Пластмасові шпали

На багатьох залізничних шляхах у всіх країнах світу використовується величезна кількість дерев’яних шпал, просочених креозотом для запобігання гниття.

Шпали є важливим елементом колії, але із зростанням осьових навантажень і швидкості руху потягів зростає інтенсивність їх зносу. З 700 млн дерев’яних шпал на залізничних шляхах Північної Америки щороку замінюють близько 14 млн. Внаслідок того, що усі дерев’яні шпали обробляються креозотом – їх використання та утилізація потребують великих витрат та наносять шкоду навколишньому середовищу. Тому все більшу конкуренцію дерев’я-
ним складають шпали з альтернативних матеріалів, у тому числі з пластмас.

З 1998 року провідні залізничні компанії США Chicago Transit і Union Pacific Railroad розпочали випробування
шпал, що виготовляються з відходів поліетилену низького тиску високої щільності. Зацікавленість цих компаній в застосуванні полімерних шпал пояснюється тим, що такі конструкції мають перевагу перед дерев’яними передусім по терміну експлуатації.

З урахуванням високого рівня гниття в областях з спекотним та вологим кліматом, термін життя дерев’яних шпал коливається від 5 до 15 років, тоді як пластмасові не гниють, не розколюються, і деякі їх виробники дають 50-річну
гарантію експлуатації, що особливо забезпечує перевагу в місцях з вартісним прокладанням залізничної колії, наприклад, на мостах або транзитних лініях з лімітованим часом для відновлювальних робіт.

Складені пластмасові шпали мають великі переваги і перед залізобетонними. Вони можуть бути прокладені за допомогою того ж устаткування, що і дерев’яні, при цьому дерев’яні шпали можуть замінюватися складеними пластмасовими шпалами поступово. А встановлення залізобетонних шпал вимагає абсолютно іншого устаткування, і баластна подушка має бути повністю бетонною.

Важливою перевагою застосування полімерних шпал є можливість їх повторної переробки і використання

Укріплені пластикові залізничні шпали виготовляються десятком невеликих компаній, що володіють запатентованими технологіями. Ці компанії упродовж десятиліття прагнули встановити стандарти, класифікувати продукти і провести їх тестові випробування. Складені шпали важать від 200 до 280 фунтів кожна залежно від довжини і технології виробництва.

Довжина шпал для пасажирських перевезень – від 8.5 до 9 футів, для вантажних – від 7 до 9 футів. Лабораторно виміряні показники міцності і зусиль вставки і витягання для костилів в складених шпалах загалом нижче, ніж в дерев’яних. Але робочі характеристики пластикових шпал приблизно схожі, а зносостійкість вища. Крім того, композитний склад пластмасових шпал не проводить електрику і не вбирає воду, а також допомагає уникнути передчасної корозії рейок.

Важливою перевагою застосування полімерних шпал є можливість їх повторної переробки і використання. Усі пластмасові шпали містять принаймні 50 відсотків вторинного поліетилену низького тиску високої щільності. До композитного складу шпал входять і інші вторинні пластмаси, а також скловолокно, яке збільшує міцність і довговічність цих залізничних виробів. Для рециклінгу можуть використовуватися брикетований поліетилен, суміш пластикових пляшок, високоякісний жорсткий пластик і навіть килимові покриття, включаючи клеєний підкладковий матеріал.

Для виготовлення полімерних шпал застосовуються стандартні лінії з продуктивністю від 25 до 100 тис. шпал на рік.
Компанії-виробники використовують різні технології виробництва шпал з композитних матеріалів, але в основі усіх їх лежить обробка заздалегідь підготовленої суміші непромитого переробленого поліетилену високої щільності з наповнювачем і добавками в двошнековому екструдері, який передає підготовлений матеріал в накопичувач, а потім на станцію безперервного наповнення форм на колекторі, що обертається.

Тут за допомогою одного з методів литва під тиском з додатковим уприскуванням полімерна суміш подається в закриті форми з розподільними клапанами, що направляють потік по черзі в два гнізда. Матеріал в них знаходиться під тиском, і газоутворювачі запобігають появі вакууму. В усіх процесах форми повільно заповнюються і повільно остигають. Заповнені прес-форми від однієї до двох годин проходять охолодження у водяних ваннах, після чого деталі виймаються з форми і охолоджуються повітрям. Більшість процесів вимагають великої кількості устаткування і довгого простою цього устаткування для профілактики.

На відміну від дерев’яних, полімерні шпали можуть виготовлятися з малюнком або рифленням на їх поверхнях для забезпечення стійкості від бічного переміщення у баласті, що доведено дослідженнями, проведеними Асоціацією американських залізниць.

Утворення рельєфу на поверхні шпал відбувається в процесі гідравлічного здавлення півформ, заповнених екструдатом.

Якісні дерев’яні шпали завдовжки 24 фути (7,3 метра) отримувати важко – вони схильні до викривлення і вигину. Пластмасові ж шпали можуть бути зроблені навіть довшими, що забезпечить їх застосування на перехрещенні шляхів і в зоні стрілочних переводів.

Виготовлення пластмасових шпал освоєне декількома фірмами в різних країнах. Поки лідерами виробництва є американські компанії такі як: Plastic Lumber, Polywood Ink. і корпорація TieTek, кожна з яких має власну рецептуру та технологію виготовлення пластмасових шпал.

З 2003 року на залізницях як в США, так і в країнах Латинської Америки, Азії, в Австралії, Канаді, Англії, Індії проводиться масове тестування пластмасових шпал, яке доводить що вони здатні з успіхом витримувати навантаження у більше мільярда тонн.

Поки що відсоток встановлених пластмасових шпал відносно загального обсягу є незначним, але виробники з оптимізмом дивляться у майбутнє та поступово збільшують виробничу потужність, будуючи нові заводи з автоматизованими виробничими лініями. Пластмасові шпали довели свої переваги та перспективність використання на залізничних шляхах, тож або ми декілька років спостерігатимемо поступовий розвиток цього ринку, або станемо свідками прориву в заміні дерев’яних шпал на пластмасові.

Тарас Рейка

Дізнавайтесь першими найсвіжіші новини залізничної галузі в Україні та світі на нашій сторінці в Facebook, каналі в Telegram, долучайтесь до групи Ukraine: Railway Supply, читайте журнал Railway Supply онлайн.

Види залізничних шпал

Шпали – обов’язковий елемент будь-якої залізничної колії. Вони виконують кілька найважливіших функцій:

• приймають на себе вертикальне і бічне навантаження від рейок під час руху залізничного складу;
• здатні певною мірою деформуватися та відновлюватися, завдяки пружності;
• забезпечують надійність кріплення рейок;
• «фіксують» напрямок колії, допомагаючи уникнути зміщення під час проходження складу;
• рівномірно розподіляють навантаження на ґрунт.

Які ж види залізничних шпал сьогодні використовуються при будівництві колії?

Дерево – популярний у всі часи матеріал

Першим матеріалом для виробництва шпал стала деревина, що легко зрозуміло. Її легко обробити і доставити на місце, вона відносно легка і водночас міцна, до неї можна надійно і швидко прикріпити готову рейку.

Крім того, дерева ростуть практично скрізь за винятком тундри та пустель, а налагодити виробництво шпал з дерева можна у найкоротший термін. Шпали дерев’яні мають хорошу «зчеплюваність» як із щебенем, так і з будь-яким іншим ґрунтом.

Такі види залізничних шпал зберігають свої властивості в широкому діапазоні температур, вони є пружними, що гарантує плавність ходу складу. Крім того, деревина діелектрична (не проводить електричний струм). Єдиним мінусом вважається схильність до гниття під впливом зовнішніх атмосферних факторів, проте цього легко уникнути, застосовуючи спеціальні просочення (наприклад, креозот).

Шпали дерев’яні, просочені креозотом або сучасними мінеральними антисептиками, мають термін служби в районі 15-20 років навіть за максимальної інтенсивності руху в районах з вологим кліматом.

Залізничні шпали із залізобетону

Перші залізобетонні шпали стали з’являтися на коліях ще в 50-60-х роках минулого століття. Спочатку їхня вартість була дещо вищою, ніж у дерев’яних шпал, проте збільшення виробництва та застосування сучасних технологій дозволили максимально знизити ціну на вироби.

Залізничні рейки на залізобетонних шпалах – це максимальна довговічність колії, висока міцність, стійкість практично до будь-якого зовнішнього впливу. Залізобетон не схильний, як дерево, до гниття, в ньому не заводяться комахи. Така продукція сьогодні вважається найкращою у співвідношенні показників вартості та термінів служби.

Шпали не вимагають будь-якого додаткового обслуговування, а надійність кріплення рейок набагато вища, ніж у дерев’яних аналогів.

Сталеві шпали – промисловий варіант

Для ще більшого здешевлення не на шкоду якості були розроблені та використовуються багатьма промисловими підприємствами сталеві шпали. Вони виготовляються із гнутого металевого профілю та відрізняються гарною міцністю при невеликій вазі.

У нашій країні така продукція поки не дуже поширена, проте за кордоном більшість промислових виробництв використовує саме сталеві шпали для облаштування під’їзних і тимчасових шляхів. Основний недолік – схильність до корозії, що і визначає в основний тимчасовий тип застосування.