1. Hvað er stöðugt soðin tein og hvers vegna skiptir stöðugleiki máli?
A samfellt soðið járnbrauter mynduð af leiftursuðu stöðluðum járnbrautarlengdum (venjulega 12,5–25 m) enda til enda í langa strengi sem geta gengið í kílómetra eða meira, með þenslusamskeytum aðeins á endum hvers strengs. Í samanburði við hefðbundna samskeyti eru kostir vel skjalfestir í brautarverkfræði: færri samskeyti þýðir minna kraftmikið högg, minni hávaði, minna slit á teinum, hjólum og svölum og mun minni venjubundin vinna á samskeytum, boltum og akkerum. Þess vegna er CWR staðalbúnaður á aðallínum,-háhraðalínum og þungum-leiðum.
Málið-er að soðið tein erlæstá sínum stað með festingarkerfinu,-vörn gegn skriðbúnaði og kjölfesturúminu. Það getur ekki minnkað eða teygt frjálslega þegar hitastig breytist. Hönnun þarf því að uppfylla tvær andstæðar kröfur í einu: á heitasta degi má brautin ekki sveigjast til hliðar og á köldustu nóttu má brautin ekki brotna. Í brautarverkfræði eru þetta tvær bilunarstillingar CWR -spor bucklingá sumrin ogjárnbrautarbrotá veturna - og báðum er stjórnað af sömu færibreytunni: hlutlausu hitastigi brautarinnar.
2. Hitaálag og hitakraftur í læstri braut
Stál þenst út við upphitun og dregst saman við kælingu. Frjáls járnbraut myndi breyta lengd um ΔL=· L · ΔT, þar sem er línulegur stækkunarstuðull járnbrautarstáls (venjulega um 11,8 × 10⁻⁶ / gráðu fyrir perlulaga járnbrautarstál samkvæmt EN 13674-1 einkunnargögnum), L er upprunalega lengdin og ΔT er hitabreytingin. Gefið upp fyrir hverja lengdareiningu er frjálsi varmastofninn:
ε = · ΔT
Þegar soðnu strengurinn hefur verið læstur koma festingarkerfið, -vörn gegn skriðbúnaði og festingar í kjölfesturúmi í veg fyrir - eða að mestu leyti í veg fyrir - þá frjálsu hreyfingu. Aflöguninni er breytt í ásálag og kraft inni í járnbrautinni. Fyrir braut með þversniðsflatarmáli A og mýktarstuðul E:
σ = E · ε = E · · ΔT | F = σ · A = E · A · · ΔT
Þetta eru stöðluðu tengslin sem notuð eru í CWR hönnun (formúlurnar vantaði í upprunalegu greinina; útgáfan hér að ofan notar hefðbundnar verkfræðilegar skilgreiningar með E mýktarstuðul stáls, A þversniðsflatarmál járnbrauta, línulega stækkunarstuðul og ΔT járnbrautarhitabreytingu mæld frá hlutlausu hitastigi brautarinnar).
Unnið dæmi (reikningsdæmi, eftir hönnunargildum):fyrir dæmigerða 60 kg/m braut með þversniðsflatarmáli um 77,45 cm², með E ≈ 2,06 × 10⁵ MPa og ≈ 11,8 × 10⁻⁶ / gráðu, breytist áskrafturinn um u.þ.b.18,8 kN á gráðuaf járnbrautarhitabreytingum. Ef járnbrautarhitinn fer 50 gráður yfir hlutlausan hitastig brautarinnar, ber járnbrautin um 940 kN (≈ 96 tonn) af axial þjöppun; 40 gráðu fall framleiðir um það bil 750 kN spennu. Þessar tölur sýna aðeins stærðargildið - nákvæm gildi fylgja járnbrautarstiginu, hlutanum og viðeigandi hönnunarstaðli.
Á sumrin, þegar brautarhiti fer yfir hlutlausa brautarhitastigið, vill brautin vaxa en getur það ekki, svo hún fer íþjöppun. Á veturna, þegar hitastigið fer niður fyrir RNT, vill járnbrautin minnka en getur það ekki, svo hún fer íspennu. Þetta álag sem stafar eingöngu af hitabreytingunni er kallað hitaálag; ásálagið á þversnið járnbrautarinnar- er hitakrafturinn.
Hitaálag í læstri CWR braut: þjöppun fyrir ofan hlutlausan hitastig brautarinnar, spenna fyrir neðan það.
Hugmyndatafla: hitaálag og hlutlaust hitastig
| Hugtak | Tákn / formúla | Verkfræðileg merking |
|---|---|---|
| Línulegur stækkunarstuðull | ≈ 11,8 × 10⁻⁶ / gráðu | Lenging á hverja lengdareiningu á gráðu fyrir perlitískt járnbrautarstál (venjuleg gildi samkvæmt EN 13674-1 einkunnargögnum) |
| Frjáls hitauppstreymi | ε = · ΔT | Hlutfallsleg lengdarbreyting sem frjáls (óheft) tein myndi sýna |
| Mýktarstuðull | E ≈ 2,06 × 10⁵ MPa | Ásstífleiki járnbrautarstáls |
| Hitaálag | σ = E · · ΔT | Ásspenna í læstri braut af völdum hitabreytingarinnar ΔT |
| Hitakraftur | F = E · A · · ΔT | Áskraftur sem verkar á þversnið járnbrautarinnar-; þjöppun fyrir ofan RNT, spenna fyrir neðan RNT |
| Rail hlutlaus hitastig (RNT) | - (viðmiðunarstaður) | Hitastig járnbrauta við læsingu; áshitakrafturinn er núll á þessum tímapunkti |
| Track lagningu hitastig | - (gluggi) | Valinn járnbrautarhitagluggi til að leggja soðið strenginn þannig að endanleg RNT lendi rétt |
3. Hlutlaus hitastig járnbrauta (læsa brautarhitastig): viðmið hvers streituútreiknings
Hlutlaus hitastig járnbrauta - í kínverskri járnbrautarvenju sem kallast læsingarhitastig - er járnbrautarhitastigið á því augnabliki sem langi soðinn strengurinn er lagður, festingar eru að fullu hertar og skriðvarnarbúnaður og endafestingar eru settar upp. Við nákvæmlega þetta hitastig er áshitakrafturinn núll. Af þessum sökum er það stundum kallað „álagshiti-frjáls járnbrautarhitastig“. Það nafn er aðeins rétt á þessum eina punkti: við annað hvert járnbrautarhitastig ber járnbrautin áskraft, þannig að CWR er ekki-álagslaus mannvirki. "Óaðfinnanlegur" vísar til skorts á liðum, ekki skorts á streitu.
RNT val: stillt örlítið yfir staðbundnu árlegu meðalhitastigi járnbrauta til að jafna sumarþjöppun og vetrarspennu.
Vegna þess að RNT er viðmiðunin fyrir ΔT ræður val hans hversu mikla þjöppun járnbrautin mun bera á heitasta degi og hversu mikla spennu á kaldustu nóttinni. Samkvæmt kínverskri járnbrautarhönnun (TB 10015-2012), er hitastig læsingarteina almennt valið örlítið yfir staðbundnu árlegu meðalhitastigi járnbrautar - um það bil miðpunktinn á milli staðbundins hámarks- og lágmarkshitastigs - þannig að sumarþjöppun og vetrarspenna haldist nokkurn veginn í jafnvægi. Í sömu framkvæmd er staðbundið hámarkshitastig járnbrautar almennt talið um 20 gráður yfir staðbundnu hámarkshitastigi lofthita, en lágmarkshiti járnbrautar er nokkurn veginn jafn lágmarkslofthita.
Hvers vegna "örlítið fyrir ofan" meðaltalið? Að hækka RNT dregur úr hitahækkuninni sem er tiltæk fyrir sumarþjöppun, sem dregur úr hættu á buckling í heitu veðri; verðið er aðeins meiri vetrarspenna, sem er ásættanleg viðskipti-. Ef RNT er stillt of lágt, vex sumarþjöppun og hætta á buckling eykst; ef stillt er of hátt vex vetrarspenna og beinbrotahætta eykst.
RNT er grundvöllur útreikninga á hitastigi járnbrautanna, þannig að það verður að skrá fyrir hvern soðinn streng og varðveita með brautarskránum. Teinavinnu sem truflar járnbrautina - aftur-stimplun, lyftingu, beygingu, endurnýjun kjölfestu, járnbrautarskipti - breyta hlutlausu hitastigi. Ef RNT týnist eða hefur rekið út fyrir leyfilegan glugga þarf að leiðrétta það.
4. Stöðugleikaáhætta: brautarbeygja á sumrin, járnbrautarbrot á veturna
4.1 Beygja brautir
Sporbeygla er hliðaróstöðugleiki stöðugt soðinnar járnbrautar undir miklum þrýstikrafti. Þegar járnbrautarhiti hækkar langt yfir RNT, ber læsta járnbrautina mikla axial þjöppun, sambærilegt við að hlaða mjótt súlu. Fyrir neðan mikilvægan kraft helst brautin bein vegna þess að kjölfesturúmið, svifurnar og festingar halda henni á sínum stað; handan við þann kraft er hliðraðhaldinu yfirunnið og teinin beygist til hliðar í snörpri bylgju - sem almennt er kölluð sólbeygju. Brautin misjafnar, mælirinn getur breikkað og lestir fara út af sporinu.
Áhrifavaldar eru vel þekktir í brautarverkfræði: Mikil hitastig yfir RNT, rekið eða rangt stillt RNT, veikt hliðarviðnám (ófullnægjandi axlarbreidd kjölfestu, tómar vöggur, ó-þjappaðar eða lausar svifrúm, nýlega truflað braut), beygjur og teinaskrið sem hefur fært festingarnar í burtu frá festingum sínum.
Forvarnir koma beint af vélbúnaðinum:
- Stilltu og vernda RNT- veldu það rétt við uppsetningu og-komdu það aftur upp eftir allar lagfæringar sem trufla brautina.
- Viðhalda festingu kjölfesturúmsins- haltu kjölfestuöxlinni í hönnunarbreidd, haltu vöggum fullum og tappaðu rétt eftir vinnu; hlið kjölfestuviðnám er það sem þrýstikrafturinn verður að sigrast á.
- Haltu festingum og-vörn gegn skriðbúnaði þéttum- teygjanlegar járnbrautarfestingar, járnbrautarpúðar og festingar veita lengdar- og hliðarhaldið-niður sem heldur rúmfræði brautarinnar stöðugri.
- Fylgstu með hitastigi járnbrauta í hitabylgjum- brautareftirlit og, þar sem það er notað, járnbrautarhitamæling gegn RNT. Samkvæmt bandarískum brautaröryggisreglum (49 CFR Part 213), verður CWR braut þar sem RNT hefur verið raskað eða glatað að vera endurheimt eða vernduð með hraðatakmörkunum; margir rekstraraðilar beita viðbótar varúðarráðstöfunum þegar mældur járnbrautarhiti fer vel yfir RNT, með nákvæmum mörkum settum af viðeigandi staðli.
4.2 Vetrarbrautarbrot
Í djúpum kulda ber járnbrautina mikla spennu. Fyrir-galli - léleg suðu, innri galli, tæringu eða langtíma-þreyta - einbeitir þeirri spennu þar til teinin brotnar. Brot getur opnað nógu breitt bil til að fara af spori lestar, svo vetrarbrot er önnur mikilvæga bilunaraðferð CWR.
Forvarnir byggjast á: brotþolnu-járnbrautarstáli sem tilgreint er samkvæmt EN 13674-1 eða UIC 861; hljóðsuðu gerðar og skoðaðar í samræmi við EN 14587-1 (flassstoðsuðu) og EN 14730-1 (álvarma suðu); regluleg úthljóðsgallagreining á teinum og suðu á fastri áætlun; og RNT stjórn þannig að vetrarspenna fari ekki út fyrir hönnunarsvið.
5. CWR vs hefðbundin samskeyti
| Hluti | Sameinuð braut | Stöðugt soðin tein (CWR) |
|---|---|---|
| Samskeyti | Á 12,5–25 m fresti | Aðeins á endum soðinna strengja (öndunarhlutar) |
| Hjóla og högg | Mikil kraftmikil áhrif á hvern lið | Slétt, lítið kraftmikið áhrif |
| Venjulegt viðhald | Tíðar: samskeyti, boltar, endur-festing, skemmdir á sofa nálægt liðum | Lægra venjubundið vinnuálag; agaðri RNT og skoðunarstjórnun krafist |
| Hitahegðun | Liðir gleypa þenslu og samdrátt | Hitabreytingum er breytt í læstan-áskraft; RNT er tilvísunin |
| Dæmigert notkun | Auka-, iðnaðar- og léttar línur | Aðallínur, há-hraðalínur, þungar-leiðir |
6. Viðhald: Álagslosun og járnbrautarviðgerðir
- Streitulosun.Þegar mælingar sýna að RNT hefur rekið út fyrir leyfilegan glugga -, til dæmis eftir endur-pressun, lyftingu, snúningi eða langri þjónustu - er teininn skorinn á völdum stað, leyft að stækka eða dragast frjálslega saman við stýrðar aðstæður, síðan aftur-fest og aftur-læst þannig að hönnun RNT sé endurreist. Streitulosun er staðlað úrræði fyrir glataðan eða svínað hlutlaust hitastig og er framkvæmt samkvæmt verklagsreglum viðeigandi viðhaldsstaðals (í Kína, viðhaldsreglurnar sem tengjast TB 10015-2012).
- Járnbrautarviðgerðir.Gölluð suðu eða járnbrautarbrot er lagfært með því að skera út skemmda hlutann og suðu í nýtt stykki: aluminothermic (thermite) suðu er algeng staðsetning, uppfyllt EN 14730-1; leiftursuðu, sem uppfyllir EN 14587-1, er notuð í verksmiðjum og á færanlegum suðuvélum fyrir nýbyggingar og endurnýjun í stórum stíl. Eftir viðgerð er suðuna slípuð, skoðuð með ultrasonic prófun, og RNT er athugað svo strengurinn fari aftur í hönnunarástand sitt.
- Hlutverk festingarkerfisins.Ekkert af þessu virkar án aðhaldskeðjunnar: kjölfesturúmið, svífurnar og festingarkerfið - teygjanlegar teinafestingar,járnbrautarpúðarog andstæðingur-skríðfestingar - eru það sem breyta kjölfestuhaldinu í lengdarhald-niður og hliðarstöðugleika. Ástand þeirra er beint inntak til CWR stöðugleika, þess vegna er skoðun festinga hluti af hverri CWR viðhaldslotu.
7. Algengar spurningar
Q1. Er óaðfinnanlegur (CWR) teinn algjörlega streitulaus-?
Nei. Teinn er-laus við streitu aðeins við hlutlausa teinahitastigið - hitastigið þegar það var læst á sínum stað. Fyrir ofan RNT er járnbrautin í þjöppun; fyrir neðan RNT er það í spennu. „Óaðfinnanlegur“ þýðir að járnbrautin hefur enga samskeyti, ekki að hún hafi enga spennu.
Q2. Hvað er hlutlaus hitastig járnbrauta (RNT)?
Það er járnbrautarhitastigið sem langa soðnu járnbrautin var læst á sínum stað og þar sem áshitakrafturinn er núll. Sérhver CWR stöðugleikaútreikningur notar ΔT=núverandi járnbrautarhitastig − RNT.
Q3. Hvað veldur brautarbeygju og hvernig er komið í veg fyrir það?
Mikill þrýstikraftur - járnbrautarhiti langt yfir RNT - fer yfir hliðarþvingun kjölfesturúmsins, svifna og festinga og ýtir brautinni til hliðar. Forvarnir: rétt RNT val og skrár, viðhaldnar kjölfestuaxlir, þéttar festingar og -vörn gegn skriðfestingum, og hitastigseftirlit á hitabylgjum, með hraðatakmörkunum þegar krafist er samkvæmt gildandi reglum (td. 49 CFR Part 213).
Q4. Af hverju getur CWR járnbraut brotnað á veturna?
Djúpur kuldi framkallar sterka axial spennu. Suðu- eða brautagalli einbeitir þeirri spennu þar til brautin brotnar. Regluleg úthljóðsgallagreining, brotþolnar -stálflokkar og rétt RNT-stýring halda áhættunni innan hönnunarmarka.
Q5. Hvað er streitulosun og hvenær er þörf á henni?
Álagslosun endurheimtir hönnun RNT með því að klippa brautina, láta hana stækka eða dragast frjálslega saman og aftur-læsa hana. Það er nauðsynlegt eftir brautarvinnu sem trufla brautina eða þegar RNT mælingar sýna að gildið hefur rekið út fyrir leyfilegan glugga.
Q6. Hvernig er CWR samanborið við hefðbundna samskeyti?
CWR fjarlægir samskeytin fyrir sléttari ferð, minni kraftmikil högg og minna venjubundið viðhald, en það krefst agaða RNT stjórnun, kjölfestuaðhald og suðuskoðun. Samskeyti gleypa hitabreytingar við samskeyti en greiða fyrir það í liðum viðhaldi og kraftmiklu sliti.
Fyrir járnbrautakaupendur og brautarverkfræðinga eru hagnýtu skilaboðin einföld: Stöðugt soðin járnbraut er aðeins-afkastamikil uppbygging þegar hlutlaus hitastig brautarinnar er virt, kjölfesturúmi hennar og festingum er viðhaldið og suðu hennar eru skoðaðar samkvæmt föstu áætlun.
