مهندسی راه آهن

مهندسی راه آهن

اجزاء راه آهن

 ریل

وظایف ریل:

ü      تحمل بارهای چرخ و انتقال آن به تراورس ها

ü      هدایت چرخ ها در طول خط آهن و تامین مهار جانبی جهت حرکت ایمن آن ها

ü      تامین یک سطح هموار جهت حرکت وسایل نقلیه ریلی

ü      توزیع نیروهای طولی ناشی از شتابگیری و ترمز گرفتن قطار بر روی تکیه گاه

ü      رسانای الکتریکی در خطوط برقی

تکامل شکل ریل با گذشت زمان

ü      کاربرد چوب بعنوان خطوط هدایت کننده در معادن

ü       میخ کاری الوارهایی بطول 1/8 متر بر روی چوب های عرضی

ü       کاربرد تسمه فلزی روی چوب

ü       ریل های چدنی Reynolds

تکامل شکل ریل با گذشت زمان

ü      ریل های L شکل

ü       اعمال دو تغییر عمده

ü      افزایش عرض پایه ریل در محل تکیه گاه ها، بمنظور کاهش تنش های تماسی و کاستن خطر واژگونی ریل

ü      افزایش تدریجی عمق جان ریل با فاصله گرفتن از دو انتها و نزدیک شدن به قسمت مرکزی ریل، بمنظور افزایش مقاومت خمشی ریل

ریل های دو قارچی (دارای دو کلاهک)

عمده معایب ریل های دو قارچی:

ü       بدلیل کم بودن مساحت نشیمن گاه ریل، فشار تماسی زیادی در این ناحیه بوجود آمده که موجب تخریب و زوال زود هنگام ریل، زینچه ها و سپس تراورس می گردد.

ü       نصب ادوات اتصال دهنده ریل به تراورس، به علت شکل نامناسب لبه های پایینی ریل بسیار دشوار می باشد.

ü      ریل های پاشنه دار (پاشنه تخت)

مهمترین مزایای ریل های پاشنه دار (Vignole):

ü       ساده شدن ادوات اتصال ریل به تراورس (پابندها)

ü      افزایش مقاومت جانبی و قائم در یک وزن مشخص

ü       ارزان تر بودن نسبت به ریل های دو قارچی

ü      طول عمر بیشتر

ü       

ریل های قاشقی

ü      عمده ترین مصرف این ریل ها در بنادر و کارخانجات صنعتی می باشد که در آن ها بدلیل عملیات مانور و تغییر جهت پیوسته وسایل نقلیه ریلی، امکان خروج از خط بواسطه نیروهای جانبی بزرگ، وجود دارد.

ü      طبقه بندی بر مبنای وزن واحد طول ریل

یکی از متداول ترین روش ها برای طبقه بندی ریل ها، استفاده از وزن واحد طول آنها بعنوان مبنای طبقه بندی است.

طبقه بندی بر مبنای طول ریل

ü      خطوط با ریل کوتاه

ریل های 18 متری.

ü      خطوط با ریل طویل

ریل هایی با طول بیش از 18 متر.

ü      خطوط با ریل پیوسته

ریل هایی که در تمام طول خود جوشکاری و بهم پیوسته اند.

تغییر شکل ارتجاعی ریل

یک ریل به طول بینهایت را که روی یک تکیه گاه پیوسته افقی و با مدول ثابت K قرار داشته و تحت تاثیر یک بار نقطه ای ثابت Q قرار گرفته است را در نظر می گیریم:

K: مدول بستر

M: لنگر خمشی

T: نیروی برشی

r: واکنش ارتجاعی واحد طول بالاست

E: ضریب ارتجاعی فولاد

I: ممان اینرسی قائم ریل

اجزای راه آهن

تراورس

وظایف تراورس:

ü      انتقال و توزیع صحیح بار از ریل به بالاست

ü      حفظ فاصله ثابت دو رشته ریل

ü      نصب ریل روی تراورس با شیب 1/20 یا 1/40

ü      تامین مقاومت کافی در جهات قائم و افقی

طبقه بندی انواع تراورس ها

فلزی

بتنی

مزایا:

ü      وزن زیاد تراورس های بتنی موجب پایداری بیشتر آنها در برابر نیروهای وارد بر خط می شود.

ü      می توان بالاست را از دانه های ریزتر و بنابراین ارزان تر انتخاب کرد.

ü      غیر قابل احتراق هستند.

معایب:

ü      تمایل شدید به خرد شدن زیر بارهای ضربه ای.

ü      مقاومت خیلی کم در برابر خستگی.

چوبی

کامپوزیت

کامپوزیت یک ماده شکل گرفته از دو یا چند ماده مجزا (پلیمر تقویت شده در مورد کامپوزیت پلیمری و چوب ورقه ای مخلوط با یک ماده چسبناک در مورد کامپوزیت های چوبی) است.

تراورس های فلزی

طول هر تراورس فلزی باید 2/5 تا 2/6 متر باشد.

وزن آن 75 تا 90 کیلوگرم است.

ضخامت آن 10 تا 16 میلیمتر می باشد.

تراورس های فلزی

مزایا:

ü      روش تولید، نصب و نگهداری نسبتا آسان

ü      حفظ عرض خط برای مدت نسبتا طولانی و برخورداری از مقاومت جانبی قابل ملاحظه

ü      برخورداری از عمر مفید نسبتا طولانی و قابلیت استفاده پس از تعویض بعنوان آهن قراضه

معایب:

ü      دشواری تنظیم راستای طولی و عرضی تراورس فلزی در خط بدلیل شکل خاص هندسی آن

ü      سروصدای زیاد بواسطه تماس فلز ریل و سایر ادوات اتصال با فلز تراورس

ü      نیاز به استفاده از لوازم عایقکاری الکتریسیته

ü      حساسیت نسبت به مواد شیمیایی بخصوص در خطوط نزدیک مناطق صنعتی و نواحی ساحلی

فاصله تراورس ها

فاصله محور به محور تراورس ها به عوامل زیر بستگی دارد:

Ø      میزان بار محوری، حجم و سرعت ترافیک

Ø      نوع مقطع ریل و میزان مقاومت آن

Ø      نوع تراورس

Ø      جنس و ضخامت بالاست

Ø      ظرفیت تحمل بستر

Ø      شرایط هندسی مسیر

تنش های تولید شده زیر تراورس ها

Ø      تراورس مانند یک تیر که در دو طرف بیرون زدگی دارد مدل می شود.

Ø      فرض می شود بار چرخ ها در یک نقطه وارد می شود.

Ø       عکس العمل بالاست بصورت یکنواخت در طول 2lexc زیر هر چرخ منظور می شود.

اتصالات

مجموعه قطعات و موادی است که اتصال ریل به تراورس را مستحکم می کند.

نیروی شاخک:

q       عرض خط را در تمامی قسمت های راه آهن حفظ کند.

q       از لغزش عرضی ریل نسبت به تراورس ها، بویژه در قوس ها، جلوگیری کند.

q       از چرخش عرضی ریل نسبت به کف آن در اثر نیروهای عرضی جلوگیری کند.

بالاست

وظایف بالاست در راه آهن:

ü      توزیع بیشتر تنش های منتقل شده از تراورس ها

ü       تخفیف بیشترین بخش ارتعاشات قطار

ü       مقاومت در برابر جابجایی طولی و جانبی خط

ü       ساده نمودن زهکشی آب باران

ü  سختی بالاست

ü  الف) آزمایش دوال

ü      یکی از قدیمی ترین آزمایش ها

ü       نمونه مورد آزمایش با دانه های مکعبی شکل حدود 5 کیلوگرم

ü  ب) آزمایش لس آنجلس

ü      جدیدتر از آزمایش دوال

ü       5 کیلوگرم نمونه با همراه با 12 گلوله فولادی، 500 دور چرخش استوانه.

ü  ضریب بالاست

ü  P: فشار وارد بر واحد سطح بالاست

ü  y: نشست ارتجاعی بالاست تحت تاثیر فشار P

ü  ضریب بالاست عبارتست از فشار لازم برحسب Kg/cm^2 برای تولید یک سانتیمتر فرورفتگی ارتجاعی در بالاست.

مکانیک خط

نیروهای وارد بر خطوط راه آهن

Ø      نیروهای قائم

Ø       نیروهای جانبی (نیروی افقی و عمود بر راستای خط)

Ø       نیروهای طولی (نیروی افقی و در راستای خط)

نیروهای قائم

Ø      نیروهای قائم وارد از چرخ،

Ø      عکس العمل قائم خط که معمولا به شکل فشار رو به بالا ظاهر می شود.

نیروهای جانبی

Ø      مولفه جانبی نیروی اصطکاک بین چرخ و ریل، در محل تماس طوقه با سطح فوقانی

Ø       نیروی جانبی وارد از لبه چرخ به ریل (نیروی هادی)، بصورت تماس ضربه ای

Ø  نیروهای طولی

Ø      تغییر دمای محیط

Ø       ترمز و شتاب گیری قطارها

Ø       نیروی جاذبه در فراز و نشیب

Ø       مولفه نیروی طولی ایجاد شده ناشی از تماس چرخ و ریل در قوس ها

Ø       خرابی های خط (مانند شکستگی درزها و جوش ها، وقوع خزش پلاستیک مجموعه ریل و تراورس و ...)

Ø  ضریب ضربه دینامیکی

ضریب ضربه دینامیکی به پارامترهای زیر وابسته است:

q      تقسیم نامساوی وزن لکوموتیو و واگن ها بین محورها یا چرخ ها در اثر اختلاف سطح، مثلا در فراز و نشیب یا در ناهمواری های خط

q      تقسیم نامساوی بار محور در پیچ که غالبا بوسیله ایجاد اختلاف ارتفاع عرضی (دور) جبران می شود.

q      حرکات تناوبی لکوموتیوها که در اثر آنها بار بعضی از چرخها (رولی) یا بار بعضی از محورها (گالو) تغییر می کند.

q      ترمز گیری و شتابگیری