чем раньше обрабатывали шпалы на железной дороге
Чем обрабатывают шпалы?
Чем обрабатывают шпалы? Можно ли из обработанных шпал строить дом?
Деревянные шпалы обычно обрабатываются креозотом. Причём этот креозот не древесный, а каменноугольный. Жидкость довольно таки ядовитая и не выветриваемая. Согласен, что для предохранения дерева от гниения креозот идеально подходит, но вот строить дома и даже какие нибудь постройки из шпал, всё же не рекомендуется. Токсическое действие его подобно фенолам, а это довольно таки опасно и в конце концов может привести к возникновению рака. Так что стоит сильно подумать стоит ли, строя что либо из этого дешёвого материала, подвергать своё драгоценное здоровье риску.
Деревянные шпалы для железной дороги относительно дешевы по своей себестоимости производства, но в «чистом» виде у них слишком маленький ресурс службы, особенно в агрессивных условиях – повышенная влажность почв, вибрации, повышенное давление и т.п.
На качество железнодорожных шпал распространяется ГОСТ 78-2004. Согласно которому срок службы деревянных шпал должен быть увеличен посредством пропитки составами препятствующими воздействию влаги на волокна дерева.
Сегодня есть три основных состава для пропитки железнодорожных шпал.
Чем раньше обрабатывали шпалы на железной дороге
Пропитка шпал
С момента зарождения железных дорог принимали меры, чтобы предотвратить или замедлить загнивание шпал. Так, по смете Царскосельской дороги намечалось укладывать дважды осмоленные шпалы.
В полном объеме укладку антисептированных шпал предприняли при строительстве Московско-Нижегородской дороги, которая располагала примитивным заводом для пропитки бревен медным купоросом по способу Бушери. Последний основан на самотечном поступлении раствора через торец в бревно из резервуара, расположенного на высокой башне. Способ Бушери был малопроизводительным и неэкономичным уже потому, что при обрезке образовывались большие отходы пропитанной древесины. Тем не менее он применялся и Козловско-Воронежско-Ростовской дорогой, которая вела антисептирование шпал раствором хлористого цинка [33].
Стационарные заводы сооружали преимущественно иностранные фирмы. Однако отдельные заводы, например Жуковский Орловско-Витебской дороги, были построены русскими специалистами под руководством Б. К. Завадского. Оборудование передвижных заводов готовилось в Коломне и Брянске.
Русские инженеры прилагали немало усилий, чтобы найти способы более рационального использования на железных дорогах лесных богатств страны. Заботой об экономичном использовании леса проникнуты доклады В. И. Герценштейна [33], [34], работы Л. Ф. Шухтана [197], Б. Рутковского [147] и др. Несмотря на официальное ограничение пород леса по их пригодности для пропитки (сосна, ель и дуб), на ряде дорог проводили испытания шпал, изготовленных из дешевых лиственных пород. Так, на Закавказской дороге по инициативе А. Н. Пушечникова были уложены пропитанные грабовые и буковые шпалы. На ветви к рязанскому шпалолропиточному заводу вполне успешно испытывали пропитанные шпалы из осины.
Зная о недостатках водного антисептика и о преимуществах масляных, но не располагая антисептическими углеводородами типа креозота и ему подобных веществ (они отсутствовали в перечне продуктов отечественного производства), русские инженеры пытались найти подходящие заменители. Следует упомянуть об опытах пропитки шпал нефтью, которые еще в 70-е годы велись на Поти-Тифлисской дороге под руководством инженера В. И. Курдюмова. Эти опыты не дали вполне удовлетворительных результатов, хотя приемлемый режим пропитки все-таки и был найден, после чего поднимался вопрос об антисептировании дерева парами нефтяных углеводородов [34]. Некоторое время на русских дорогах применялась пиреновая жидкость, испытания которой были начаты инженером Кирпичниковым на станции Кинешма в 80-е годы.
Шпалы деревянные железнодорожные
В качестве опоры для рельсов различного назначения применяют изделия, называемые шпалами. Для их изготовления применяют следующие материалы: бетон, дерево, металл, современные синтетические материалы. Наиболее дешёвыми в производстве считаются деревянные шпалы. Они первыми применялись для прокладки железнодорожных путей. Деревянные шпалы обладают рядом преимуществ, которые позволяют использовать их достаточно широко. Их используют для крепления рельс на главных и второстепенных путях. Для производства применяют различные сорта древесины. От этого зависит технология производства и конечная стоимость. В настоящее время им на смену пришли шпалы железнодорожные из других материалов. Однако деревянные изделия по-прежнему применяются в различных сферах.
Классификация по типам
В современной стандартизации деревянные шпалы классифицируются по следующим признакам:
По первому признаку деревянные шпалы могут иметь дополнительный признак. К нему относятся так называемые глубоко наколотые брусы. На поверхности такая железнодорожная шпала имеет специальные насечки, которые способствуют более глубокому проникновению антисептической жидкости. По качеству деревянные шпалы выпускаются двух сортов. Изделия первого сорта применяются на наиболее важных участках дороги. Шпалы второй сорт устанавливают на второстепенных путях.
По третьему и четвёртому признаку деревянные шпалы делятся на типы. 1-ый тип используется для главных путей первого и второго класса. Их разрешается применять для путей третьего класса с грузонапряжённостью превышающей 50 млн. т×км брутто/км. Обычно это шпала пропитанная тип 1. 2 тип разрешён для установки на главные пути третьего и четвёртого класса, подъездных и сортировочных путей. Третий тип применяется для любых путей пятого класса.
Габаритные размеры и вес деревянных шпал ЖД
В принятом стандарте установлены геометрические размеры деревянной шпалы. Для всех типов установлена длина шпал равна 2750 мм. Разрешённый допуск составляет 20 мм. Вес деревянной шпалы будет зависеть от остальных размеров. Высота варьируется от 150 мм для первого типа до 105 мм для третьего. Ширина определяется по форме, конструкции.Эти параметры определяют назначение железнодорожной шпалы и условий её эксплуатации. Сколько весит ЖД вариант зависит от всех перечисленных параметров. После пропитки вес незначительно увеличивается. Вес одной шпалы зависит от её конструкции. Масса шпалы деревянной первого типа равна 85 кг. Она должна выдерживать самые большие нагрузки. Вес второго типа не превышает 80 кг. Размеры деревянных шпал в стандарте заданы с учётом состояния древесины. Влажность не должна превышать двадцать два процента. Поэтому размеры шпалы могут отличаться в одной партии, но в пределах допуска. Перед началом производства задают габариты будущих изделий. Особое внимание уделяется такому параметру толщина. Она должна быть постоянной по всей длине.
Размеры ЖД шпалы по ГОСТу
Геометрические характеристики (размеры шпал) и классификация приводится на основании требований установленных государственным стандартом. Например, ГОСТ 78-2004 шпалы деревянные для железных дорог широкой колеи, объединяет все характеристики, готовых изделий. Для специальных путей разработаны свои стандарты. ГОСТ 22830-77 шпалы деревянные для метрополитена уточняет отдельные параметры необходимые для их эксплуатации в этих специфических условиях. Каждый стандарт согласован с другими руководящими документами, согласованными с правилами эксплуатации различных путей. На деревянные шпалы ГОСТ накладывает определённые ограничения по области их применения. Особое внимание уделяется выбору покрытия, которое наносится на поверхность для улучшения их технических характеристик.
Шпалы разные нужны
В переводе с голландского «шпала» – «подпорка». Словарь Владимира Даля уточняет: «Поперечный лежень, подкладка, подушка». А в «Словаре русского языка» Сергея Ожегова говорится, что шпалы – это «массивные поперечные деревянные или железобетонные брусья, на которых укладываются рельсы». Современный «Словарь русского языка» дополняет: «Деревянный, металлический или железобетонный брус, укладываемый поперек железнодорожного полотна как опора для рельсов».
В России шпала появилась в 1834 году, когда отец и сын Черепановы испытали изобретенный ими паровоз на построенной для этой цели железнодорожной ветке. Затем были попытки укладывать шпалы на специальные каменные лежаки. А ровно сто лет назад, в 1903 году, на русских железных дорогах впервые были применены опытные железобетонные шпалы, которые имели сквозное цилиндрическое отверстие для облегчения их веса, а также для прикрепления к ним рельсов при помощи закладных болтов и клемм. Но широкого распространения эта конструкция не получила.
И все же такие «пустотелые» шпалы в небольшом количестве были уложены на Владикавказской, Екатерининской, Николаевской и других железных дорогах. Затем на смену им пришли шпалы с переменным сечением по длине, у которых были развитые подрельсовые блоки и относительно слабая средняя часть. В 1922 году на Южной железной дороге в эксплуатации их было около 6 тысяч штук. Но практически все они после непродолжительной эксплуатации были изъяты из пути.
Дальнейшие попытки применения железобетонных шпал с обычной, не напряженной арматурой оканчивались неудачей.
Главным недостатком всех железобетонных шпал была низкая трещиностойкость. Чтобы избавиться от него, была разработана конструкция из предварительно напряженного железобетона.
В то же время небезуспешными были попытки использования металлических шпал.
Впервые они были уложены на Мариупольском участке Донецкой железной дороги. А в 1912 году 135-километровый путь между станциями Гербы и Кельцы тоже «оделся» в металл.
Зато преуспела в использовании металлических шпал Германия. До 1939 года треть ее железных дорог была «подкована» ими. Немцы тщательно изучили все их преимущества. В частности, к металлическим шпалам надежно крепились рельсы, благодаря чему обеспечивалась высокая устойчивость пути. Это гарантировало безопасность движения поездов. Важно было и то, что вышедшие из строя шпалы сдавались в металлолом, и за них можно было получить фактически 40 процентов стоимости. Но и у них были недостатки. Укладка была сложнее и дороже, чем традиционных деревянных, затруднена их подбивка. К тому же в промышленных районах, где в воздухе немало химических примесей, они быстро ржавели. А при повышенных скоростях движения поездов создавали сильный и неприятный шум.
Но не только поэтому на отечественных железных дорогах отказались от них. Сказались экономические соображения. Вся металлургическая промышленность, учитывая протяженность наших дорог, работала бы только на выпуск рельсов и стальных шпал. Даже такой гигант черной металлургии, как Нижнетагильский металлургический комбинат, который ежегодно выдает на-гора 5,5 миллиона тонн продукции, не смог бы обеспечить потребности железнодорожной отрасли в шпалах.
Поэтому на наших дорогах до недавних пор преобладали деревянные шпалы, у которых много ценных качеств: упругость, большой коэффициент трения о балласт. Деревянную шпалу можно использовать для рельсов с различной шириной подошвы, а также при уширении колеи на кривых участках. А с началом электрификации железных дорог было по достоинству оценено еще одно ее важнейшее качество – сопротивление электрическому току. Это избавляло железнодорожников от лишней траты сил и средств на установку на шпалах специальной изоляции рельсовых цепей. К тому же сосновая шпала весит около 80 килограммов (железобетонная – 270), что облегчает ремонт пути.
Но, увы, был и остается у нее главный недостаток – недолговечность. Срок службы первых шпал – еловых – был всего 4 года. Вскоре их заменили сосновыми, а с 1886 года стали пропитывать хлористым цинком. И дело не только в том, что на их производство тратились немалые средства. Известно, что для изготовления шпал на один километр пути требуется вырубить практически два гектара леса, причем 80 – 100-летних сосен, которых становится все меньше.
Железнодорожникам приходится выслушивать справедливые замечания и от экологов. Шпалы, пропитанные креозотом, отравляют почву, а те, что отслужили свой век, зачастую не принимают на склады промышленных отходов. Совершенных технологий по их утилизации нет. По самым приблизительным подсчетам, на сети дорог их накопилось до 3 миллионов тонн.
Что же делать? Совсем отказаться от деревянных шпал? Это, как считают многие, пока нереально. Их эпоха еще не закончилась. И состояние пути долгие годы будет зависеть от их качества. Достаточно сказать, что на сегодняшний день 60 процентов колеи базируется на деревянных шпалах. Только к 2010 году их процент должен быть снижен до 40. Поэтому выход один – продлевать их жизнь. Во многих странах это делается успешно. Срок эксплуатации шпал, сделанных в Германии, например, фактически в два раза больше, чем сделанных в России. Почему же это не получается у нас?
Обратимся к технологии изготовления. В первую очередь важно добиться определенной влажности используемой древесины. Она должна быть не более 22 – 25 процентов. Но этого невозможно достичь, если от вырубки леса до пропитки шпал идет череда сплошных нарушений. Если за границей лес, предназначенный для изготовления шпал, рубят только в зимний период, так как древесина в это время имеет наименьшую влажность, то в России – круглый год. При этом доставляют ее на берега рек, чтобы сплавить плотами в порты, где перегружают на наземный транспорт для доставки на шпалопропиточные заводы. Процесс сушки должен длиться от шести месяцев до года, но зачастую не выдерживается. По сокращенной программе выполняется и пропитка. Допускаются и другие отклонения от технологии. В результате срок службы шпал вместо 15 – 17 лет сокращается до 11 – 13. Можно ли выйти из этого тупика?
Ученые ВНИИЖТа отвечают: да. Они убеждены, что увеличить срок эксплуатации деревянных шпал можно на треть, если лес рубить зимой, не сплавлять по озерам и рекам, а возродить узкоколейный транспорт, который будет доставлять древесину от мест вырубки до железнодорожной станции. И не страшно, что отказ от сплава приведет к некоторому удорожанию единицы продукции. Ведь за счет увеличения продолжительности эксплуатации шпал общая экономия составит 1,2 миллиарда рублей в год. Так что деревянные шпалы еще послужат. Они незаменимы при низких температурах.
Сегодня, когда железные дороги все дальше уходят на север, качеству пути должно быть придано особое значение. Именно на этом заострил внимание президент ОАО «РЖД» Геннадий Фадеев в ходе торжественного открытия участка Новый Уренгой – Коротчаево. Важно, говорил Геннадий Матвеевич, чтобы путь был надежным, чтобы заниматься им приходилось только в ходе сезонных работ.
Сибирские ученые разработали стратегию транспортной безопасности и транспортного освоения Сибири, предполагающую развитие здесь так называемой опорной железнодорожной сети. Речь идет о строительстве широтной полярной магистрали и меридиональных соединительных линий. Но можно ли будет здесь укладывать путь на железобетонном основании? Это еще предстоит выяснить. Ведь факты говорят о том, что железобетонные шпалы зачастую не выдерживают проверки холодом на Красноярской, Восточно-Сибирской и других магистралях. Здесь есть районы, где перепады температур в течение года достигают 100 и более градусов и вызывают очень большие внутренние напряжения в рельсовых плетях. Как быть?
Заведующий отделом конструкций железнодорожного пути комплексного отделения «Путь и путевое хозяйство» ВНИИЖТа Лев Крысанов считает, что будущее за железобетонными шпалами. Их преимущество перед деревянными неоспоримо. По цене они уже не дороже деревянных – в среднем одна стоит 350 рублей. Но стратегия, конечно же, определяется не только рублем. На первое место ставится безопасность движения поездов. И зачастую ЧП происходят по причине низкого качества пути.
Во многом проблему поможет решить бесстыковой, или, как еще говорят, «бархатный», путь на железобетонном основании. Только в прошлом году прирост такого пути составил 3 тысячи километров. В 2002 году на Вяземском, Кавказском, Лискинском заводах железобетонных шпал и других предприятиях было закуплено 9 миллионов штук.
Казалось бы, стратегия ясна. Еще в 1994 году в положении о системе ведения путевого хозяйства на железных дорогах РФ отмечалось, что на железобетонных шпалах должен быть бесстыковой путь, а звеньевой – на деревянных. Еще жестче эти требования отражены в положении от 2001 года, где, в частности, подчеркивалось: бесстыковой путь должен быть на железобетонных шпалах, а «применение звеньевого пути на деревянных шпалах согласовывается с Департаментом пути и сооружений МПС».
Взятого курса, несомненно, надо придерживаться. И все-таки многие специалисты считают, что рано списывать деревянную шпалу в запас. Этому учит и мировой опыт.
На железных дорогах Северной Америки до настоящего времени самыми распространенными остаются деревянные шпалы. Их доля в общем объеме шпал, используемых при ремонте пути и новом строительстве, превышает 90 процентов. И в ближайшей перспективе ожидается дальнейшее увеличение спроса на них. При этом ведутся разработки по совершенствованию конструкций комбинированных деревянных шпал, к которым относятся многослойные клееные шпалы и новые варианты слоистых шпал. Наряду с традиционными деревянными, железобетонными и стальными шпалами на железных дорогах Северной Америки расширяется применение пластиковых шпал, которые делаются из вторсырья, получаемого от переработки пластиковых бутылок (на одну шпалу требуется до тысячи бутылок). Ожидаемый срок службы этих шпал – 50 лет.
В странах Америки и Европы изготавливаются и композиционные шпалы – деревянные с пластиковым покрытием, синтетические. Спектр исследований широк. Синтетическая шпала была подвергнута стендовым испытаниям и после двух миллионов циклов нагружения сохранила свою работоспособность. Такие шпалы рекомендованы для укладки в кривых малого радиуса на грузонапряженных линиях.
Конечно, чужой опыт нельзя перенимать вслепую. Но почему бы не проверить, насколько он подходит для отечественных дорог? Ведь многие сотрудники института побывали в загранкомандировках, чтобы ознакомиться с передовыми технологиями. Так что же мешает использовать их, особенно сегодня, когда на НИОКР выделяется столько средств, сколько нужно?
Производство деревянных шпал
Деревянными шпалами называют укладываемые на балластный ВСП пласт опоры для рельсов. Именно за счет них сохраняется взаиморасположение рельсовых нитей. На них действует давление, которому подвергаются рельсы или промежуточные крепления. Шпалы передают это давление на основание.
Шпалы железнодорожные деревянные
Шпала – это брус крупного сечения. Она является элементом железнодорожного полотна, на которое крепится колея. Также она несет ответственность за постоянство ширины колеи. Деревянные шпалы – это наиболее популярный вид шпал. При стандартной нагрузке шпалы можно эксплуатировать на протяжении 15-25 лет, а при повышенных нагрузках от 10 до 12 лет.
Динамика рынка шпал медленно удаляется от деревянных шпал в направлении железобетонных. Тем не менее, и железобетонные шпалы нельзя назвать идеальным решением, потому что вследствие своей жесткости им необходима дополнительная прокладка, а это существенно увеличивает цену пути. А если не использовать прокладку, то колея придет в негодность очень быстро.
Деревянные шпалы бывают:
По способу распила:
Согласно предназначению:
Сырье первой категории применимо для создания основных путей. Шпалы с пропиткой можно изготовить из сосновых, еловых, кедровых, березовых или лиственничных лесоматериалов. Их применяют в качестве подкладки под рельсы во время выполнения строительных работ и ремонта железнодорожного полотна. Этот материал имеет четко установленные габариты, которые прописаны в ГОСТе. Толщина шпалы составляет 180 мм (180+5 мм), ширина верхней грани может быть больше 180 мм, а нижняя грань имеет сечение 250 мм (250+5 мм). Длина достигает 275+2 см, а уровень влажности не выше 22%.
Некоторые характеристики железнодорожных шпал 1-го типа:
Шпалы пропитанные второго типа используют для создания подъездных и станционных путей. Сорта лесоматериалов такие же, как и для шпал первой категории. Габариты устанавливаются ГОСТом: толщина составляет 160 мм (160+5 мм), ширина верхней грани – 150 мм, а нижняя грань имеет ширину 230 мм (230+5 мм). Такой материал имеет длину 275+2 см. Уровень влажности также не выше 22%.
Основные характеристики шпал 2-й категории из сосны:
Все главные нормативы и характеристики данного материала детально описаны в документе ГОСТ 78-2004 «Шпалы деревянные для дорог широкой колеи». Основные выдержки ГОСТа 78-2004:
Выход ложного ядра на боковые стороны допускается размером 2/3толщины шпалы
На остальных поверхностях допускается, мм, не более:
глубиной 20.
Допускается не более половины нормы простой кривизны
Допускается не более 20 мм по толщине и ширине шпалы
Производство шпал деревянных
Наиболее востребованным и самым доступным для изготовления шпал на сегодняшний день являются лесоматериалы.
Чаще всего шпалы пропитанные обрабатываются, двумя главными типами антисептических препаратов – водорастворимыми и на основе масла. Первый вид – это зачастую твердое соединение, которое нужно до определенной консистенции развести жидкостью. Антисептики на основе масла являются ни чем и иным, как продуктом сухой перегонки лесоматериалов и каменного угля. Они применяются в естественном виде, а также могут разбавляться другими маслянистыми жидкостями.
Перед покупкой этого материала нужно тщательно изучить сертификаты на предприятии, потому что от качества напрямую зависит длительность периода эксплуатации конечных изделий и эффективность реализации возложенных на них функций.
Составы, которые применяют для пропитки сырья.
Нормативы, регламентирующие железнодорожное строительство, предписывают применять для укладки путей шпалы деревянные, которые обязательно должны быть пропитаны антисептическими растворами. После осуществления пропитки шпалы ее стоимость увеличивается не существенно, а такие показатели, как долговечность и надёжность возрастают в разы. Сегодня на производствах чаще всего применяют автоклавный способ пропитки, потому что именно гарантирует проникновение раствора на необходимую глубину.
На протяжении длительного времени специалисты пользовались таким веществом, как креозот. Такое название носит каменноугольный масляный раствор. Креозот имеет в своем составе частицы фенола, которые ликвидируют микроорганизмы, губительно действующие на лесоматериалы. В то же время использование этого раствора повышает уровень горючести лесоматериалов. Такие шпалы имеют неприятный аромат, покраска такого сырья невозможна.
Шпалы деревянные пропитанные
Сегодня компании, которые занимаются производством и продажей шпал применяют более новые пропиточные растворы, представляющие меньшую опасность для окружающей среды. Наиболее популярными на сегодняшний день можно назвать «Элемсепт», «ЖТК» и «Уптан». Они не имеют резкого аромата и отличаются высоким уровнем проникновения в лесоматериалы.
Как происходит пропитка деревянной шпалы по методу «давление-давление-вакуум»:
В результате этого процесса шпала приобретает долговечность и прочность. Материал отталкивает жидкость и никогда не намокает, применяется на железнодорожных путях заводов.
Именно шпалы из дерева в больше степени удовлетворяют технико-экономическим нормативам, которые предъявляются к рельсовым опорам, и по этой причине они распространены на железных дорогах во всем мире.
К основным достоинствам деревянных пропитанных шпал можно отнести:
Главное достоинство деревянных шпал заключается в технологичности во время эксплуатации, в особенности в процессе замены шпал и реконструкции пути, потому что лесоматериалы очень упруги и отлично принимают нагрузку от подвижного состава, уменьшая создание просадок пути в местах стыковки. Также к плюсам этого материала относится реализация реконструкционных работ по регулировке пути по стандарту, на лесоматериалах не нужны дополнительные материалы для реконструкции. Крепление включает несколько составляющих – две подкладки и десять костылей.