Энциклопедия Брокгауза и Ефрона - рельсы

Р. (см. Железные дороги), по которым непосредственно движутся колеса железнодорожного поезда — разделяются, в зависимости от формы их поперечного сечения, на симметрические (или двухголовчатые, употребляемые преимущественно на английских железных дорогах), желобчатые (употребляемые для конных дорог) и пр. Наибольшее распространение получили — а в России употребляются исключительно — Р. с широкой пятой, или знакомый тип рельсов Виньоля. Р. этот состоит из пяты, шейки и головки.

Практика службы Р. на разных железных дорогах, а также теоретические исследования дали возможность выработать некоторые требования, которые определяют качество стали, употребляемой на выделку рельсовой стали, вес Р. в зависимости от тяжести передвигающихся по ним поездов и соотношение между главными размерами профиля Р. В прежнее время Р. прокатывались исключительно из сварочного железа, добытого пудлингованием. Для первых железных дорог в России Р. привозились из-за границы. Для водворения рельсового производства в России правительство принимало разные меры, причем применялись: запрещение строящимся железным дорогам употреблять Р. иностранного производства, высокие охранительные пошлины, правительственные заказы и выдача премий русским рельсопрокатным заводам. До 1893 г., когда выдача премий прекратилась, заводам уплачено было правительством, не считая заказов по повышенным ценам, одних премий свыше 23000000 руб. Первые железные Р. у нас изготовлены были в 1846 г. на заводе Гута-Банкова, затем рельсы стали выделываться на Уральских заводах (Нижне-Тагильском, Алапаевских, Камско-Воткинском), а вместе с возникновением металлургической промышленности на юге России и переходом к стальным Р. (в 1860—70 гг.) развилось сталерельсовое производство и на других заводах. В начале 1890-х гг. выделывалось около 10 млн. пудов, в настоящее время — свыше 20 млн. пудов Р. В России начали выделывать стальные Р. казенные Воткинские заводы, в 1867 г. Производство стальных Р., ныне почти исключительно применяемых, стало возможным, благодаря введению бессемеровского процесса приготовления стали. В настоящее время материалом для Р. служит бессемеровская и томасовская сталь, а также мартеновская. Усовершенствование этих процессов дало возможность выделывать сталь достаточно равномерную по составу и в таком большом количестве, что рельсопрокатные заводы, с производительностью в 4000—5000 Р. в неделю, не представляют ныне чего-либо чрезвычайного. Большие заводы, например — Круппа в Германии, Томсона в Англии, могут прокатывать до 1000—1700 Р. в сутки.

При начале введения стальных Р. относительно материала ставились большие требования; так, например, нередко предписывалось временное сопротивление на 75 кг на кв. мм, при твердости соответствующей пружинной стали. Р. из подобной стали действительно мало изнашиваются, но зато вследствие недостаточной вязкости они хрупче и чаще лопаются, особенно в сильные морозы. Подобную крепость и твердость обнаруживают лишь Р., в состав материала которых входит значительное количество углерода (0,4—0,5%), при содержании фосфора не более 0,08% и кремния не более 0,06%. Большинство металлургов Англии и Америки придерживаются этого состава. Европейские техники, предпочитая равномерность износа, зависящую от более равномерного состава стали и находящуюся в связи с этим большую прочность в пути, выделывают более мягкую сталь, приближающуюся по своему составу к литому железу. В этом материале углерода меньше и требуемая твердость достигается присутствием большого количества кремния и марганца. По русским правилам Р. изготовляются из стали с содержанием углерода не менее 0,4%, фосфора менее 0,1% и серы менее 0,1%. При этом разрывающее у силе на кв. мм (R) и относительное удлинение (i) должны удовлетворять условию, чтобы сумма разрывающего усилия, сложенного с удвоенным удлинением (R+2i), была не менее 82. Кроме того, разрывающее усилие не должно быть менее 65 кг на кв. мм, а относительное удлинение не менее 6%. Тип Р. определяется весом их на погонную единицу; на русских железных дорогах употребляются Р. весом от 18 до 24¹/2 фунтов в погонном футе. В настоящее время повсеместно замечается тенденция для перехода к более тяжелым Р., что обуславливается введением более сильных паровозов, передающих на Р. значительные давления (до 15 тонн и более на ось), и ускорением хода поездов, вызывающим усиленные напряжения в Р. Теоретически степень прочности Р. и величину проявляющегося в нем напряжения до последнего времени рассчитывали, исходя из определения момента внешних сил по формуле Винклера:

M = 0,1888Pl + 1/[1 — 0,888(PlC²/EJg)]

в которой P — нагрузка на колесо паровоза, l — расстояние между осями шпал, C — скорость поезда, E — коэффициент упругости стали, J — момент инерции Р., g — ускорение силы тяжести (все в метрических мерах). Винклер вывел эту формулу в предположении, что Р. представляет балку, покоящуюся на неупругих опорах. Но формула Винклера не дает верного представления о напряжениях, проявляющихся в Р., вследствие чего она может служить лишь для выяснения сравнительного достоинства отдельных профилей Р. В действительности Р. лежит на упругих опорах. Новейшие формулы Энгессера, Циммермана и Шведлера вводят этот элемент в определение напряжений в Р. Весьма теперь употребительное выражение момента внешних сил по Циммерману имеет вид: M = [(8γ+7)/(4γ+10)]×(Pl/4), где P и l имеют прежние значения, γ = B/D, В = (EJC)/a³, a D = φCbl', причем E и J относится к Р., а — расстояние между осями шпал, φ — коэффициент (от 0,89 до 0,90), b — ширина шпалы, l' — половина ее длины, C — коэффициент упругости балластного слоя, от которого и зависит величина осадки шпалы при проходе груза (податливость балласта — от 3 до 8, в зависимости от его качества).

На некоторых железных дорогах, за границей, делаются опыты над исключительно тяжелыми Р. (см. Голиаф). Вообще же введения Р. более тяжелых типов значительно повышает стоимость первоначального устройства железнодорожного пути. Поэтому при необходимости упрочить путь для возможности движения более тяжелых и скорых поездов стараются иногда раньше введения более тяжелого типа Р. достигнуть этого увеличением числа укладываемых под ними шпал, причем вследствие сближения опор уменьшается свободный пролет Р., на который действует давление колеса. Отношение высоты Р. к ширине пяты его, от которого зависит устойчивость Р., изменяется от 0,79 до 1 (на русских железных дорогах от 0,8 до 0,9, на американских преимущественно 1). В зависимости от этого, высота Р. на русских железных дорогах, для разных типов Р., изменяется от 119,55 мм (правительственный тип 22¹/2 фунта в погонном футе) до 127 мм (например, 24-фунтовый Р. Китайской-Восточной железной дороги), ширина пяты измеряется от 100 до 115 мм; толщина края подошвы около 8 мм, толщина шейки около 12 мм, ширина головки 53—62 мм, толщина ее 35—39 мм. Для приемки Р. установлены правилами нашего министерства путей сообщения пробы на изгиб — посредством нагрузки, и на излом — посредством удара. Для пробы изгибом, кусок P, длиной не менее 5 футов, положенный на двух опорах, взаимно удаленных на 3¹/2 фута, подвергается действию груза от 700 (для Р. весом 18 фунтов в погонном футе) до 1125 пудов (для 24¹/2-фунтового Р.), приложенного посредине между опорами. Окончательный постоянный прогиб под этим грузом не должен превосходить ³/4 мм. Вообще же, предельный безопасный груз для испытания на изгиб определяется формулой: A = (4RW)/l, где R — временное сопротивление рельсовой стали, W — момент сопротивления и l — пролет. Проба на излом посредством удара делается на основании формулы живого сопротивления:

Q²H/(Q + ¹⁷/35Q1) = ¹/3T(Jl/z0²)

где Q — вес бабы, Q1 — вес P., T — живое сопротивление незакаленной стали, j — момент инерции сечения Р., l — пролет, z0 — расстояние наиболее вытянутого волокна от нейтральной оси сечения и H — высота падения бабы. По русским правилам приемки Р. кусок Р. не менее 5 футов подвергается пробе при температуре не менее 12° по Реомюру. Такой кусок Р. располагается на опорах, как при описанной выше пробе на изгиб, и подвергается двум ударам бабы, весом 30 пудов, падающей с высоты от 6,75 футов (для Р. 18-фунтовых) до 8,75 футов (для Р. 24¹/2-фунтовых). При этом Р. может изгибаться, но не должен представлять никаких наружных признаков излома.

А. Таненбаум.

Рельсы (производство) — см. Сталь, Стальные изделия, Сталь фасонная, а также Вальцы прокатные.

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон

1890—1907