Рельсы стальные или чугунные
Обновлено: 08.05.2024
Первые колейные дороги - предшественники железнодорожных путей - появились еще в Древнем мире. В Древнем Египте, Греции и Риме для перемещения тяжелых грузов строили специальные каменные дороги с колеями для колёс повозок.
А в 16 веке на рудниках и в угольных шахтах появились первые рельсы, сделанные из дерева. Они представляли собой деревянные брусья-лежни и позволяли лошади везти груз в 4 раза больше, чем по обыкновенной грунтовой дороге. Однако они быстро изнашивались, и их стали укреплять железными или чугунными полосами.
В 18 веке появились чугунные рельсы. Одна из первых чугунных дорог длиной около 160 метров была построена на Александровском заводе в Петрозаводске. Движение по ней было в 12 раз легче, чем по обыкновенным грунтовым дорогам.
Следующей ступенью эволюции железнодорожных путей стало изобретение выпуклых рельсов с эллиптической формой катания, введённых горным инженером Петром Фроловым, сыном знаменитого российского гидротехника Козьмы Фролова. Колёса имели жёлоб, соответствующий форме головки рельса. Эти рельсы стали прообразом современного железнодорожного рельса. Скорости первых локомотивов на таких путях могли превышать 50 км/ч, что резко увеличило нагрузки на полотно.
Первоначально рельсы были чугунные, но постепенно их стали вытеснять стальные. И по сей день во всем мире используются только рельсы из стали, металл которых содержит (помимо углерода) кремний, марганец и другие добавки, улучшающие их качество.
Первая в мире железная дорога со всеми ее основными элементами - насыпями, выемками, виадуком, мостом через реку - была также создана Петром Фроловым. Она была построена на Змеиногорском руднике Колывано-Воскресенских заводов на Алтае.
В 1837 году была построена железная дорога Петербург-Царское село протяжённостью 27 км. Ширина колеи этой дороги составляла 1829 мм.
Следующим гигантским шагом в развитии железных дорог в России стало появление линии Петербург-Москва в 1851 году. На ней впервые были применены широкоподошвенные рельсы, изготовленные на Людиновском заводе. Ширина колеи по настоянию инженера Павла Мельникова составила 5 футов – 1524 мм. Впоследствии выбор этого размера сыграл большую роль в российской истории - подробнее можно прочитать в статье Алексея Вульфова на нашем сайте.
Уже в 1913 году протяжённость железнодорожной сети превышала 70 тысяч километров. В пути лежали рельсы лёгких типов. К 1940 году грузооборот железных дорог увеличился еще в 5 раз. Существенная часть путей была разрушена во время Великой Отечественной войны, а впоследствии восстановлена.
Конструкции верхнего строения пути постоянно совершенствовались: на главных советских маршрутах укладывался бесстыковый путь рельсами типов Р65 и Р75, на грузонапряженных линиях применялись закаленные и легированные рельсы, совершенствовались промежуточные скрепления.
В конце 80 годов прошлого века длина сети железных дорог составляла примерно 145 тысяч км.
Профиль рельса поменялся мало, но зато заметно увеличился вес - с 20-22 до 75-77 кг/м. Для широкой колеи в Западной Европе в настоящее время применяют рельсы массой 54-60 кг/м в Западной Европе, 65-75 кг/м в СНГ, 66-70 кг/м в США, Канаде и Австралии. Более тяжёлый рельс распределяет давление колёс на большее число шпал, что замедляет их износ, уменьшает истирание и измельчение частиц балласта.
В некоторых странах на малодеятельных и станционных путях все ещё применяются легкие рельсы массой 33-44 кг/м. Такие же рельсы используются на узкоколейных дорогах.
Вместе с рельсами менялись и шпалы - сначала они были деревянными, потом их стали пропитывать антисептиком для значительного увеличения срока службы, а с 1950 года в мире стали широко применяться железобетонные шпалы.
Соединения рельсов со шпалами изначально осуществлялось костылями и шурупами, позже стали использоваться скрепления пружинного типа, обеспечивающие упругое соединение подошвы рельса с основанием.
Существует несколько видов рельсов - широкой и узкой колеи, рудничные, крановые, рамные, контррельсовые, остряковые, трамвайные, усовиковые. Они отличаются целой серией характеристик - массой, категорией качества, способом выплавки и противофлокенной обработки, видом исходных заготовок и т.п.
Почему в России не сваривают рельсы, а за границей сваривают?
В России перепады температуры гораздо больше, чем в Европе. Если их сварить, также как в Европе, зимой все рельсы полопаются, а летом изогнутся и вылезут. Поэтому их просто укладывают рядом друг с другом с установленными ГОСТ'ом зазорами.
В "РЖД" постоянно стремится увеличить скорость движения поездов, что сокращает сроки доставки грузов и соответственно увеличить грузооборот. Для этого должны быть выполнены требования:
- Тяжелый балласт (щебень).
- Железобетонные шпалы.
- Бесстыковой путь.
Почти весь "главный" ход имеет бесстыковой путь даже в Сибири.
Для предотвращения расширения железа и выброса пути летом и сжатия и разрыва рельс зимой, в определенном порядке устанавливаются "температурные" рельсы. Летом короче, а зимой длиньше. Все рельсы свариваются между собой от одной станции до другой. Где ещё не прошла реконструкция и деревянные шпалы, там уложены рельсы обычной длинны 25 метров. Участки примыкания путей необщего пользования или малодеятельные участки "РЖД бесстыковой путь не укладывают.
Рельсы на сваривают от станции до станции, их сваривают в отрезки от 800 до 1000 метров, так как существуют блок участки различной длины, на границах которых на мачтах установлены путевые светофоры, что позволяет на одном перегоне находится двум и более поездам одновременно, на некотором расстоянии друг от друга. — более года назад
Рельсы между собой сплошняком, не сваривают нигде, ни в Российской Федерации ни за границей. По тому, что зимой такие бесстыковочные рельсы будет рвать в морозы, а летом их будет выгибать в верх, от теплового расширения рельса. Это касается даже стран с мягким климатом, в которых, разница в температуре летом и зимой, не превышает 10 градусов. А в России, есть места, в которых перепад температуры днем по отношению к ночи, превышает 20 градусов.
В СССР, раньше укладывали чугунные рельсы длиной 25 метров. И при интенсивной эксплуатации железнодорожной ветки, служили такие рельсы 5-7 лет. В Японии начали изготавливать стальные рельсы, которые укладывались на бетонные шпалы не просто через башмак, а ещё и через резиновый амортизатор. И служили такие рельсы 15-20 лет.
После начала применения в СССР железобетонных шпал и выпуска стальных рельсов, рельсы начали сваривать кусками уже по 50 метров. В экономически развитых странах, уже укладывают рельсы кусками по 75 метров, но технологический зазор между кусками рельса все равно есть. Без него обойтись просто невозможно.
Хотя многие наши сограждане, побывав за границей и проехав там по железной дороге, не услышали характерного звука колес. По этому, они решили, что за границей весь рельсовый путь является сварным. Но это не так.
Все дело в том, что в СССР и в современной России, рельсовый стык делается по несколько иным принципам, чем в Европе и Японии.
Вот так выглядит рельсовый стык на железной дороге в России.
И когда колесная пара переезжает с одного отрезка рельса на другой, мы слышим характерный стук колес. По тому, что идеально подогнать высоту рельсов в стыке просто невозможно, хотя к этому стремятся.
А вот так выглядит технологический зазор рельсов в Европе и в Японии.
По этому, когда поезд проезжает такой стык, не слышно никакого стука колес. Вот пассажиры и думают, что в Европе, все рельсы сварены между собой. В России, такие стыки применяют пока только на стрелочных переходах, на на отдельных скоростных участках железных дорог. По тому, что такой способ значительно дороже обходится при строительстве дороги.
История развития железнодорожного пути. Рельсы и их значение
Первоначально колейные дороги появились на разработках камня, в рудниках и угольных шахтах. Первые упоминания о них относятся к середине XVI в. Так называемые рельсы представляли собой деревянные брусья – лежни. По такому колейному пути лошадь могла везти груз в 4 раза больший, чем по обыкновенной грунтовой дороге. Однако деревянные лежни быстро изнашивались, повозки сходили с пути. Чтобы уменьшить износ деревянных лежней, их стали укреплять железными или чугунными полосами. Для предотвращения сходов повозок с пути на лежнях стали делать закраины.
Чугунные рельсы появились в XVIII в. Одна из первых чугунных дорог длиной около 160 м была построена на Александровском заводе в Петрозаводске (Онежский завод) в 1788 г. под руководством А.С.Ярцева. Ширина колеи была около 0,8 м, рельс – уголковым. Движение по этому пути было в 12 раз легче, чем по обыкновенным грунтовым дорогам.
В процессе эксплуатации железных дорог поверхность рельсов засорялась и оказывала большое сопротивление качению. Эта причина, видимо, привела к появлению выпуклых рельсов с эллиптической формой поверхности катания, введенных горным инженером П.К. Фроловым. Колеса имели желоб, соответствующий форме головки рельса. Этот рельс явился прообразом современного железнодорожного рельса. С появлением паровозов резко повысились нагрузки от колес, а скорости (уже у первых локомотивов) достигали 50 км/ч и более. Учитывая высокие динамические нагрузки от колес подвижного состава и необходимость работы на изгиб, все варианты рельсов в той или иной степени по профилю приближались к форме двутавровой балки. Распространение получили две конструкции рельсов — двухголовый и широкоподошвенный. При создании двухголового рельса его авторы полагали, что после износа одной головки рельс можно будет перевернуть и использовать другую его сторону. Однако эта идея не оправдалась, так как износ верхней головки от воздействия колес подвижного состава сопровождался износом его нижней части. Первые рельсы изготавливались в основном из чугуна. Было установлено, что стальные рельсы изнашиваются меньше и равномернее, чем чугунные. В настоящее время во всех странах применяют только стальные рельсы, металл которых (кроме углерода) содержит кремний, марганец и другие добавки, повышающие его качество. Широкое распространение получили термически упрочненные рельсы, твердость материала которых повышена с 290-300 до 360-380 единиц по Бринеллю, что в 2 – 3 раза повышает их износоустойчивость.
П.К.Фроловым на Змеиногорском руднике Колывано-Воскресенских заводов на Алтае была построена первая в мире железная дорога со всеми ее основными элементами: дорога имела насыпи, выемки, виадук, мост через реку Корбалиху на 20 каменных столбах высотой до 11 м. Уклон линии не превышал 14%о По этой дороге одна лошадь могла везти груз в 25 раз больший, чем по грунтовой дороге.
В 1837 г. была построена железная дорога Петербург – Царское Село (г. Пушкин) протяженностью 27 км. Эта дорога не имела практического значения и послужила только как опыт для будущего строительства. Почти все полотно дороги было расположено на насыпи. На дороге было сооружено 42 деревянных небольших моста пролетами по 2 – 3 м. Мост через Обводный канал был длиной 25,6 м. Рельсы были двухголовые, укреплялись с помощью клиньев в чугунных подушках, которые прикреплялись к шпалам длиной 3 м нагелями. Длина рельсов была различной – от 3,7 до 6,9 м. Балласт состоял из слоя булыжника и слоя щебня общей толщиной 45– 50 см. Наибольший уклон на дороге был 2%о. Ширина колеи первоначально была 6 футов (1829 мм).
Большим шагом вперед в развитии железнодорожного дела, в том числе и железнодорожного пути, явилось строительство в 1842–1851 гг. линии Петербург – Москва протяженностью 651 км. На линии впервые были применены широкоподошвенные рельсы, изготовленные на Людиновском заводе, массой 29 кг (линейная плотность 29 кг/м), длиной 5,486 м и высотой 89 мм; балластный слой имел толщину 0,5 м на насыпях и 0,8 м в выемках и состоял из двух слоев: верхнего – из гранитного щебня толщиной 18 см и нижнего – песчаного или гравийного. В процессе строительства подрядчики стали применять только песчаный балласт. Ширина колеи по настоянию П.П.Мельникова и других русских инженеров была установлена 5 футов (1524 мм). Мельников подчеркивал, что в пользу господствующей за рубежом колеи шириной 1435 мм «нет никаких убедительных доводов», колея в 1829 мм приведет к бесполезному перерасходу материалов, а грузоподъемность вагонов не повысится.
Одновременно с развитием железнодорожного строительства развивалась и наука о железнодорожном пути. Инженер П.П.Мельников в 1835 г. предложил формулу для расчета рельсов с учетом влияния подвижной нагрузки. Воздействия подвижного состава на путь были исследованы профессором К.Ю.Цеглинским в 1903 г. в труде «Железнодорожный путь в кривых». Большой вклад в расчеты пути на прочность внес академик Н.П.Петров. Отечественные специалисты вели большие работы по совершенствованию науки о железнодорожном пути, но в условиях царской России многие их начинания не находили должной поддержки. Поэтому, железнодорожный транспорт в царской России был технически развит слабо.
В 1913 г. протяженность сети железных дорог составляла 71,7 тыс. км. Размещены они были крайне неравномерно. Основная часть сети (83%) находилась в европейской части страны. В пути лежали рельсы легких типов массой (1 м) 30 кг, непропитанные шпалы, песчаный балласт. Было решено усилить верхнее строение пути, в том числе начать внедрение щебеночного балласта. В период до Великой Отечественной войны был построен ряд важных железнодорожных линий, в том числе Туркестано-Сибирская магистраль (1452 км). Грузооборот железных дорог в 1940 г. превысил уровень 1913 г. в 5,4 раза.
Поступательное развитие железнодорожного транспорта было прервано в 1941 г. В годы Великой Отечественной войны железнодорожный транспорт, имея необходимое техническое оснащение и квалифицированные кадры, успешно обеспечивал основные потребности в перевозках, как фронта, так и тыла. В ходе войны и в период первой послевоенной пятилетки были выполнены большие работы по восстановлению железнодорожного транспорта. Было восстановлено 85 тыс. км главных путей, большое количество мостов, станций, линий связи и других сооружений.
В послевоенные годы наряду со строительством новых железнодорожных линий проводились большие работы по усилению пути. Начали прокатываться на отечественных заводах и укладываться в путь рельсы тяжелых типов (Р65), внедрялись железобетонные шпалы, бесстыковой путь.
Протяженность железных дорог СССР составляла около 12% протяженности железнодорожных линий мира. Они выполняли более половины грузооборота всех железных дорог, а внутри страны перевозили более 70% грузов.
Грузонапряженность железных дорог СССР не имела себе равных в мире. Средняя грузонапряженность более чем в 5 раз превышала грузонапряженность дорог США, около 6 раз – ФРГ и Франции, в 15 раз – Англии. Ежегодно на развитие материально-технической базы железнодорожного транспорта в СССР выделялось 4-5 млрд. руб.
Для обеспечения повышения скоростей движения поездов и увеличения осевых нагрузок подвижного состава усиливались и совершенствовались конструкция верхнего строения пути. На важнейших магистралях страны укладывался бесстыковой путь рельсами типов Р65 и Р75 на железобетонных шпалах; на грузонапряженных линиях применялись закаленные и легированные рельсы; на отдельных участках железнодорожный путь укладывался на железобетонные плиты или блочные железобетонные основания; совершенствовались промежуточные скрепления.
В конце 80-х годов в СССР эксплуатационная длина сети железных дорог составляла около 145 тыс. км. В сеть железных дорог входило 32 дороги, 185 отделений железных дорог, свыше 11000 железнодорожных станций.
Профиль рельса за последние 140 лет изменился мало, зато его масса увеличилась с 20 — 24 до 75 — 77 кг/м. Для дорог широкой колеи наиболее часто применяют рельсы массой: 54 — 60 кг/м в Западной Европе, 65 — 75 кг/м в СНГ, 66 — 70 кг/м в США, Канаде, Австралии. На скоростных линиях повсеместно используют рельсы не легче 60 кг/м. Однако в странах Европы и США, а также в других странах на малодеятельных и станционных путях еще имеются легкие рельсы массой 33 — 44 кг/м. Такие рельсы широко применяют на узкоколейных дорогах. Различные варианты соединения рельсов со шпалами с помощью костылей или шурупов существовали с момента постройки первых железных дорог. Новым за последние 50 — 60 лет является переход к промежуточным скреплениям пружинного типа, обеспечивающим упругое соединение подошвы рельса с основанием. Деревянные шпалы мало изменили свою форму за последние 140 лет. Однако на большинстве первых железных дорог укладывали непропитанные шпалы, древесина которых выходила из строя через 8 — 12 лет. Следует отметить, что уже при строительстве дороги С.-Петербург – Москва шпалы пропитывали под давлением. В настоящее время на всех дорогах мира в путь укладываются деревянные шпалы, пропитанные антисептиком, что повышает срок их службы не менее чем в 2 раза.
Железобетонные шпалы получили широкое применение в Европе и Азии в основном после 1950 г. Срок службы железобетонных шпал достигает 50 — 60 лет. В странах СНГ бесстыковой путь укладывают только на железобетонных шпалах с использованием упругих резиновых прокладок-амортизаторов в подрельсовых сечениях.
Для усиления подрельсового основания все шире проводятся эксперименты с применением рамных, блочных, а также монолитных железобетонных конструкций. Одной из типовых конструкций на мостах, эстакадах и тоннелях является плитное подрельсовое основание.
Песок, гравий, щебень, как и 140 лет назад, являются типовыми составляющими балластной призмы. Следует отметить, что еще на дороге Санкт-Петербург – Москва устраивали двухслойную песчаную призму, основную часть которой покрывали слоем щебня толщиной до 18 см. Качественно новым решением, которое еще находится на стадии эксплуатационных испытаний, является монолитное скрепление балластной призмы латексами и другими вяжущими составами, что в 2 — 4 раза может повысить несущую способность подрельсового основания.
Железная дорога
Тяжёлые грузы трудно везти по неровностям дорог — слишком велика сила трения. Простой и дешёвый способ выровнять и укрепить путь нашли ещё древние египтяне, перемещая каменные блоки для пирамид по деревянным рельсам. Спустя тысячелетия деревянные рельсовые дороги появились на шахтах Германии и Англии, став прообразом железных дорог. Трение о гладкие рельсы было значительно меньше, чем о дорогу, колёса катились легче, и требовалось меньше усилий на перевозку грузов. Рельсы служили ещё и направляющими, не давая гружёным повозкам сойти с пути.
Рельсы в шахтах
В горнодобывающих районах Германии и Англии деревянные рельсовые дороги возникли ещё в XVI в. По ним из шахт на поверхность в открытых тележках — вагонетках — везли руду или уголь. Рельсовую дорогу строили так: на равном расстоянии друг от друга перпендикулярно ходу движения укладывали короткие брусья — шпалы — и укрепляли их костылями. К шпалам прибивали длинные брусья с пазами под шпалы — рельсы.
Шпалы не давали рельсам расползаться в стороны и проседать в грунт под тяжестью вагонеток. Рельсы отстояли друг от друга по ширине размаха колёс вагонеток, а колёса снабжали ребордами — гребнями, удерживавшими их на рельсах. На подъём вагонетку толкали рабочие, а обратно в шахту по уклону она катились сама. Так был выработан основной принцип железнодорожного хода — сочетание выступающих по высоте рельсов, выполняющих несущую и направляющую функции, с колёсами, снабженными ребордами на внутренней стороне обода.
Деревянные дороги
Первый выход рельсовой дороги на поверхность был сделан в Англии в 1603 г., когда в графстве Ноттингемшир был построен 3-километровый деревянный рельсовый путь для доставки угля из шахты Стрелли к посёлку Уоллатон. По «Уоллатонской вагонной дороге» вагонетки с углём тянули лошади.
В России первую деревянную рельсовую дорогу сконструировал механик Козьма Дмитриевич Фролов в 1755 г. для Колывано-Воскресенских металлургических заводов на Алтае. Фролов первым в мире применил канатную тягу для передвижения вагонеток. Вагонетку зажимами прикрепляли к ведущему тросу и тянули, наматывая трос на шкив, вращаемый лошадью или водяным колесом.
«Чугунка»
Настоящая железная дорога появилась в 1740 г., когда английский инженер Ричард Рейнольдс отлил для рудничных дорог первые чугунные рельсы — длинные плиты с углублениями для колёс вагонеток. В 1767 г. в шахтах Колбрукдэйла Рейнольдс впервые применил стальные рельсы-желоба, в сечении напоминающие букву U. Рельсы стык в стык крепились к деревянным брусьям, формируя дорожное полотно нужной длины. Но желоба засорялись, и колёса в них застревали, поэтому развитие получили выступающие — тавровые рельсы.
В России первая железная дорога — «Чугунный колесопровод» — появилась в 1788 г. в Петрозаводске на Александровском литейном заводе. По ней рабочие толкали вагонетки с тяжёлыми пушечными заготовками из доменного цеха в сверлильный. И рельсы, и шпалы этой дороги были отлиты из чугуна. Рельсы были уголковыми — уголок удерживал реборды чугунных колёс вагонеток. Грибовидные рельсы придумал В. Джессоп, а современный стандарт двутавровых (тавр — Т-образный профиль) грибовидных рельсов ввёл английский изобретатель Джордж Стефенсон в 1830 г.
Фрагменты цельнолитой железной дороги «Чугунного колесопровода» Александровского литейного завода. 1788 г.
Развитие идеи
Первая пассажирская чугунная дорога появилась в 1801 г. в Англии, соединив города Уондсворт и Кройдон в графстве Суррей. Вагончик с пассажирами по ней тянули лошади. В 1828 г. в г. Балтимор (США) открылась первая конка (конно — железная городская дорога) — новый вид общественного транспорта, предшественник трамвая. В России конки появились в 1860 — 1870 гг. в Петербурге, Москве и Казани. Первые конки двигались по деревянным рельсам, оббитым железом. Революцией в развитии железных дорог стало изобретение в 1804 г. паровоза — лучшего вида транспорта для передвижения по железным дорогам.
С освоением паровозного транспорта началось бурное железнодорожное строительство по всему миру. Отцом железных дорог считают англичанина Дж. Стефенсона. По его инициативе в 1825 г. была открыта железная дорога длиной 40 км из промышленного города Дарлингтона в портовый Стоктон. Для этой дороги по проекту Стефенсона было построено 63 моста и путепровода, двухкилометровый тоннель в горе и высокая насыпь через болотистую местность. По этой первой в мире общедоступной железной дороге передвигались и грузовые, и пассажирские составы на паровозной тяге. Стефенсон ввёл рельсовую колею шириной 1435 мм (стандартная ширина колеи во многих странах мира по сей день). Образцом железнодорожного строительства для быстроходных (до 19 км/ч) поездов стала построенная Стефенсоном в 1830 г. железная дорога Ливерпуль — Манчестер.
Рельсы для первых железных дорог делались из чугуна или из ковкого железа (с 1803 г.). Но чугун был слишком хрупок и трескался под большим давлением, а мягкое железо проседало. Лучшим материалом для рельсов была сталь. Стальные рельсы для дорог большой протяжённости получили распространение только после открытия в 1856 г. бессемеровского процесса, удешевившего производство стали. К 1880 г. повсеместно сложился стандартный вид двутавровых грибовидных стальных рельсов.
История рельса
Немецкий поэт Генрих Гейне писал о сооружении железных дорог как о событии, начинающем новый период всемирной истории: «поколебались даже основные понятия о времени и пространстве. Железные дороги убили пространство. »
Железнодорожный транспорт развивался в теснейшей связи с металлургией. С одной стороны, металлургия явилась той отраслью промышленности, которая первая во всем народном хозяйстве предъявила высокие требования к транспорту. С другой стороны, именно металлургия обеспечила новый вид транспорта необходимым материалом для путей и локомотивов.
Во второй половине XIX в. в период бурного развития железнодорожного строительства, рельсы были главным видом прокатной продукции. История рельса является также и историей одного из важнейших применений железа в технике.
Проблема парового транспорта привлекла особое внимание общества с начала XIX в. Однако рельсы появились намного раньше изобретения паровоза.
В горном деле еще в XVI в. на рудниках применяли примитивные деревянные рельсы, по которым двигались тележки с рудой. В период промышленного переворота в Англии происходило бурное развитие металлургии. Потребовался эффективный транспорт, который позволил бы ускорить передвижение массовых тяжелых грузов. Пионерами в этой области явились английские заводчики Дерби, владельцы Кольбрукдельских заводов.
Увеличение грузооборота на заводе, вызванное расширением производства, заставило Абрагама Дерби-сына искать способ улучшить транспорт. До этого грузы на завод доставлялись вьючным способом. Дерби применил деревянные рельсовые дороги, по которым доставляли руду и уголь к заводу. Одна тележка, влекомая тремя лошадьми, стала доставлять груз 20 вьючных лошадей. В 1767 г. Рейнольде, зять Дерби, заменил деревянные брусья чугунными пластинами с направляющей колеей для колес. По новым путям две лошади тащили уже 19 тележек с 15 центнерами груза.
На других заводах на деревянные брусья прикрепляли железные полосы, а позже - в 1776 г. железные угольники. Впервые они были уложены на угольных копях Шеффилда. Вертикальные полки уголков были обращены обычно внутрь пути, колеса же катились по внешним сторонам. Здесь впервые появилась колея шириной 1 524 мм, ныне принятая во многих странах.
Изобретатель Утрам сделал рельсы в виде чугунных пластин с ребром снизу, которое служило для укрепления пластины. Таким образом, рельсы были двойные, смонтированные вместе в виде плиты, длина их была 1 м. Такие чугунные рельсы получили распространение на рудниках и заводах для перевозки грузов.
В 1789 г. на угольных копях в Лоуберроу некто Джессон ввел и поныне существующий тип головчатого рельса с размерами: ширина подошвы 110 мм, головки 35 мм, длина 1.5 м. При таком рельсе реборды делались уже не на рельсе, а на колесах подвижного состава. Так появились раздельные рельсы. Вначале рельсы укладывали на продольные деревянные брусья и только позже перешли к поперечным подкладкам - шпалам.
Пионером рельсового транспорта в России явился горный инженер и изобретатель П.К.Фролов. В 1806 - 1810 гг. он построил Змеиногорскую конно-чугунную рельсовую дорогу протяженностью 2 км. На этой линии Фролов применил выемки, насыпи, виадуки, мосты и др. Даже в Англии в те времена преобладали рельсовые линии, приспособлявшиеся к рельефу местности - полотно этих дорог было буквально волнистым. Дорога Фролова была в пять раз дешевле английских железных дорог того времени.
Чугунные рельсы были хрупки и быстро изнашивались. Малая прочность чугунных рельсов послужила причиной неудач во время испытаний паровоза Треветика - первого в мире рельсового паровоза. Железнодорожный путь не выдерживал восьмитонной тяжести локомотива, происходили частые задержки из-за ломки рельсов. В конце концов этот паровоз был снят с пути и использован как паровая машина. И только через три года упорного труда над усовершенствованием паровоза и рельсового пути изобретатель построил в Лондоне первую в мире кольцевую дорогу (1808 г.). Любопытно отметить, что современники сравнивали первый паровоз с лошадью. В газетах того времени писали о паровозе Треветика: «Наиболее удивительная машина, которая когда-либо была изобретена, представляет собой паровую машину на четырех колесах, устроенную таким образом, что она свободно и без всякой посторонней помощи будет мчаться галопом по кругу со скоростью 15 - 20 миль в час. Она весит 8 т и на ближайших скачках в Нью-Маркете будет состязаться с тремя лошадьми в беге в течение 24 ч, дав старт одновременно с ними. »
Дальнейший технический прогресс в производстве рельсов выразился в замене чугуна железом. После изобретения процесса пудлингования в конце XVIII в. железо значительно подешевело и из него стали делать рельсы. Рельсы из сварочного железа впервые применил в Англии инженер Никсон в 1803 г. В 1820 г. в Англии уже прочно было освоено производство железных рельсов.
В 1828 г. англичанин Беркиншау сконструировал прокатный стан для прокатки рельсов. Первые прокатанные рельсы вначале были длиной 4.5 м, затем удлинились до 7.25 м. В то время всякие профили катали из пакетов пудлингового железа. В готовом рельсе насчитывалось чуть ли не 20 слоев железа. Дальнейшее увеличение длины рельса требовало сварки криц, из которых прокатывали рельсы. В 1857 г. в США сконструировали первый мощный трехвалковый прокатный стан для прокатки рельсов.
Следующим этапом в совершенствовании технологии производства рельсов было использование бессемеровской стали для их получения.
В 1865 г. начали применять прокатку стальных рельсов; они были значительно прочнее сварочных.
С этого времени прокатка рельсов стала главной областью обработки металлов давлением. Прокатные станы совершенствовались и могли прокатывать слитки весом 2 - 3 т. В начале XX в. прокатывалось в сутки более 1 000 рельсов общим весом 30 т.
Современные рельсы изготовляют длиной в 12.5 и 25 м. Различаются следующие типы рельсов: Р-43 (вес 43.6 кг на 1 пог. м), Р-50, Р-65 и др. Изготовляются они из прочной мартеновской и конвертерной специальной рельсовой стали. Для повышения их сопротивляемости износу они подвергаются термообработке.
Для повышения прочности и износостойкости железнодорожных рельсов ученые ЦНИИЧМ предложили прокатывать их из слитков, полученных на установке непрерывной разливки стали (УНРС). В этих слитках из-за высокой скорости кристаллизации обеспечивается высокая химическая и структурная однородность металла. По новой технологии поверхностные слои «головки» рельса формируются из внешней зоны заготовки, отличающейся высокой однородностью механических свойств. Такие железнодорожные рельсы получены в СССР впервые в мире. Во время испытаний по ним перевезено 380 млн. т груза вместо обычных 300 млн.
Читайте также: