نشریه شماره ۳۰۱

مشخصات فنی و عمومی روسازی خطوط بالاستی راه آهن، دستورالعمل ارائه مشخصات لازم برای طراحی روسازی مناسب و ایمن برای عبور قطار با سرعت از ۱۶۰ کیلومتر بر ساعت است. نشریه شماره ۳۰۱ بیانگر معیارهای حداقل برای ایمنی است، چنانچه مطالعات خاص و بررسی‌های دقیق‌تر در طراحی روسازی، استفاده از معیارهای بالاتر از معیارهای ارائه شده را نشان می دهد، با ارئه مستندات مربوط به مطالعات و تائید کارفرما می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

روسازی راه آهن

روسازی بدنه اصلی خط آهن است که وظیفه تحمل، انتقال و توزیع بار وارده از چرخ‌های ناوگان به بستر (زیرسازی) را به عهده دارد. روسازی متداول خط آهن از دو ریل ممتد و موازی، تراورس‌های عمود بر ریل، لایه بالاست و زیر دست، ادوات اتصال و عایق بندی آنها تشکیل می‌شود. بالاترین سطح زیر سازی که روسازی راه آهن بر روی آن قرار می‌گیرد بستر خط آهن نام دارد.

خط آهن

مجموعه ریل، صفحه زیر ریل، تراورس، پابند و بالاست یا سایر اجزا جایگزین دیگر که یک سیستم مناسب برای عبور قطار را فراهم می‌سازد، خط آهن نام دارد. ویژگی‌های اصلی یک خط آهن عبارت است.

انتقال بار چرخ‌های قطار به لایه‌های زیرین و کاهش تنش‌های ناشی از آن
کیرایی انرژی و کاهش ضربات وارد به زیر سازی
حفظ مشخصات هندسی لازم در طول زمان
فراهم نمودن یک بستر صاف برای عبور قطار به صورت ایمن و بدون سر و صدا
پایین بودن هزینه‌های احداث، تعمیر و نگهداری تا حد ممکن

اجزا ریل

مقطع ریل از سه جز بخش اصلی کف (پایه)، کلاهک (تاج ریل) و جان (تیغه ریل) تشکیل شده است.

کف ریل قسمتی از ریل است که بر روی ریل است که بر روی تراورس یا صفحات لاستیکی قرار می‌گیرد و نیروهای عمودی و افقی (شامل طولی و عرضی) چرخ را به تکیه گاه‌های زیرین منتقل می‌کند.
کلاهک ریل سخت ترین قسمت ریل است که در تماس مستقیم با چرخ ناوگان عبوری بوده و بیشترین وزن ریل را به خود اختصاص داده است. عمده معایب و خرابی های ریل مروبط به کلاهک ریل است.
جان ریل قسمتی از ریل است که حد واسط بین کف ریل و کلاهک آن است و عهده دار انتقال نیروهای وارده از کلاهک به کف ریل است.

عمر مفید ریل

مدت زمان کارکرد ریل بدون وقوع شکست، سائیدگی و خرابی‌های غیر مجاز عمر مفید ریل نام دارد. عمر مفید ریل به عوامل متعددی بستگی دارد که مهمترین آنها میزان بار ناخالص عبوری سالیانه، بار محوری عبوری، نحوه نگهداری، حداکثر سرعت عبوری، هندسه خط (شعاع قوس ها) و مقاومت خستگی ریل است.

تنش‌های داخلی ریل

تنش های داخلی ریل تحت تاثیر بارهای بهره برداری و اثرات محیطی عبارت است از.

تنش‌های مماسی ناشی از تماس ریل و چرخ
تنش‌های کششی و فشاری ناشی از خمش طولی ریل بر روی بالادست و تراورس
تنش‌های کششی و فشاری ناشی از خمش کلاهک ریل بر روی جان ریل
تنش‌های کششی و فشاری ناشی از انبساط و انقباض تحت تاثیر تغییرات دما
تنش‌های پسماند ناشی از نورد ریل

مجموع تنش‌های فوق نباید از مقاومت مجاز ریل بیشتر باشد. مجموع تنش‌های پسماند ناشی از نورد ریل و تغییرات دما، برای ریل‌های با جوش سراسری و اتصال درزدار، نباید به ترتیب کمتر از ۱۸۰ و ۸۰ مگاپاسکال در نظر گرفته شود.

مقاومت کششی ریل (حد گسیختگی)

مقاومت ریل، حد تنش کششی مجاز یا مقاومت کششی فولاد آن است. مقاومت ریل بر حسب جنس فولاد و سختی ریل متفاوت است. مجموع تمامی تنش‌های وارد بر ریل تحت اثر بار محوری ناوگان عبوری، تنش‌های پسماند ناشی از نورد ریل و تغییرات درجه حرارت محیط، نباید از ۶۰٪ تنش تسلیم فولاد ریل بیشتر باشد.

خستگی ریل

کاهش تدریجی مقاومت ریل ناشی از بارگذاری تناوبی خستگی نام دارد. در صورتیکه تنش موجود در ریل از تنش مجاز خستگی بیشتر شود، ریل دچار شکستگی می‌شود. مقاومت خستگی ریل با افزایش تعداد دفعات بارگذاری تا حدود ۲ میلیون دوره کاهش می‌یابد وپس از ان ثابت می‌ماند.

حداکثر دامنه تغییرات تنش ایجاد شده در ریل (قدر مطلق تفاضل تنش‌های حداکثر و حداقل ایجاد شده در ریل تحت تاثیر بارهای بهره‌برداری با در نظر گرفتن علامت مثبت برای تنش کششی و علامت منفی برای تنش فشاری) نباید از مقادیر مندرج در جدول بیشتر باشد.

مشخصات هندسی و خواص مکانیکی و شیمیایی ریل‌ها در نشریه شماره ۳۰۱

طبیعت دینامیکی بارهای وارد بر ریل، بالا بودن میزان تنش‌های وارده و همچنین لزوم ایجاد یک سطح هموار و مناسب برای عبور چرخ‌های وسیله نقلیه باعث شده تا مشخصات مکانیکی و هندسی ویژه‌ای برای ریل در نظر گرفته شود. مشخصات هندسی و خواص مکانیکی و شیمیایی ریل‌های مورد استفاده باید مطابق ضوابط نشریه شماره ۳۰۱ باشد.

عوامل موثر بر انتخاب ریل

عوامل متعددی بر انتخاب ریل مناسب موثرند که مهمترین این عوامل شامل بار محوری لکوموتیو، بار محوری واگن‌ها، سرعت ناوگان عبوری و بار ناخالص عبوری سالیانه است.

خرابی‌های ریل

معایب داخلی در هنگام تولید ریل و تغییرات خواص هندسی و مکانیکی ریل تحت تاثیر عبور و مرور قطار که امر بهره‌برداری را دچار اختلال سازد، خرابی ریل نام دارد. برخی از خرابی‌های ریل ظاهری است و با مشاهده چشمی یا اندازه‌گیری با ابزار ساده قابل تشخیص است. در صورتی که وجود هر یک از خرابی‌ها در ریل تشخیص داده شود باید سریعاَ نسبت به ترمیم خرابی یا تعویض ریل طبق توصیه‌های نشریه شماره ۳۰۱ در ناحیه خرابی اقدام شود.

سایش ریل

سایش ریل یک از مهمترین عوامل در کاهش طول عمر ریل در خطوط آهن ایران است. سایش خط بهدو صورت سایش چرخ و سایش ریل مشاهده می‌شود. سایش ریل در دو حالت قائم و جانبی و سایش چرخ در دو محل طوقه و فلانج ایجاد می شود به طوری سایش فلانج از اهمیت بیشتری برخوردار است.

عوامل موثر در سایش چرخ و ریل عبارتند از عوامل خط و عوامل آلات ناقله. از جمله مهمترین پارامترهای تاثیرگذار خط در سایش می توان به عرض خط، شیب صفحه زیر ریل، دور و پروفیل تاج ریل اشاره کرد. نا تراز بودن محورهای بی نسبت به هم، نحوه بارگیری و پروفیل چرخ می‌توانند عوامل اساسی دیگر در سایشی چرخ و ریل باشند.

شکست عرضی ریل

این نوع خرابی معمولاَ به صورت ناگهانی و بدون وجود علائم قبلی و بیشتر در مناطق با آب و هوای سرد اتفاق می‌افتد. در صورتی که این نوع خرابی حین عبور قطار ایجاد شود، ممکن است باعث ایجاد سانحه شود. پس از ایجاد شکست ریل، بلافاصله باید نسبت به تعویض ریل اقدام شود.

تراورس طبق تعریف نشریه شماره ۳۰۱

تراورس جز ادوات روسازی خط آهن است. که بین ریل و بالاست قرار می‌گیرند و نیرو را از ریل به بالاست منتقل می‌کنند و در عین حال ثابت ماندن عرض خط را تامین می کنند. شرایط تراورس باید به گونه‌ای باشد که وظایف زیر را به طور انجام دهد.

انتقال و توزیع صحیح بار از ریل به بالاست
ثابت نگه داشتن شیب ۱/۲۰ برای نصب ریل
ارائه مقاومت مکانیکی کافی در جهت های قائم و افقی

تراورس بادید دارای خصوصیات زیر باشند.

باید سطح تماس تراورس با بالاست به اندازه کافی وسیع باشد تا فشار وارد بر بالاست از حد مجاز آن تجاوز نکند.
مقاومت و انعطاف پذیری کافی داشته باشد.
شکل هندسی آن طوری باشدد که مانع از تغییر مکان طولی و عرضی خط شود.
در برابر عوامل جوی پایدار باشد.
در تمامی خطوط با بالاست، استفاده زا تراورس مطابق مشخصات این نشریه اجباری است.

نحوه انتخاب نوع تراورس

انتخاب نوع ترورس باید بر حسب شرایط محیطی، نحوه بهره‌برداری و نگهداری، مشخصات هندسی مسیر، منابع موجود و ملاحظات اقتصادی صورت گیرد. استفاده از تراورس های چوبی دارای مزایایی از قبیل انعطاف پذیری بودن، کاهش سر و صدای قطار، امکان تعمیر ادوات آن در خط و عایق بودن است. استفاده از تراورس چوبی بر روی پل ها و در محل‌هایی که بستر ضعیف داریم توصیه می‌شود. از معیاب تراورس چوبی عمر نسبتاَ کوتاه، هزینه ساخت بالا و مقاومت جانبی کم است.

از مزایای تروارس بتنی این است که به علت وزن زیاد، پایداری بیشتری در برابر نیروهای وارد بر خط داشته و می‌توان از بالاست ریزدانه‌تری در زیر ان استفاده کرد. و همچنین غیر قابل احتراق است. از معایب تراورس بتنی می‌توان به تمایل شدید آن به خرد شدن در زیر بارهای ضربه‌ای اشاره کرد. همچنین مقاومت خستگی در برابر نیروهای متناوب کم است.

استفاده از تراورس فلزیدر تمامی مناطق و خطوط با رعایت هماهنگی آن با نوع ریل و شرایط بهره‌برداری به جز در خطوط آهن برقی، پل‌های فلزی بدون بالاست. محدوده کارخانجات شیمیایی و مناطق کاملاَ مرطوب مجاز است.

دستگاه خطوط

دستگاه خطوط ادواتی هستند که اتصال مسیرهای مختلف ریلی و حرکت وسایل نقلیه ریلی از مسیری به مسیر دیگر را ممکن می‌سازد. این ادوات علاوه بر تامین انعطاف لازم در خطوط ریلی به عملیات مانور در محوطه ایستگاه‌ها نیز کمک می‌کنند. دستگاه خطوط به لحاظ ایمنی از نقاط ضعف خطوط ریلی محسوب می‌شوند. استعداد خروج از خط وسایل نقلیه ریلی در این نقاط نسبت به سایر بخش‌های خط بالاتر است.

این بخش از خطوط ریلی، محدودیت هایی را به لحاظ کاهش سرعت در پی دارد. در طراحی و به کارگیری دستگاه خطوط، وارد زیر می‌بایستی در نظر گرفته شود.

تعداد محدودیت‌های سرعتی که به وجود می‌آورند،‌حداقل باشد و فقط در محل‌هایی قرار گیرند که نیازهای بهره‌برداری حکم می‌کنند.
حداکثر انعطاف پذیری را در بهره‌برداری تامین کنند.
تولید آنها ارزان، نصب آنها ساده و تعویض آنها نیز به سادگی انجام شود.
در مقابل سایش، خوردگی و فرسودگی مقاوم بوده و حداقل نگهداری را لازم داشته باشد.