بخش اول
1-خط عضو اصلی یک راه آهن
به سه زبان مهم بین المللی (انگلیسی- آلمانی و فرانسه) به ترتیب راه آهن را
(EISEN bahn)- Rail road- Rail way کو Chemin de fer می نامند.
در حدود 160 سال از عمر آن می گذرد ولی هنوز نه تنها از اهمیت آن کاسته نشده بلکه روز به روز با ارزش و عظمت آن افزوده می شود.
اساس خط از ابتدا تا کنون تغییر چندانی نکرده و دوریل همچنان بموازات همدیگر راه آهن کشورها را می سازند، در حالی که دیگر قسمت های راه آهن از جمله آلات ناقله که روی ریلهای موازی می غلتند دستخوش تحولاتی محسوس و ملموس برای استفاده کنندگان شده است.
این تحولات و پیشرفت های محسوس در امر آلات ناقله که حاصل زحمات شبانه روزی متخصصین کشورها است در سرعت- بار مفید واگن- تامین نیروی برق- طراحی بدنه و راحتی قسمت های داخلی واگن تجلی پیدا کرده است.
در حقیقت کمتر کسی توجهی به ریلهای بی حرکت و بی صدا که روی زمین گسترده‌اند دارد و در حالی که قطارهای سریع السیر و راحت و لکومتیورهای نیرومند همواره طرف توجه می باشد و اما نباید فراموش کرد که موفقیت های حاصله در بخش آلات ناقله بدون توجه به پیشرفت هم آهنگ و موزون در خط ممکن و میسر نخواهد شد.
معمولا خط هزینه ای معادل تا کل سرمایه گذاری ثابت راه آهن دارد.
خط همواره در معرض تنش های شدید ناشی از قطارهای مسافری سریع السیر و باری سنگینی قرار می گیرد.
اول آنکه وزن وسیله نقلیه را تحمل می کند و دوم آنکه همزمان آن وسیله را هدایت می کند.
نیروهای عمودی و افقی همزمان در اثر حرکت یک وسیله نقلیه در خط ایجاد می شود. و لازم است نتایج آن نیروها در وضعیت استاتیک و دینامیک مورد بررسی و مطالعه قرار گیرد. آنچه مسلم است مجموعه خط از ریل و تراورس و با لاست تشکیل شده و نیروهای وارده را پس از جذب و هم آهنگی بزیرسازی منتقل می کند.
عضو اصلی در خط همانا ریل است که هر دو وظیفه تحمل بار وسیله نقلیه و هدایت آن را اساساً به عهده دارد. بار وارده از چرخ در جهت توزیع نیروها در سطح بیشتر و انتقال آن به بالاست و زیر سازی بین تراورس تقسیم می شود.
ریلها و تراورس ها به وسیله پیچ ها و پا بندی همدیگر بسته شده و سازه واحدی به نام بست خط یا (Panel) را به وجود می آورند. این سازه دارای یک نوع طبیعت است که در برابر نیروهای افقی و عمودی حاصله از حرکت قطارها و تغییرات درجه حرارت محیط مقاومت و پایداری می کند.
2-توجیه فنی و اقتصادی راه آهن
2-1 به لحاظ اندک بودن اصطکاک بین ریل و چرخ نیروی کمتری جهت حرکت وسیله نقلیه لازم است.
2-2 به لحاظ محدودیت انرژی آتیه راه آهن را میتوان فوق العاده توجیه پذیر و روشن پیش بینی کرد.
2-3 راه آهن کمتر موجب آلودگی محیط زیست می شود بالاخص در خطوط برقی.
2-4 راه آهن نیاز کمتری به فضا دارد.
2-5 در مقایسه با سایر سیستم های حمل و نقل زمینی نیاز کمتری به نیروی انسانی دارد.
2-6دارای ایمنی بیشتری است.
2-7 کمتر تحت تاثی رعوامل جوی قرار می گیرد.
اقتصاد جدید دنیا بر پایه نیروی کار استوار شده است. جمعیت همیشه در حال رشد است و اغلب کشورهای جهان در حال پیشرفت هستند. علاوه بر دلایل فوق مسائل سیاسی اجتماعی کشورها رل عمده ای در تعیین و انتخاب موقعیت بخش های تولیدی دارند. پس به لحاظ ملی و بین المللی موسسات اقتصادی به چنان رشدی رسیده اند که اغلب باشکال مساله تامین خدمات حمل و نقل آن میسر و ممکن می شود. لذا سازمان های راه آهن غالباً احداث و بهره برداری از آن را صرفا به خاطر کسب درآمد انجام نمی دهند، بلکه ضرورت دارد موضوع مشکلات سیاسی دولت ها را هم مد نظر داشت و به حساب آورد.
مهندسین راه آهن مسئولیت های بزرگی حتی از دید اجتماعی بعهده دارند. وقتی که بودجه ها محدود است بایستی مهندسین و متخصصین تلاش فنی خود را در جهت چاره جویی و محدود کردن هزینه های احداث و نگهداری راه آهن به کار بگیرند تا با صرف اعتبار و هزینه کمتر و به کار گیری تدابیر و تسهیلات فنی به نتیجه مناسب تری نائل گردند. در بلند مدت احداث راه آهن برای ساکنین منطقه مورد نظر- کار خوشبختی و سعادت بوجود می آورد.
هر راننده اتومبیل می داند که هر چقدر سطح جاده صاف و تمیز باشد اوقا در بطی سرعت های بالا و مسافرت دلپذیری را پیش رو دارد. اما اگر سطح جاده ناصاف و دارای دست اندازهایی باشد راننده مجبور است جهت جلوگیری از خرابی ماشین و تکان هائی که درآن به وجود می آید و صرفه جوئی در قطعات یدکی سرعت خود را کم کند.
در رابطه با راه آهن خط و آلات ناقله عکس العمل های مشابهی روی همدیگر دارند. برعکس سرنشینان اتومبیل مسافرین قطار خط را نمی بینند و از تلاقی و عمل و ناهمواری های خط که موجب تکانهائی در وسیله نقلیه می شود آگاهی مستقیم ندارند و توجه مسافرین معمولا به برنامه حرکت و رسیدن به موقع به مقاصد خود هست. جهت دلپذیر مسافرت با قطار موسسات راه آهن ها برنامه های منظم و با حداقل توقف و محدودیت سرعت پیش بینی و تنظیم می کنند. زیرا در راه آهن مثل جاده عمل جذب و استهلاک ضربات به وسیله چرخ لاستیکی پر شده از هوای فشرده انجام نمی شود بلکه تراز طولی و عرضی خط راه آهن ثابت بوده و محورهای آلات ناقله مستقیما به وسیله چرخ با ریل در تماس هستند و عکس العمل آن موجب لرزش و تکان در آلات ناقله می شود.
پس جهت تقلیل تکان ها و لرزش ها در راه آهن با تقلیل سرعت اقتصادی و دلپذیر نیست بلکه به به کارگیری عملیات نگهداری صحیح و مناسب می توان به نتیجه مطلوب نائل گردید.
در دهه های اخیر راه آهن ها مرتبا در جهت تقلیل هزینه های نگهداری بررسی و تحقیق کرده اند . در این راستا جوشکاری ریل طویل به طور سرتاسری یکی از همین پیشرفت هاست که در مبحث جوشکاری مزایا و محاسن آن از دیدگاه فنی و اقتصادی دیده شده است. با استفاده از ریلهای سنگین نظیر UIC60 با پندهای الاستیک تراورسهای پیش تنیده و بالاست نوع سنگ شکسته رو سازی خط را هر چه بیشتر تقویت کرده و آماده پذیرش حمل و نقل باری و مسافری ایمن و راحت را فراهم آورده است.
بخش دوم
1-ویژگی های ریل:
مقدمه:
وقتی که نیروهای وارده بر ریل را در موقع عبور یک وسیله نقلیه از روی خط بررسی می کنیم ملاحظه می شود ریل دو وظیفه اصلی را در ساختمان خط به عهده دارد. یعنی علاوه از عامین سطح چرخش و هدایت چرخ های وسیله نقلیه به صورت یک تیرسر تا سری نیز عمل می کند.
در اثر عبور چرخ نیروهای دینامیکی بزرگی می شوند و قهراً در اثر این نیروها ممکن است تغییرات فولاد به منطقه پلاستیک نیز کشیده شود. نیروهای متمرکز وارده به سطح چرخش موجب سائیدگی هائی در ریل شده و در نهایت مسائل فوق ایجاب می کند که برای ساخت ریل از فولاد دارای ترکیب شیمیائی خاص و مقاومت بالا استفاده شود.
نیروهائی که از چرخ به ریل وارد می شود از عبور از آن و سایر متعلقات روسازی نهایتا بزیرسازی می رسد این نیروها در چندین تراورس توزیع شده و بعد ببالاست منتقل می‌شود. تنش های خمشی در کف ریل به وجود می آید و علاوه از تنش به وجود آمده ریل در معرض ارتعاشات و ضربان حاصله از نیروهای دینامیک هم قرار می گیرد. لذا برای تامین استقامت خط علاوه از مقاومت فولاد ریل به عنوان یک تیر سرتاسری بایستی مدول مقطع متناسب با نیروهای وارده را داشته باشد.
نتیجه:
از توضیحات فوق نتیجه می گیریم که ریل باید دارای دو ویژگی باشد.
1-1- از فولاد خاصی ساخته شود.
1-2- دارای مقطع خاصی از نظر ارتفاع پهنای کف و تیغه ریل باشد. (یعنی دارای مدول مقطع متناسبی باشد)
2-مقطع ریل و خواص آن:
مقطع ریل از بدو تاسیس راه آهن به شکل های مختلف ساخته شده و در اواسط قرن 19 به صورت پروفیل پایه دار یا Vignole یا Flat botton که در حال حاضر هم راه آهن ها از این نوع مقطع ریل استفاده می کنند درآمده است.
در شکل شماره 1 تغییرات پیوسته ریل از گذشته تا به حال نشان داده شده است.
شکل شماره 1
در اثر بالا رفتن میزان حمل و نقل سرعت و افزایش بارهای محوری Axel Loade وزن متر طول ریل نیز بالا رفته و تا Kg/ m75 نیز رسیده است. در طراحی ریل قارچ ریل که بیشتر از سایر نقاط آن در معرض نیروها قرار داد و معمولا منجر به سایش می شود با مقاومت بالا ساخته می شود همچنین قوس ها و شیب هایی روی آن انتخاب می شود که سطح تماس چرخ راحتی المقدور کم کرده و موجب افزایش فشارهای وارده نگردد. لذا مصرف کنندگان و تولید کنندگان به لحاظ مسائل فنی و اقتصادی ترجیح می دهند استانداردهائی در رابطه با سفارش ساخت- مشخصات فنی- نحوه کنترل جنس رعایت گردد. این مسائل در بین اعضاء اتحادیه بین المللی راه آهن ها (یو-آی-سی) UIC در کلیات رعایت می شود.
اما مشخصات خاص هر پروژه راه آهن تابع پارامترهائی از قبیل میزان حمل و نقل بار محوری سرعت شیب- شعاع قوس ها و غیره می باشد که بایستی متناسب با آن و در چهارچوب استانداردهای تعیین شده مساله انتخاب ریل مورد محاسبه و رعایت قرار گیرد.
مقاطع استاندارد ریل برای مصارف مختلف در شکل شماره 2 ارائه شده است.
شکل شماره 2
3-خواص فولاد ریل:
سنجش مقاومت کششی ریل یا (Tensilestrengh Test) یکی از آزمایش های اساسی است که خواص و ویژگی های لازم در کاربرد ریل را تضمین می کند.
ریل های سخت و ریل های سخت شده به وسیله حرارت به طور متداول در بازارهای جهانی موجود است. و مقاومتی معادل 700-1400 Kg/mm2 که در جدول شماره 1 نشان داده شده است.
به طور کلی و با توجه به کاربردهای مختلف ریل ها را به چهار گروه اصلی تقسیم می‌کنند.
جدول شماره 1
گروه 1- ریل های با مقاومت کشش مینیمم معادل نوع استاندارد یو-آی- سی این نوع ریل به طور چشم گیر در کشورهای اروپائی مثل فرانسه و انگلیس مصرف می شود.
گروه 2- ریلهای بامقاومت کشش مینیمم معادل استانداردهای ASTM و GOST این نوع ریل اختصاصاً در کشور های ایالات متحده آمریکا- شوروی و کانادا تولید و مصرف می شود.
گروه 3- ریل های با مقاومت کششی می نیمم ریل های سخت یا ریل های مقاوم در برابر سائیدگی نامیده می شود. و معادل تیپ های C , A, B استاندارد UIC می باشد.
در حال حاضر راه آهن آلمان فدرال از این نوع ریل های سخت به طول وسیع و چشمگیر در محل قوس ها و خطوط با حمل و نقل و سرعت بیشتر استفاده می کنند.
راه آهن های سوئیس- فرانسه و هلند نوع خاصی از ریل های سخت را بنا به موقعیت محلی مصرف می کنند.
سایر راه آهن های غیر اروپائی را نیز می توان در شمار مصرف کنندگان ریل های سخت نام برد.
گروه 4- مقاومت کششی می نیمم این گروه برابر می باشد. این نوع ریل در راه آهن آلمان فدرال در خطوط با حمل و نقل سنگین و همچنین در کشور سوئیس در خط (Goothard pass Line) گوتاردپاس لاین و خطوط با حمل و نقل مواد خام معدنی مصرف شده است. اصولا ریل های با مقاومت بالا دارای سیلیس بیشتری در فولاد هستند.
این نوع ریل ها با لای استاندارد ASTM و استاندارد UIC قرار دارند. اما در حال حاضر ریل های نوع چندان مصرفی ندارند.
4-نحوه ساخت ریل:
فولاد- طرز تهیه
قسمت اعظم آهن خامی که از کوره بلند به دست می آید جهت تهیه فولاد مورد استفاده قرار می گیرد. تهیه آن به طور خلاصه عبارتند از ذوب آهن خام و از بین بردن مواد خارجی آن که عبارتند از کربن، سیلسیم، منگنز، گوگرد و فسفر و دادن مقدار معینی از کربن به آهن.
روش های صنعتی مختلف تهیه فولاد:
معمولا روش تولید ریل و ریخته گری شمش آن به چهار طریق انجام می شود.
4-1- روش تصفیه فولاد با دمیدن اکسیژن
Steel refined by oxygen blown pricess
4-2- روش زیمنس و مارتین یا کوره های باز
Open heart
4-3- روش کوره های الکتریکی
Electric Process
4-4- روش توماس Thomass Process
هر روش تولآید با علامت قرار دادی خاص روی جان ریل حکاکی می شود که در قسمت علامت گذاری مشروحا بیان می شود.
در این روش ها از 75% آهن خام که دارای فسفر کمی است و 25% آهن قراضه و همچنین افزونه هائی مثل آهک- فلورایت و مواد خام معدنی در معرض آزمایشات متسمر قرار می گیرند.
در جریان ذوب کربن آهن خام سوخته و به گاز Co تبدیل و آزاد می شود. گوگرد و فسفر تا حدودی از مواد مذاب برداشته می شود. هر کدام از این روش ها مزایای مخصوص به خود را دارد. و فولاد حاصل از آنها دارای خواص و مورد استعمال مخصوص به خود می باشد. اما فولاد حاصل از روش کوره های باز خالصتر و مرغوبتر از فولاد حاصل از روش های دیگر است و امروزه فولادهای ساختمانی بیشتر از این روش تهیه می شوند.
مرحله ذوب به وسیله کامپیوتر و تجربه های پی در پی نمونه ها کنترل می شود.
عمل دمیدن اکسیژن تا مرحله ای که میزان کربن به نسبت مورد لزوم در فولاد ریل برسد ادامه پیدا می کند.
در روش ذوب الکتریکی و کوره سرباز از آهن قراضه به نسبت 100% تا 60% استفاده می شود. همچنین تلخیص گوگرد و فسفر به سبک روش دمیدن اکسیژن که قبلا ذکر شد در این روش نیز عمل می شود.
فولاد مذاب می تواند مقدار ارزیابی هیدرژن غیر محلول در خود نگهدارد. برعکس هیدروژن محلول به مقدار خیلی کم در فولاد جامد وجود دارد. اگر هیدروژن محلول به مقدار زیاد به صورت نامحلول در مرحله گداختن باقی بماند و فولاد پس از سرد شدن به طور نرمال نورد بشود بالاخص در رابطه با فولادهای سخت عیب لکه تخم مرغی در قارچ ریل یا (Ovalflaws) بوجود آمده و موجب شکستگی آنی ریل در زیر قطار می شود. در شکل شماره 3 این عیب نشان داده شده است. بدین منظور در حین گداختگی مواد مقدار هیدروژن بایستی به حداقل ممکن مخصوصا درفولاد ریل برسد.
شکل شماره 3
سنجش میزان هیدروژن در حین گداختگی با اندازه گیری های خاص تامین می شود. بر اساس تکنیک موسوم به (S\cotching) و یا با ایجاد خلاء هیدروژن آزاد می شود.
عامل سیلیس- منگنز و تحت شرایطی کروم و سایر عناصر به پاتیل ریخته گری در حین خالی کردن مواد مذاب اضافه می شود. ترکیب شیمیایی آهن قراضه و فولاد و تغییرات آن در حین تصفیه و تبدیل نهائی به ریل در ظرف چند دقیقه با اسپکترومترهای مدرن با تغییر الکترونیکی می شود.
بنابراین ریل هائی که با روش های فوق و توام با آزمایشات و کنترل های اشاره شده تولید بشود از نظر ترکیبات شیمیائی کاملا هموژن و یکنواخت بوده و خواص مکانیکی و مهندسی قابل قبولی را دار خواهد بود. در عکس های حقیقی که نشانگر وجود عیب های لکه تخم مرغی در قارچ ریل است از آلبوم یو-آی-سی تحت شماره های 211 تا 123 نشان داده شده است.
ضمناً در ساخت ریل شمش های تهیه شده و غنی وزنی در حدود 7-5 دارند (ingot) برای آنکه سطح ریل کاملاً محکم و مقاوم باشد در آلمان Krupp Metallurgical کروپ برای تهیه شمش از سیستم قالب های شمش سربالا که در شکل شماره 4 ارائه شده است استفاده می شود. Up hill group teeming process در این روش مواد مذاب از قسمت پائینی قالب به وسیله قیفی پس از عبور از آجرهای نسوز وارد می شود.
پس از برداشتن قالب ها شمش ها را داخل کوره ها گذاشته و پس از گرم کردن آن به مدت چند ساعت و رساندن آن به حرارت مورد نیاز نورد و تبدیل به ریل آماده میگردد.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 53 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلودمقاله بررسی خطوط راه اهن –ریل راه اهن
