Если вместо деревянных применяют железобетонные шпалы, получающие в последнее время все больше распространение, путь становится более жестким. Зато движение — более плавным. В связи с повышенной жесткостью пути с железобетонными шпалами между рельсом и шпалой на линии Новая Токайдо уложены резиновые прокладки. В систему соединения рельс — шпала должны входить и другие упругие элементы, снижающие жесткость основания. Для этой цели применяются упругие сопряжения. Вот один из вариантов на линии Новая Токайдо (рис. 5).
Рис. 5. Узел крепления рельса со шпалой на дороге Новая Токайдо: 1 — пружинная клемма; 2 — поперечная (боковая) пружинная клемма; 3 — болт; 4 — шайба; 5 — упругая резиновая прокладка; 6 — втулка; 7 — пластичная упругая подушка — башмак; 8 — спираль из проволоки.
Втулка 6 из полиэфирной смолы, вделанная в железобетонную шпалу, имеет внутри резьбу. В эту резьбу ввинчивается болт 3,который прижимает к подошве рельса пружинные клеммы 1 и 2 с силой до 500 кГ. Такие пружинные клеммы дают возможность регулировать положение рельса относительно шпалы и увеличивают стабильность пути Между подошвой рельса и шпалой установлена резиновая прокладка 5. Вообще промежуточные скрепления скоростных линий должны обеспечивать упругую связь рельсов со шпалами и в то же время надежно сопротивляться боковым силам.
Очень важное значение для нормального движения на скоростных дорогах имеет работа балластного слоя. От профиля балластной призмы, степени уплотнения слоя и качества материала зависит устойчивость пути. Балластом обычно служит щебень из твердых горных пород. При подготовке дорог к скоростному движению увеличивают толщину балластного слоя, иначе будут возникать деформации основной площадки земляного полотна. Увеличивают плечо — расстояние от торца шпалы до балластной бровки. Уменьшают, наконец, крутизну откоса балластной призмы, так как из-за вибраций на высоких скоростях при крутом откосе щебеночный слой быстрее теряет свою плотность.
При движении по стрелкам даже с обычной скоростью чувствуются толчки. На больших же скоростях подобные неприятные явления должны стать еще заметнее. Данная проблема тоже очень серьезная. Задача конструкторов в этом вопросе — повысить плавность движения, чтобы свести к минимуму силу и частоту ударов колес об элементы стрелочного перевода. Правда, когда поезд идет в прямом направлении, ограничений скорости нет. Японские экспрессы проходят на прямую стрелки со скоростью 210 км/ч. Но — вот когда нужно переходить на боковой путь, приходится либо снижать скорость, либо применять особые конструкции. На Новой Токайдо скорость хода по стрелкам приемно-отправочных путей равняется 70 км/ч. Сейчас все большее применение находят стрелки с большим радиусом переводной кривой. Во Франции, например, есть стрелки с радиусом переводной кривой, равным 1300 м. Это позволяет переходить на боковой путь поезду, движущемуся со скоростью 100 км/ч. А если работает стрелка с радиусом 3000 м, то величина скорости увеличивается до 140 км/ч. Рельсы французских стрелок отличаются от обычных более широкой и толстой подошвой. Когда поезд движется по стрелке, возникают поперечные усилия, и более массивная подошва должна им противостоять.
Очень важно сохранять плавность движения при переходе через крестовину. Японцы для этой цели применили подвижную часть сердечника крестовины.
Несколько необычных проектов
Как бы ни улучшали мы железную дорогу, какие бы новые элементы ни вводили в конструкцию подвижного состава или пути, нам никуда не деться от принципиальной основы этого вида транспорта — движения колес с внутренними гребнями по рельсам. Все изменилось за те полтораста лет, что существует железная дорога: и тип локомотива, и мощность его, и конструкция сцепок, тормозов, вагонов. А особенно в последние годы при переходе к высоким скоростям. И только основной принцип движения остается неизменным. Это и хорошо, и плохо. Хорошо, потому что добротно, привычно, надежно, отработано за десятилетия, наконец, в силу чрезвычайной распространенности. И ни один другой вид транспорта так не способствует развитию каких-нибудь глухих областей. Самолет может не вылететь из-за плохой погоды, автомобиль — застрять. Да и много ли они возьмут груза! Но если проложить рельсы, ничто не помешает поезду прийти. Плох же этот вид транспорта потому, что удачное конструктивное решение XVIII века — рельсы и колеса с гребенками — имеет принципиальные недостатки, которые ставят предел повышению скоростей. 250–300 км/ч — это ведь с точки зрения технически достижимых современных скоростей совсем немного. Но выше этого железнодорожный транспорт подняться не сможет. Зазоры между головками рельсов и гребнями колес заставляют оси все время вилять в поперечном направлении. От этого разрушается путь и подвижной состав. Жесткая нагрузка стальных колес на рельсы приводит к ударам и в конечном счете износу того и другого. О том, как стараются избавиться и от виляния и от ударов было написано в предыдущих главах. Но ведь есть же предел конструктивным усовершенствованиям. Паровоз улучшали 150 лет, потом оказалось, что лучше его сделать невозможно, а он все равно плох. Дорога, где стальные колеса должны постоянно контактировать с рельсами, позволит довести скорость до величины около 300 км/ч. Дальше — все. И тут начинаются поиски новых принципов движения. В первую очередь речь идет о воздушной подушке. Но по этому поводу писалось уже так много, что добавить, пожалуй, нечего. Разве только то, что в конце 1967 г. во Франции вагон на воздушной подушке развил скорость 345 км/ч. Если учесть, что мировой рекорд скорости электропоезда на рельсах равен 331 км/ч, то ясно, что движение, основанное на принципе воздушной подушки, может осуществляться с большими скоростями. Этот вагон, двигавшийся по бетонному рельсу, который имеет форму перевернутой буквы Т, является всего лишь моделью. А настоящий вагон намечено испытать летом 1969 г. По двадцатикилометровой магистрали он будет мчаться со скоростью 400 км/ч. Но воздушная подушка это не новость, поговорим о проектах менее известных, но более любопытных да к тому же, быть может, и более практичных. Если скоростную дорогу требуется проложить через населенный район, то принцип воздушной подушки отпадает сразу. Нужно такое транспортное средство, при использовании которого не было бы шума, пыли, а скорость создавалась высокая. Средством подобного рода может явиться линейный двигатель.