаляют, и в цилиндре производится разрежение до 65 см рт. ст. Вакуум поддерживают в течение 15 мин. К концу третьей операции воздух находится в сжатом состоянии и количество раствора в шпале 14—18 кг. Во время четвертой операции сжатый воздух выталкивает часть раствора (креозота) обратно и при этом смазывает раствором стенки клеток. Остается в шпале раствора около 7 кг. Помимо предохранения шпалы от гниения необходимо предохранить ее от механического износа. Сюда относятся все те мероприятия, которые направлены к тому, чтобы защитить шпалу от повреждения ее в тех местах, где она соприкасается с рельсом, или в тех местах, куда забиваются костыли (или шурупы), а именно укладка подкладок, увеличение размеров этих подкладок, более прочное соединение подкладок со шпалой, просверливание дыр перед забивкой костылей, применение всякого рода втулок.

С технической точки зрения древесная шпала бесспорно является наилучшей, что объясняется гл. обр. тем, что она отличается большой упругостью, благодаря которой путь не дает жестких ударов, присущих например пути на металлических шпалах; затем деревянная шпала отличается устойчивостью (благодаря глубокому положению опорной поверхности), удобной подбивкой и дешевизной. В СССР металлические шпалы совсем не употребляются. На фиг. 3 дана металлическая шпала, употребляемая в Германии, и на фиг. 4 - шпала конструкции Шейбе (Германия).

Металлическая шпала, употребляемая в Германии, и на фиг. 4 - шпала конструкции Шейбе

Шпала эта полая, с нижним продольным прорезом и клинообразной нижней поверхностью. Внутренность ее заполняется щебнем. Благодаря нижнему прорезу поперечина эластична, смягчает удары подвижного состава. Несмотря, однако, на все достоинства указанной шпалы, даже по мнению изобретателя Шейбе, она никогда не вытеснит деревянной шпалы. Срок службы металлической шпалы 20—25 лет. Кроме указанных за границей имеют некоторое распространение железобетонные шпалы. В СССР железобетонные шпалы уложены лишь в виде опыта. Шпалы состоит из металлического каркаса, втопленного в бетон. Поперечное сечение обычно имеет форму трапеции. Иногда сечение меняется по длине шпалы. К достоинствам железобетонных шпал надо отнести: возможность придать ей любую форму и большую устойчивость благодаря ее большому весу (150 кг), к недостаткам - возможность растрескивания под влиянием динамических ударов колес подвижного состава. Длина шпал разных типов - 2,50 и 2,10 м; размеры поперечного сечения шпарутки (в см) устанавливаются согласно фиг. 2. Древесина шпал должна быть здоровая. Шпалы, изготовляемые из тонкомерных тюлек (диаметром 23—31 см), как правило д. б. с неотесанными и с неопилеными боковыми сторонами. При изготовлении шпал из тюлек более указанного диаметра допускается опиловка или отеска боковых сторон, причем в этом случае у чистообрезных шпал (прямоугольной формы) д. б. сохранены размеры нижней постели и толщины, а у шпал, заготовленных с обливинами, кроме того и размер верхней постели. Распиловка д. б. правильная, отеска - гладкая и ровная, постели д. б. параллельны. Шпалы должны быть очищены от коры и луба и торцованы. Сучки д. б. обрезаны или обрублены в уровень с поверхностью шпалы. Не допускается заделка пороков с помощью вкладышей и пробок, а также зачистка гнили.

Шпалы д. б. рассортированы по породам и по типам и для хранения д. б. выложены на сухих возвышенных местах, очищенных от щепы, строительного мусора и травы летом, а зимой - очищенных от снега до земли. Шпалы должны быть сложены в клетки или штабели на подкладках из окоренной здоровой древесины толщиной не менее 15 см, с прокладками между рядами и с промежутками в рядах между отдельными шпалами не менее 5 см. Промежутки между штабелями д. б. не менее 1 м с разрывом в 4 м через каждые 5 штабелей. Учет шпал производится поштучно.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 26 - 1934 г.

Шпалы и рельсы

Шпалы и рельсы

Шпалы и рельсы