Железная дорога
Изобретение относится к рельсовому пути железной дороги. Железная дорога состоит из верхнего и нижнего строений. Рельсы верхнего строения соединены с нижним строением связью с возможностью упругого сжатия верхнего строения и разгрузки связи от нагрузки подвижного состава. Техническим результатом является сохранение первоначально заданной нагрузки на верхнее и нижнее строения пути, что повышает долговечность дороги. 4 ил.
Железная дорога состоит из двух нитей последовательно соединенных рельс, установленных и закрепленных на рельсовых опорах, обычно шпал, с образованием колеи определенной ширины, уложенных на балласт с образованием верхнего строения пути и земляного полотна нижнего строения в виде насыпей, выемок с водоотводными устройствами, лежащего на основной площадке коренной породы земли.
От колес подвижного состава на рельсы действует основная вертикальная сила веса, которая по мере перераспределения на нижележащие элементы дороги равномерно рассредоточивается с уменьшением удельного давления порядка от 900 МПа в зоне контакта колеса и рельс до 0,08 МПа на земляное полотно, вызывая прямой и обратный изгиб рельс, шпал, деформацию балласта и земляного полотна.
После прохода колес подвижного состава нагрузка с рельс в зоне контакта снимается с необходимостью восстановления первоначального состояния железнодорожного пути, для чего служит балластный слой, элементы которого не обладают упругими свойствами, и упругая деформация восстановления осуществляется за счет взаимного смещения элементов балласта, уменьшаясь с течением времени и по мере загрязнения и разложения с оставлением остаточной деформации как в нем, так и в земляном полотне, при этом шпалы при отсутствии на рельсах колес подвижного состава опираются средней частью в зоне наименьшей остаточной деформации, а при движении подвижного состава меньшей грузоподъемности шпалы контактируют с частью опорной поверхности от максимально возможного из-за недостаточного их изгиба воздействием меньшим весом, а также неотцентрованным положением и т.д. и не обеспечивают устойчивого движения подвижного состава также вследствие упругости и в горизонтальной плоскости.
На верхнее строение пути также воздействуют атмосферные осадки, низкие температуры с последующей напрессовкой снега между подошвой рельса и подкладкой, шпалами и опорной поверхностью вследствие пустот остаточной деформации, пучения и просадок земляного полотна, балласта от попадания в них воды, а также пыли, грязи, что приводит к неисправности пути с необходимостью дополнительных затрат для его восстановления.
Кроме основной вертикальной силы верхнее строение воспринимает боковые силы от колес подвижного состава, продольные силы тяги и торможения, продольные сжимающие или растягивающие силы, вызываемые перепадом температуры и действующие по всей длине рельс с практическим сопротивлением этим силам рельсовыми путями в ограниченной зоне контакта колес силой трения при прижатии их к опорной поверхности под действием основной вертикальной силы, т.к. крепление рельс к шпалам ослабляется при изгибе рельс с прямолинейного на криволинейное, поступательном перемещении рельс при тепловом изменении длины, что не обеспечивает их устойчивого положения.
Обратный волнообразный изгиб рельсошпальной решетки перед движущимся колесом поднимает ее от опорной поверхности и ослабляет ее положение с возможным освобождением продольных сил с последующим искривлением пути и созданием аварийной ситуации, особенно на бесстыковом пути при тепловом напряжении рельс взаимодействием продольных сил под углом друг к другу в зоне изгиба.
Изменение параметров колеи под нагрузкой от колес по отношению к первоначальной, отрегулированных без нагрузки при ее свободном положении под действием только собственного веса, особенной при неисправности сплошного ряда шпал, может привести к отжатию гребнем колеса одного рельса и схода с другого рельса второго колеса.
Ввод дополнительных упругих эластичных материалов в виде резины, пластмассы между подошвой и прокладкой, шпалой и балластом приводит в первом случае к изменению ширины колеи под нагрузкой вследствие упругого наклона рельс колеи от дополнительного поперечного воздействия, а во втором случае к повышенному вертикальному изгибу рельс вследствие большой величины упругой деформации и ослаблению поперечной жесткости колеи, так как смещение упругой деформации действует и в поперечном направлении.
Известен рельсовый путь на бетонном основании по а.с. 71738, в котором рельсы колеи устанавливаются на жестком основании с неизменяемыми параметрами под нагрузкой и без нее. При отсутствии изгиба рельс, шпал, упругой деформации балласта контактные напряжения достигают больших значений и приводят к преждевременному выходу рельсового пути из строя из-за чрезмерных давлений на шпалы, поэтому шпалы на железобетонном мосту устанавливают на балласт с последующим изменением параметров колеи, и с потерей им упругих свойств возрастают также удельные давления с оставлением значительных следов остаточной деформации, износа, что значительно ухудшает состояние пути.
Цель изобретения - повышение рентабельности железной дороги улучшением качества перевозок движением подвижного состава по неизменяемой рельсовой колее от нагрузки колес этого состава, удешевление перевозок долговечностью железной дороги, отсутствием возможности изменять свое первоначальное положение от вмешательства окружающей среды.
Сущность состоит в том, что через рельсы колеи верхнее и нижнее строения пути предварительно нагружаются вертикальной силой с необходимой частотой, определяемой вертикальной жесткостью рельс, предположительно с частотой шпал, которая при проходе подвижного состава уменьшается на действующую величину его веса, сохраняя общую неизменную первоначально заданную нагрузку на верхнее и нижнее строения пути.
Это достигается тем, что рельсы колеи и коренная недеформируемая неупругая порода или недеформируемое уплотненное земляное полотно соединены между собой жесткой нерастяжимой связью с возможной гибкостью в поперечной плоскости, как нить с возможностью ее натяжения, и упругого сжатия находящихся между ними шпал, балласта, земляного полотна, упругая деформация которых значительно больше упругой деформации связи так, как если бы это сжатие происходило от действия колес подвижного состава, и при нахождении колес подвижного состава на рельсах вся или часть нагрузки с жесткой нерастяжимой связи снимается ее односторонним действием с заменой ее нагрузкой от подвижного состава, как это происходит по наиболее близкому принципу действия в технике при работе пружинных клапанов, гидравлических или более близких механических в системе газораспределения ДВС, где стержень клапана играет роль жесткой нерастяжимой связи (в гидравлических эту роль выполняет корпус клапана), когда давление не превышает сопротивление предварительно сжатой пружины, полностью нагрузка с клапана не снимается при том же значении нагруженной пружины, движение клапана не происходит и он не открывается, что наиболее наглядно раскрывается в процессе его разборки.
Принцип работы раскрывается и на примере равновесия элемента (рельс), размещенного между двумя сжатыми пружинами (балласт и стягивающая связь) с приложением дополнительной внешней нагрузки (от колес) на элемент (рельс), под действием которой одна из пружин (балласт) еще более деформируется с повышением реакции сопротивления на величину внешней силы, а вторая пружина (связь) уменьшит величину своей силы пропорционально действующей вместе с ней внешней силы на элемент до достижения равновесия, при этом чем жестче вторая пружина (связь), тем меньше ее смещение с достижением минимального значения при отсутствии витков и их изгиба, и работы как пружины прямым состоянием в виде жесткого стержня, например, а величина ее смещения определяет величину вертикального изгиба рельс, который чем меньше, тем лучше, поэтому использование упругих элементов в жесткой связи, например, для определения силы натяжения или гашения ударных нагрузок увеличивает изгиб рельс и отрицательно сказывается на работоспособности дороги.
Недеформируемый слой коренной земли или уплотненный слежавшийся насыпной грунт, земляное полотно обладает прочностью, достаточной для создания стягивающегося напряжения без собственной деформации и смещения фиксатора конца жесткой нерастяжимой связи с большой площадью рассеянного давления от меньшей опорной площади шпал с большим удельным давлением, а на жесткой нерастяжимой связи сосредотачивается вертикальная нагрузка, как от колес подвижного состава, распределенная между ближайшими связями за счет собственной жесткости рельс, к которым они присоединены вторым концом, при этом чем больше вертикальная жесткость рельс, тем меньше растягивающей нагрузки приходится на каждую жесткую связь.
Соединение конца связи со средней частью упруго деформирующего слоя земли и сжатие части грунта вызывает при действии внешней нагрузки на рельсы колесами упругую деформацию оставшейся части несжатого грунта, земельного полотна с продольным изгибом рельс вместе с частью сжатого грунта и попаданием воды в несжатую часть после снятия внешней нагрузки. При использовании бетонного основания предварительно сжатый упругий балласт между двумя рядами шпал, например, распределит равномерно давление под шпалами рельс, но при действии внешней нагрузки на рельсы второй нижний ряд шпал, лежащий на бетоне, подвергается дополнительному воздействию с собственным изгибом и перераспределением сил натяжения с изменением изгибающихся моментов с частичным недостижением цели изобретения.
Жесткая связь рельс с недеформируемым полотном дороги позволяет использовать специальные упругие эластичные вещества с большим упругим смещением или растяжимостью с большим сопротивлением в виде синтетических материалов, с регулируемым внутренним давлением в виде пневмокамер под опорной поверхностью шпал с возможностью регулирования как ровности колеи, так и поддержания давления под шпалами с натяжением нерастяжимой связи, которая сохраняет возможность изменять свою длину или изменять свое натяжение, недоступное при свободном состоянии колеи под действием собственного веса из-за свободного изменения по высоте и большого изгиба рельс, аналогично на примере использования автомобильной камеры, давлению воздуха в которой противодействует только упругое растяжение резины как вес колеи или ее состояние в шине с противодействием нерастяжимых нитей корда как нерастяжимых связей.
Жесткая связь и сжатое упругое основание находятся в взаимном равновесии, причем связь получает относительное удлинение от приложенной растягивающей нагрузки, и при противодействии этой нагрузке внешней от колес подвижного состава в начальный момент на сжатое упругое основание действуют две эти силы, под действием которых происходит дальнейшее сжатие основания на величину относительного удлинения связи, которая незначительна по сравнению с общей величиной смещения при упругом сжатии основания, и при сжатии неупругого основания железной дороги, бетона или сцементированного земельного полотна внешняя нагрузка от колес подвижного состава увеличивает давление на рельсовое основание складыванием этих сил, так как нет смещения по снятию нагрузки с жесткой связи, с возможным разрушением твердого основания в виде трещин или скола бетона, например, и необратимой деформацией с прогрессией после каждого натягивания после каждого прохода колес, что наглядно демонстрируется при использовании опорной поверхности из твердого, но хрупкого керамического пористого кирпича с небольшой прочностью, тогда как при наличии упругой деформации полотна незначительное дальнейшее упругое смещение не вызовет разрушение полотна без оставления следов деформации с равномерным распределением давления, при этом чем меньше длина связи, тем меньше смещение до ненагруженного состояния, практически не влияющее на вертикальный изгиб рельс под колесами подвижного состава из-за несоизмеримости величины их изгиба и растяжения от действия одной и той же силы.
Сжатие шпал, балласта рельсами может производиться связью с жесткостью в поперечной плоскости с возможностью устойчивого сопротивления от встречных сил, например сваи, и соединения с ней рельс с двухсторонним вертикальным ограничением, нагрузка подвижного состава передается коренной породе, минуя опорную поверхность шпал и земляного полотна, как при свободном состоянии с опорной поверхностью из свай с теми же недостатками, поэтому необходим свободный обратный ход рельс относительно сваи для ее разгрузки и передачи нагрузки от рельс шпалам и ниже лежащим предварительно сжатым этой сваей элементам.
Жесткая нерастяжимая связь (не менее двух) может располагаться под различными углами в поперечной и продольной плоскости колеи к направлению линии действия внешней нагрузки от колес подвижного состава для достижения дополнительных целей, например для удобства монтажа или усиления продольных или поперечных сопротивлений рельс, равнодействующая которых направлена по этой линии внешней нагрузки для ее уравновешивания без собственного взаимного перемещения и уравновешивания, особенно при использовании непрерывной цельной жесткой связи, соединенной зигзагом, так как в этом случае произойдет перераспределение предварительной нагрузки на рельсы с их последующим изгибом при перемещении внешней нагрузки при качении колеса по рельсам.
Конец жесткой нерастяжимой связи как один из вариантов может удерживаться грузом, специальным или с помощью вышележащего земляного полотна, вес которого не менее требуемого растягивающего напряжения с условием его фиксированного вертикального положения без смещения вниз, лежащего, например, на коренной поверхности, при снятии нагрузки с жесткой связи колесами подвижного состава, так как в противном случае нагрузка на рельсы и нижележащие элементы удвоится за счет складывания этих сил свободным вертикальным смещением груза с постоянным созданием натяжения в этой связи, второй конец которой соединен с рельсами с одновременным действием на эти рельсы нагрузки от колес подвижного состава, что равносильно установке груза этой силы на рельсы с движением по пути подвижного состава с получением отрицательного конечного результата чрезмерной нагрузкой.
Использование упругой стягивающей связи допускается, например, в виде дополнительной пружины с учетом того, что ее изгиб вызывает такой же изгиб рельс, так как как для создания в ней напряжения, так и для ее разгрузки требуется смещение, вызывающее изгиб рельс с увеличенным давлением, спадающим по мере снижения упругой деформации связи или дополнительной пружины на нижележащие элементы дороги с большей нагрузкой в период снятия с нее нагрузки, чем при свободном нахождении рельсовой колеи на основании и действии только одной нагрузки от колес без усилия пружины, при этом величина смещения упругой связи несоизмерима с относительным удлинением жесткой связи, так как изгиб происходит от действия поперечной силы поворотом последующих поперечных площадок с уже изогнутой базы с усиленным моментом в зависимости от толщины в отличии от их прямолинейного отрыва, при этом упругая линейная деформация жесткой связи благоприятно скажется на погашении вибраций, резких ударов некруглых колес подвижного состава при их контакте с неровными рельсами, направление удара которых всегда направлено от внешней поверхности рельс к упругому основанию и только обратная реакция элементов дороги работает на растяжение связи.
Крепление жесткой нерастяжимой связи к рельсам осуществляется к нижней полке при двутавровом сечении с приложением нагрузки от колес подвижного состава к верхней полке с практически тем же результатом, если бы она была соединена с местом приложения нагрузки от колес, т.е. с верней полкой из-за жесткости и прочности шейки рельс, соединяющей эти полки.
Из действующих устройств, сооружений по отдельности известны применяемые узлы и детали, такие как навесные мосты с постоянно натянутыми канатами, нити корд в автомобильных шинах, различные балки строительных конструкций, постоянно работающие на изгиб, закрепленные в земле, породе стягивающие устройства в виде анкеров в шахтах или растяжек высоких мачт, антенн и т.д., средства и способы установки этих фиксаторов, поэтому техническое исполнение задачи не представляет затруднений.
Появляются и другие существенные преимущества предварительно стянутой железной дороги по сравнению с ее свободным нахождением под действием собственного веса:
- предварительно настроенные параметры ширины колеи не изменяются под нагрузкой колес подвижного состава ее неизменной величиной, тогда как при временном действии сил от колес на свободно установленные рельсы вследствие изгиба шпал, смещения зон крепления из-за занятия более устойчивой площади опоры подошвы рельс, прокладки происходит изменения ширины колеи от первоначально установленной;
- постоянное прижатие рельс к шпалам с не меньшей нагрузкой, чем от колес, шпал к земляному полотну повышает сопротивляемость рельсовой колеи к действию продольных сил действием сил трения и прямым сопротивлением креплений по всей колее при ее неизменной ровности, что исключает угон рельс, линейному смещению при изменении тепловых зазоров на стыках рельс или периодическое обслуживание по снятию тепловых напряжений на бесстыковом рельсовом пути с преимущественным их использованием, или рельс со снятием тепловых напряжений без их поступательных движений (RU 2264494), тогда как ранее при кратковременной нагруженной колее только в зоне под колесами подвижного состава сопротивляемость рельс, шпал без сопротивления их креплений против продольных и поперечных сил возникает только в этих ограниченных местах при свободном продольном смещении по снятию продольных тепловых напряжений в остальной части рельс, что вызывает необходимость устанавливать различные противоугонные устройства, устраивать тепловые зазоры на стыках рельс и соединять их непрочной связью для возможности изменения этого зазора, что существенно ослабляет прочность и надежность рельсовой колеи в отличие от того, как это осуществляется в предлагаемом варианте;
- при нахождении на рельсах колес подвижного состава нагрузка с жесткой связи снимается, но она вновь возвращается при отрыве рельс от шпал, например при их отжатии от действия горизонтальной поперечной силы с поворотам вдоль своей продольной оси от опорной поверхности шпал, и противодействует этому как противодействуют обычные крепления рельс со шпалами с гашением динамического действия возможностью упругого вертикального смещения шпал без изменения ширины колеи и ослаблений креплений;
- отсутствует бегущий волнообразный вертикальный изгиб рельс и шпал вследствие предварительно изогнутых от нагрузки шпал с равномерно-распределенной уже нагрузкой на балласт, земляное полотно с их упругой сжатой деформацией с затруднением попадания между ними и в них посторонних частиц (воды, снега, пыли), отсутствием следов остаточной деформации в виде пространства, нахождением их постоянно под напряжением стягивающей силы, тогда как после прохода колес подвижного состава рельсы, шпалы, земляное полотно принимают прежнее ненагруженное состояние с возможностью попадания между ними и в них воды, снега, пыли с последующем замерзанием воды с увеличением ее объема, приводящим к пучению и выемках в дорожном полотне при ее вымывании водой с изменением параметров колеи при следующих проходах подвижного состава;
- существует возможность использовать в качестве добавки к балласту или земляному полотну, или полностью использовать все элементы балласта из упругих эластичных веществ - резины, синтетических материалов (утилизация старых использованных автомобильных покрышек, предварительно измельченных), сжатых под шпалами, откуда их затруднено удалить, тогда как при их использовании под шпалами, находящимися под действием собственного веса, при нагрузке колесами рельс возникает их большой вертикальный изгиб вследствие большой величины их деформации до достижения ими достаточного сопротивления с ослаблением поперечной и продольной жесткости колеи, тогда как предварительное их сжатие исключает этот ход;
- предварительно стянутый жесткой нерастяжимой неупругой связью резиновый эластичный балласт с большим усилием, чем внешняя нагрузка с колес позволяет регулировать плоскость качения колес по рельсам без дополнительного введения материала за счет большей величины хода упругой деформации, чем у щебеночного балласта или земляного полотна;
- сжатый эластичный упругий балласт способен поглощать вибрации и ударные нагрузки, обладает низкой теплопроводностью с хорошей электроизоляционностью, водонепроницаемостью и стойкостью к размыванию, засорению с образованием монолитного объема, что делает расположенное под ним земельное полотно дороги более долговечным в сравнении с щебеночным, элементы которого не обладают упругими эластичными свойствами с образованием пористого объема;
- предварительно стянутый нерастяжимой определенной длины связью, соответствующей ровности колеи при использовании пневматических камер под шпалами, поддерживается ее исправное состояние при различных нарушениях земляного полотна путем поддержания определенного давления с изменением объема на величину изменения земляного полотна или внедрением под шпалы под давлением упругих частиц балласта без дополнительной регулировки сохранением первоначальной отрегулированной длины связей, что недостижимо у свободно установленной колеи;
- даже при попадании в предварительно стянутый резиновый эластичный балласт или земляного полотна воды и ее последующем замерзанием не произойдет искривления пути за счет большей эластичности и упругости резины с увеличением и поглощением нагрузки на стягивающую жесткую связь между коренной недеформируемой породой земли и рельсами;
- в предварительно стянутой рельсовой колее проще и эффективнее предварительно определить просадки полотна и другие ее неисправности по усилию затягивающего момента, тогда как просадки полотна под шпалами сравниваемой свободной дороги выявляются в момент прохождения подвижного состава из-за скрытности.
По конструкции близким аналогом является решение по патенту RU 2169808 С2, которое содержит анкер, закрепленный в насыпном грунте и соединенный жесткой связью со шпалами, которые соединены, в свою очередь, с рельсами для удержания устройств на рельсах созданием дополнительного сопротивления при их отрыве от опорной поверхности.
При предварительном натягивании жесткой нерастяжимой связи произойдет прижатие шпал к анкерам с отсутствием между ними упругой прослойки с увеличением площади опоры шпал за счет ее опоры на поверхность анкера с тем же свободным нахождением рельсового пути на полотне с последующим изгибом шпал, упругой деформации земляного полотна при нахождении колес на рельсах в зоне креплений анкеров, а при достижении цели изобретения RU 2169808 С2 произойдет складывание сил натяжения жесткой связи и отрывного момента устройства, что делает предварительный натяг устройства неработоспособным для достижения той или иной цели, тогда как в предлагаемом устройстве анкер устанавливается на глубину коренных недеформируемых пород с нахождением упругого насыпного грунта и балласта между ним и шпалами с последующим их упругим сжатием, при котором давление от колес подвижного состава передается коренной породе распределенным без его дополнительной деформации. Если между анкером и шпалой находится часть насыпной упруго деформируемой породы, то давление передается на оставшуюся часть с ее деформацией, как на примере с клапаном пружина стянута не целая, а только ее часть, и при нагрузке для его открытия достаточно преодолеть сопротивление не стянутой пружины, ее свободной части, что значительно меньше запланированной силы, или нагрузки от колес подвижного состава с образованием тех же недостатков, что присущи пути при его свободном нахождении.
Жесткая нерастяжимая связь соединена с другой стороны со шпалами, а не с рельсами, как в предлагаемом случае, и при закреплении анкера в недеформируемом основании полностью цель предлагаемого изобретения также не достигается, так как, во-первых, шпалы приобретут необходимый изгиб, если к каждой шпале будет приложена нагрузка, равная нагрузке колес подвижного состава, тогда как при соединении этой связи к рельсам за счет собственной вертикальной жесткости рельс сила натяжения каждой жесткой нерастяжимой связи перераспределяется между соседними с уменьшением этой величины натяжения каждой связи, а во-вторых, рельс по всей длине не прижимается под нагрузкой к шпалам и не обладает в связи с этим повышенным сопротивлением продольному и поперечному смещению или изгибу.
В свою очередь, шпалы соединены с рельсами дополнительной жесткой связью, работающей на растяжение с вытягиванием и ослаблением креплений этой связи при неровности поперечно установленных шпал к продольной плоскости рельс, тогда как в предлагаемом варианте крепление рельс к шпалам вообще может отсутствовать из-за прижатия рельс к шпалам одной связью без ослабления и изменения прижима по всей длине рельс упругим действием шпал и нижележащих элементов с заменой равнозначных сил от колес подвижного состава в отличие от отдельного прижатия шпал к рельсам, сила крепления которых регулируется отдельно путем натяга болта с гайкой, например, и не равна силе упругости шпал и нижележащих элементов дороги из-за сложности их регулировки до равнозначных значений, а при действии нагрузки от колес давление в зоне контакта шпал и рельс увеличится на эту величину с необратимой деформацией шпал до снятия нагрузки с креплений и достижения нормального удельного давления на опорные поверхности шпал и рельс, соответствующие одной нагрузке от подвижного состава, что при повторяющихся процессах качения последующих колес приведет к ослаблению креплений, износу шпал и выходу из строя рельсовой колеи.
В отличие от периодического действия нагрузки на рельсы от колес подвижного состава на стянутую железную дорогу действует постоянная сила, вызывающая постоянный изгиб шпал и упругую деформацию полотна дороги с возможностью большей величины остаточной пластичной деформации, которая компенсируется корректировкой натяжения и возможностью использования упругих элементов без остаточной деформации с сохранением устойчивости колеи и ее параметров как с нагрузкой, так и без нее.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1, 2 показан разрез с нагрузкой рельс от колес, изображена стянутая железная дорога с вертикальной жесткой связью и индивидуальным анкерным креплением, а на фиг.3, 4 - рельсовый путь, стянутый равнодействующей наклонных нерастяжимых связей в виде нитей, каната с упругими элементами регулируемой жесткости и общим фундаментальным креплением.
Фиг.1, 2 - разрез. Одним концом вертикальный металлический стержень 1 закреплен в распорном анкере 2, установленный в ранее пробуренной скважине на глубине коренной недеформируемой породы 3 и проходящий сквозь земляное полотно 4, упругий эластичный балласт 5 и шпалы 6 свободно и вторым концом, имеющим резьбу, соединен с рельсами 7 с помощью прокладки 8, зажимов 9 и натяжной гайки 10. Шпалы 6 соединены встроенными болтами 11 и крепежными гайками 12 с прокладками 8 двух нитей рельс 7 с образованием колеи железнодорожного пути.
Предварительное натяжение металлического стержня 1 и загрузка рельсовой колеи через рельсы 7 реализовывается с упругим изгибом шпал 6, упругим сжатием балласта 5, земляного полотна 4 и осуществляется натяжной гайкой 10 затягиванием ее до определенного момента или под действием контрольного груза, установленного на специальный вагон с созданием максимально возможной нагрузки на рельсы 7, при этом регулируется ровность колеи путем подсыпки или удаления части балласта 5 под шпалами 6, как это производится на действующих железных дорогах. При использовании резинового эластичного балласта 5 с большей величиной хода упругого смещения момент затяжки устанавливается в среднем положении между максимальным, определяемым прочностью рельс 7, элементов балласта 5 и креплений, и минимальным, соответствующим максимально возможной нагрузке на рельсы 7 колесами 13 подвижного состава с последующей регулировкой плоскости качения без добавления или удаления балласта 5 одной натяжной гайкой 10.
После установки стягивающих устройств по всей линии колеи с частотой установки на каждой шпале 6, или между шпалами 6, или их сочетании в зависимости от жесткости рельс 7 и их выравнивания по плоскости качения колес 13 железная дорога готова к эксплуатации.
Нагрузка с колес 13 подвижного состава передается через рельсы 7 на шпалы 6, балласт 5, земляное полотно 4 в дополнение к давлению, осуществляемому стягивающим стержнем 1 до момента, когда его давление уменьшится на внешнюю величину давления от колес 13 путем дальнейшего упругого сжатия балласта 5, упругого земляного полотна 4, изгиба шпал 6 на величину, равную изменению длины нагруженного стержня 1 при снятии этой нагрузки, которая по отношению величины сжатия балласта 5, земляного полотна 4 и изгиба шпал 6 с нулевого положения рельсовой колеи при ее свободном положении очень мала и практически не влияет на ровность колеи и ее эксплутационные качества.
Рельсы 7 и нижележащие элементы дороги - шпалы 6, балласт 5, земляное полотно - всегда находятся в нагруженном состоянии за счет натяжных устройств, и при проходе подвижного состава это нагруженное состояние дороги не меняется путем перераспределения нагрузки между ними, поэтому не меняются ранее отрегулированные параметры колеи без следов остаточной деформации и характерных неисправностей пути в связи с этим, как это было в нестянутой дороге, причем повышается поперечная и продольная прочность колеи за счет ее неизменной сопротивляемости по всей длине, а не только в зоне контакта колес 13 с рельсами 7.
На фиг.3, 4 та же рельсовая колея железной дороги, образованная двумя нитями рельс 7 и шпалами 6 с креплениями, стянутая как один из вариантов наклонными канатами 14, закрепленный концами с недеформируемой прочной породой 3 с помощью, например, труб 15, расположенных по бокам вдоль линии колеи, а вторым концом специально изогнутыми скобами 16 с натяжными регулирующими муфтами 17 за подошву рельс 7 между шпалами 6 с возможностью монтажа без нарушения действующего пути с установкой под шпалы 6 индивидуальных упругих эластичных элементов 18, лежащих на прочной недеформируемой породе 3, или на упругой поверхности земляного или иного полотна, или на любом другом основании.
Регулировка натяжения канатов 14 с обеспечением ровности качения колес подвижного состава производится натяжными муфтами 17 не менее двух наиболее близких между собой канатов 14, закрепленных к подошве рельс 7 и расположенных под углом друг к другу с созданием равнодействующей, направленной вертикально вниз по линии действия нагрузки от колес подвижного состава и не меньшей величины, как это производится при растяжки высоких антенн, вышек.
Упругие элементы 18, или пневматические эластичные камеры, перераспределяют давление от шпал 6 на опорную поверхность с ее необязательной первоначальной ровностью с возможностью исправления просадок, выпучивания опорной поверхности в процессе эксплуатации значительной регулировочной величиной упругих элементов 18 при сохранении требуемого натяжения в требуемых пределах как натяжным механизмом, так и изменением давления в пневматических упругих эластичных элементах 18, и позволяют изменять поперечный наклон колеи на кривых пути в зависимости от скорости подвижного состава при том же давлении газа в камере перераспределением длины канатов 14, причем противодействие горизонтальной силе осуществляется как силой трения между рельсами 7 и шпалами 6 по всей длине, так и частичным сопротивлением соответствующих канатов 14.
Таким образом, без существенных переделок действующих железных дорог, или без строительства новых можно создать высокоскоростные долговечные дороги для различного подвижного состава с любой осевой нагрузкой.
Железная дорога, состоящая из верхнего и нижнего строений, отличающаяся тем, что рельсы верхнего строения соединены с нижним строением связью с возможностью упругого сжатия верхнего строения и разгрузки связи от нагрузки подвижного состава.
