پاورپوینت اصول مهندسی راه آهن

اصـول مهندسـی راه آهـن
Fundamentals of Railway Engineering

سرفصل های درس
فصل اول – مبانی و کلیات
فصل دوم – خط و دستگاه خطوط
فصل سوم – مکانیک خط
فصل چهارم – طرح هندسی قوس ها در راه آهن

مقدمه و تاریخچه راه آهن
خصوصیات و امتیازات راه آهن
آشنایی با روبنای راه آهن
مقاطع عرضی راه آهن
1-1
1-2
1-3
1-4
1- مبانی و کلیات
3

وظایف ریل:
تحمل بارهای چرخ و انتقال آن به تراورس ها
هدایت چرخ ها در طول خط آهن و تامین مهار جانبی جهت حرکت ایمن آن ها
تامین یک سطح هموار جهت حرکت وسایل نقلیه ریلی
توزیع نیروهای طولی ناشی از شتابگیری و ترمز گرفتن قطار بر روی تکیه گاه
رسانای الکتریکی در خطوط برقی
اجزاء راه آهن
ریـــل

کاربرد چوب بعنوان خطوط هدایت کننده در معادن
میخ کاری الوارهایی بطول 1/8 متر بر روی چوب های عرضی
کاربرد تسمه فلزی روی چوب
ریل های چدنی Reynolds
ریــــل
تکامل شکل ریل با گذشت زمان

ریل های L شکل
اعمال دو تغییر عمده
تکامل شکل ریل با گذشت زمان
افزایش عرض پایه ریل در محل تکیه گاه ها، بمنظور کاهش تنش های تماسی و کاستن خطر واژگونی ریل
افزایش تدریجی عمق جان ریل با فاصله گرفتن از دو انتها و نزدیک شدن به قسمت مرکزی ریل، بمنظور افزایش مقاومت خمشی ریل
ریــــل

ریــــل
طبقه بندی ریل ها
شکل هندسی
وزن
طول

طبقه بندی بر مبنای شکل هندسی
ریل های دو قارچی (دارای دو کلاهک)
عمده معایب ریل های دو قارچی:
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.
نصب ادوات اتصال دهنده ریل به تراورس، به علت شکل نامناسب لبه های پایینی ریل بسیار دشوار می باشد.

طبقه بندی بر مبنای شکل هندسی
نمونه زینچه زیر ریل

طبقه بندی بر مبنای شکل هندسی
ریل های پاشنه دار (پاشنه تخت)
مهمترین مزایای ریل های پاشنه دار (Vignole):
ساده شدن ادوات اتصال ریل به تراورس (پابندها)
افزایش مقاومت جانبی و قائم در یک وزن مشخص
ارزان تر بودن نسبت به ریل های دو قارچی
طول عمر بیشتر

طبقه بندی بر مبنای شکل هندسی
ریل های قاشقی
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.

طبقه بندی بر مبنای شکل هندسی
ریل های خاص
مبنای طراحی اغلب این مقاطع مشابه با ریل های پاشنه دار است، با این تفاوت که عمدتاً به علت زیاد بودن بارهای قائم، ضخامت جان ریل بیشتر از ریل های پاشنه دار در نظر گرفته می شود.

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
خطوط با ریل کوتاه
ریل های 18 متری.
خطوط با ریل طویل
ریل هایی با طول بیش از 18 متر.
خطوط با ریل پیوسته
ریل هایی که در تمام طول خود جوشکاری و بهم پیوسته اند.

انتخاب مقطع ریـل
ریــــل

تغییر شکل ارتجاعی ریل
ریــــل
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

تــراورس

انتقال و توزیع صحیح بار از ریل به بالاست
حفظ فاصله ثابت دو رشته ریل
نصب ریل روی تراورس با شیب 1/20 یا 1/40
تامین مقاومت کافی در جهات قائم و افقی
اجزاء راه آهن
تراورس
وظایف تراورس:

تراورس
طبقه بندی انواع تراورس ها

مزایا:
انعطاف پذیری و در نتیجه توزیع بهتر نیروها
برخورداری از خاصیت عایق بودن در مقابل جریان الکتریسیته
ارتفاع کمتر در مقابل تراورس های بتنی
تراورس های چوبی
تراورس
معایب:
عمر نسبتا کوتاه
هزینه های بیشتر
تامین مقاومت جانبی ناچیز به دلیل وزن کم و ساختار ناهمگن

مزایا:
روش تولید، نصب و نگهداری نسبتا آسان
حفظ عرض خط برای مدت نسبتا طولانی و برخورداری از مقاومت جانبی قابل ملاحظه
برخورداری از عمر مفید نسبتا طولانی و قابلیت استفاده پس از تعویض بعنوان آهن قراضه
تراورس های فلزی
تراورس
معایب:
دشواری تنظیم راستای طولی و عرضی تراورس فلزی در خط بدلیل شکل خاص هندسی آن
سروصدای زیاد بواسطه تماس فلز ریل و سایر ادوات اتصال با فلز تراورس
نیاز به استفاده از لوازم عایقکاری الکتریسیته
حساسیت نسبت به مواد شیمیایی بخصوص در خطوط نزدیک مناطق صنعتی و نواحی ساحلی

مزایا:
وزن زیاد تراورس های بتنی موجب پایداری بیشتر آنها در برابر نیروهای وارد بر خط می شود.
می توان بالاست را از دانه های ریزتر و بنابراین ارزان تر انتخاب کرد.
غیر قابل احتراق هستند.
تراورس های بتنی
تراورس
معایب:
تمایل شدید به خرد شدن زیر بارهای ضربه ای.
مقاومت خیلی کم در برابر خستگی.

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 کامپوزیت
تراورس

تراورس های چوبی
مشخصات هندسی تراورس ها

تراورس های فلزی
مشخصات هندسی تراورس ها
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 بتنی
مشخصات هندسی تراورس ها

خط با دال Slab Track
تراورس

فاصله محور به محور تراورس ها به عوامل زیر بستگی دارد:
میزان بار محوری، حجم و سرعت ترافیک
نوع مقطع ریل و میزان مقاومت آن
نوع تراورس
جنس و ضخامت بالاست
ظرفیت تحمل بستر
شرایط هندسی مسیر
فاصله تراورس ها
تراورس

تراورس
توزیع نیروهای وارد بر خط

فرض می شود بار چرخ ها در یک نقطه وارد می شود.
عکس العمل بالاست بصورت یکنواخت در طول 2lexc زیر هر چرخ منظور می شود.
تنش های تولید شده زیر تراورس ها
تراورس
تراورس مانند یک تیر که در دو طرف بیرون زدگی دارد مدل می شود.

اتصـالات

مجموعه قطعات و موادی است که اتصال ریل به تراورس را مستحکم می کند.
اجزاء راه آهن
اتصالات
نیروی شاخک:
عرض خط را در تمامی قسمت های راه آهن حفظ کند.
از لغزش عرضی ریل نسبت به تراورس ها، بویژه در قوس ها، جلوگیری کند.
از چرخش عرضی ریل نسبت به کف آن در اثر نیروهای عرضی جلوگیری کند.

اجزاء راه آهن
انواع اتصالات
تراورس بتنی
تراورس چوبی
تراورس فولادی
صلب
ارتجاعی

اجزاء راه آهن
اتصالات صلب

اجزاء راه آهن
اتصالات ارتجاعی

اجزاء راه آهن
اتصالات ارتجاعی

بـــالاســت

اجزاء راه آهن
توزیع بیشتر تنش های منتقل شده از تراورس ها
تخفیف بیشترین بخش ارتعاشات قطار
مقاومت در برابر جابجایی طولی و جانبی خط
ساده نمودن زهکشی آب باران
وظایف بالاست در راه آهن:
بالاست

بالاست
اعمال قشرهای متفاوت بالاست

بالاست
سختی بالاست
الف) آزمایش دوال
یکی از قدیمی ترین آزمایش ها
نمونه مورد آزمایش با دانه های مکعبی شکل حدود 5 کیلوگرم

بالاست
سختی بالاست
ب) آزمایش لس آنجلس
جدیدتر از آزمایش دوال
5 کیلوگرم نمونه با همراه با 12 گلوله فولادی، 500 دور چرخش استوانه.

بالاست
ضخامت بالاست
بار ترافیکی خط
جنس و طول تراورس
حجم عملیات نگهداری
بار محوری

بالاست
ضریب بالاست
P: فشار وارد بر واحد سطح بالاست
y: نشست ارتجاعی بالاست تحت تاثیر فشار P
ضریب بالاست عبارتست از فشار لازم برحسب Kg/cm^2 برای تولید یک سانتیمتر فرورفتگی ارتجاعی در بالاست.

3- مکانیک خط

نیروهای وارد بر خطوط راه آهن
نیروهای قائم
نیروهای جانبی (نیروی افقی و عمود بر راستای خط)
نیروهای طولی (نیروی افقی و در راستای خط)
مکانیک خط

نیروهای قائم
نیروهای قائم وارد از چرخ،
عکس العمل قائم خط که معمولا به شکل فشار رو به بالا ظاهر می شود.
مکانیک خط

نیروهای جانبی
مولفه جانبی نیروی اصطکاک بین چرخ و ریل، در محل تماس طوقه با سطح فوقانی
نیروی جانبی وارد از لبه چرخ به ریل (نیروی هادی)، بصورت تماس ضربه ای
مکانیک خط

نیروهای طولی
تغییر دمای محیط
ترمز و شتاب گیری قطارها
نیروی جاذبه در فراز و نشیب
مولفه نیروی طولی ایجاد شده ناشی از تماس چرخ و ریل در قوس ها
خرابی های خط (مانند شکستگی درزها و جوش ها، وقوع خزش پلاستیک مجموعه ریل و تراورس و …)
مکانیک خط

ضریب ضربه دینامیکی
ضریب ضربه دینامیکی به پارامترهای زیر وابسته است:
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
تقسیم نامساوی بار محور در پیچ که غالبا بوسیله ایجاد اختلاف ارتفاع عرضی (دور) جبران می شود.
حرکات تناوبی لکوموتیوها که در اثر آنها بار بعضی از چرخها (رولی) یا بار بعضی از محورها (گالو) تغییر می کند.
ترمز گیری و شتابگیری
مکانیک خط

درزبندی و ریل های طویل
مکانیک خط