ความเสถียรของรางเชื่อมอย่างต่อเนื่อง (CWR): อุณหภูมิเป็นกลางของราง ความเครียดจากความร้อน และการป้องกันการโก่งงอ

1. รางเชื่อมอย่างต่อเนื่องคืออะไร และเหตุใดความเสถียรจึงมีความสำคัญ

A รางเชื่อมอย่างต่อเนื่องถูกสร้างขึ้นโดยการเชื่อมแบบแฟลชชนตามความยาวรางมาตรฐาน (โดยทั่วไปคือ 12.5–25 ม.) จากต้นจนจบเป็นสายยาวที่อาจยาวได้หนึ่งกิโลเมตรหรือมากกว่านั้น โดยมีข้อต่อขยายที่ปลายของแต่ละสายเท่านั้น เมื่อเปรียบเทียบกับรางข้อต่อแบบทั่วไป ประโยชน์ที่ได้รับการบันทึกไว้อย่างดีในทางปฏิบัติทางวิศวกรรมรางรถไฟ: ข้อต่อที่น้อยลงหมายถึงผลกระทบแบบไดนามิกที่น้อยลง เสียงที่ลดลง การสึกหรอบนราง ล้อ และหมอนรองน้อยลง และการทำงานประจำที่น้อยกว่ามากกับราวข้อต่อ สลักเกลียว และพุก นี่คือเหตุผลว่าทำไม CWR จึงเป็นมาตรฐานสำหรับเส้นทางหลัก สายหลัก -สายความเร็วสูง และเส้นทางลากจูงหนัก-

ข้อเสีย-ก็คือรางเชื่อมล็อคติดตั้งด้วยระบบยึด อุปกรณ์ป้องกัน-การคืบคลาน และบัลลาสต์เบด ไม่สามารถหดตัวหรือยืดได้อย่างอิสระเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง การออกแบบจึงต้องเป็นไปตามข้อกำหนดสองข้อที่ขัดแย้งกันในคราวเดียว: ในวันที่อากาศร้อนที่สุด รางจะต้องไม่เอียงไปด้านข้าง และในคืนที่หนาวที่สุด รางจะต้องไม่แตกหัก ในทางวิศวกรรมการติดตาม นี่คือโหมดความล้มเหลวสองโหมดของ CWR -ติดตามการโก่งในฤดูร้อนและการแตกหักของรางในฤดูหนาว - และทั้งสองถูกควบคุมโดยพารามิเตอร์เดียวกัน: อุณหภูมิที่เป็นกลางของราง

2. ความเครียดของอุณหภูมิและแรงของอุณหภูมิในรางที่ถูกล็อค

เหล็กจะขยายตัวเมื่อถูกความร้อน และหดตัวเมื่อถูกความเย็น รางอิสระจะเปลี่ยนความยาวเป็น ΔL=· L · ΔT โดยที่คือค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นของเหล็กราง (โดยทั่วไปประมาณ 11.8 × 10⁻⁶ / องศาสำหรับเหล็กรางเพิร์ลไลติกต่อข้อมูลเกรด EN 13674-1) L คือความยาวเดิม และ ΔT คือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ แสดงต่อความยาวหน่วย ความเค้นความร้อนอิสระคือ:

ε = · ΔT

เมื่อเชือกเชื่อมถูกล็อคแล้ว ระบบยึด อุปกรณ์ป้องกัน-การคืบ และสายรัดบัลลาสต์เบดจะป้องกัน - หรือป้องกัน - การเคลื่อนไหวอย่างอิสระเป็นส่วนใหญ่ การเสียรูปที่ถูกจำกัดจะถูกแปลงเป็นความเค้นตามแนวแกนและแรงภายในราง สำหรับรางหน้าตัด-พื้นที่หน้าตัด A และโมดูลัสความยืดหยุ่น E:

σ = E · ε = E · · ΔT | F = σ · A = E · A · · ΔT

สิ่งเหล่านี้เป็นความสัมพันธ์มาตรฐานที่ใช้ในการออกแบบ CWR (สูตรหายไปจากบทความต้นฉบับ เวอร์ชันด้านบนใช้คำจำกัดความทางวิศวกรรมทั่วไปที่มี E คือโมดูลัสความยืดหยุ่นของเหล็ก A พื้นที่หน้าตัดของราง- ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น และ ΔT การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของรางที่วัดจากอุณหภูมิที่เป็นกลางของราง)

ตัวอย่างการทำงาน (ตัวอย่างการคำนวณ ต่อค่าการออกแบบ):สำหรับรางทั่วไปขนาด 60 กก./ม. ที่มีพื้นที่หน้าตัด-ประมาณ 77.45 ซม.² โดยใช้ E data 2.06 × 10⁵ MPa และ data 11.8 × 10⁻⁶ / องศา แรงในแนวแกนจะเปลี่ยนแปลงโดยประมาณ18.8 กิโลนิวตันต่อองศาการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิราง หากอุณหภูมิของรางสูงขึ้น 50 องศาเหนืออุณหภูมิที่เป็นกลางของราง รางจะรับแรงอัดตามแนวแกนประมาณ 940 กิโลนิวตัน (ประมาณ 96 ตัน) การลดลง 40 องศาทำให้เกิดความตึงเครียดประมาณ 750 กิโลนิวตัน ตัวเลขเหล่านี้แสดงค่าขนาดที่แน่นอนเพียง - เท่านั้นที่เป็นไปตามเกรดราง ส่วนตัด และมาตรฐานการออกแบบที่เกี่ยวข้อง

ในฤดูร้อน เมื่ออุณหภูมิของรางสูงขึ้นเหนืออุณหภูมิที่เป็นกลางของราง รางต้องการที่จะเติบโตแต่ทำไม่ได้ ดังนั้นจึงเข้าไปข้างในการบีบอัด. ในฤดูหนาว เมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า RNT รางอยากจะหดตัวแต่ทำไม่ได้ จึงเข้าไปข้างในความเครียด. ความเครียดนี้เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิล้วนๆ เรียกว่าความเครียดจากอุณหภูมิ โหลดตามแนวแกนบนส่วนตัดขวางของราง-คือแรงอุณหภูมิ

ความเครียดจากอุณหภูมิในราง CWR ที่ถูกล็อค: การบีบอัดเหนืออุณหภูมิที่เป็นกลางของราง แรงดึงด้านล่าง

ตารางแนวคิด: ความเครียดของอุณหภูมิและอุณหภูมิที่เป็นกลางของราง

3. อุณหภูมิเป็นกลางของราง (อุณหภูมิล็อคราง): เกณฑ์มาตรฐานของการคำนวณความเครียดทุกครั้ง

อุณหภูมิที่เป็นกลางของราง - ในทางปฏิบัติการรถไฟจีนเรียกว่าอุณหภูมิรางล็อค - คืออุณหภูมิรางในขณะที่มีการวางสายเชื่อมยาว รัดให้แน่นจนสุด และติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันการคืบและที่ยึดปลาย ที่อุณหภูมินี้พอดี แรงอุณหภูมิตามแนวแกนจะเป็นศูนย์ ด้วยเหตุนี้ บางครั้งจึงเรียกว่า "อุณหภูมิรางอิสระ-ความเครียด" ชื่อนั้นถูกต้องเฉพาะที่จุดเดียวเท่านั้น: ที่อุณหภูมิรางอื่นๆ รางจะรับแรงตามแนวแกน ดังนั้น CWR จึงไม่ใช่โครงสร้างที่ปราศจากความเครียด- "ไร้รอยต่อ" หมายถึง การไม่มีข้อต่อ ไม่ใช่การไม่มีความเครียด

การเลือก RNT: ตั้งค่าให้สูงกว่าอุณหภูมิรางเฉลี่ยประจำปีในท้องถิ่นเล็กน้อย เพื่อให้สมดุลระหว่างการบีบอัดในช่วงฤดูร้อนและความตึงเครียดในฤดูหนาว

เนื่องจาก RNT เป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับ ΔT การเลือกจะตัดสินว่ารางจะรับแรงอัดมากน้อยเพียงใดในวันที่ร้อนที่สุด และความตึงเครียดในคืนที่หนาวที่สุด ตามแนวทางปฏิบัติในการออกแบบทางรถไฟของจีน (TB 10015-2012) โดยทั่วไปอุณหภูมิรางล็อคจะถูกเลือกให้สูงกว่าอุณหภูมิรางเฉลี่ยรายปีในท้องถิ่นเล็กน้อย - ประมาณจุดกึ่งกลางระหว่างอุณหภูมิสูงสุดต่ำสุดและต่ำสุดในท้องถิ่น เพื่อให้แรงอัดในฤดูร้อนและความตึงเครียดในฤดูหนาวมีความสมดุลโดยประมาณ ในทางปฏิบัติเดียวกัน อุณหภูมิรางสูงสุดในท้องถิ่นโดยทั่วไปจะสูงกว่าอุณหภูมิอากาศสูงสุดในท้องถิ่นประมาณ 20 องศา ในขณะที่อุณหภูมิรางต่ำสุดจะเท่ากับอุณหภูมิอากาศต่ำสุดโดยประมาณ

เหตุใดจึง "สูงกว่าเล็กน้อย" ถึงค่าเฉลี่ย? การเพิ่ม RNT จะช่วยลดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นสำหรับการบีบอัดในช่วงฤดูร้อน ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงในการโก่งงอในสภาพอากาศร้อน ราคาจะตึงเครียดในช่วงฤดูหนาวอีกเล็กน้อย ซึ่งเป็นการแลกเปลี่ยนที่ยอมรับได้- หากตั้งค่า RNT ต่ำเกินไป การบีบอัดในช่วงฤดูร้อนจะเพิ่มขึ้นและความเสี่ยงในการโก่งงอจะเพิ่มขึ้น หากตั้งค่าไว้สูงเกินไป ความตึงเครียดในฤดูหนาวจะเพิ่มมากขึ้นและความเสี่ยงต่อการแตกหักก็จะเพิ่มขึ้น

RNT เป็นพื้นฐานสำหรับการคำนวณช่วงอุณหภูมิของราง ดังนั้นจึงต้องบันทึกสำหรับทุกสายที่เชื่อมและเก็บรักษาไว้กับบันทึกการติดตาม งานติดตามที่รบกวนราง - การ-การตอก การยก การแกว่ง การต่ออายุบัลลาสต์ การเปลี่ยนราง - เปลี่ยนอุณหภูมิที่เป็นกลาง หาก RNT สูญหายหรือลอยออกไปนอกหน้าต่างที่อนุญาต จะต้องได้รับการแก้ไข

4. ความเสี่ยงด้านความมั่นคง: การโก่งงอของรางในฤดูร้อน รางรถไฟแตกหักในฤดูหนาว

4.1 ติดตามการโก่งงอ

การโก่งงอของรางคือความไม่มั่นคงด้านข้างของรางที่เชื่อมอย่างต่อเนื่องภายใต้แรงอัดสูง เมื่ออุณหภูมิของรางสูงกว่า RNT มาก รางที่ถูกล็อคจะมีการบีบอัดตามแนวแกนขนาดใหญ่ เทียบได้กับการโหลดคอลัมน์ที่เรียวยาว เมื่อต่ำกว่าแรงวิกฤต รางจะตั้งตรงเนื่องจากฐานบัลลาสต์ ไม้หมอน และตัวยึดยึดไว้กับที่ นอกเหนือจากแรงดังกล่าวแล้ว การยึดเหนี่ยวด้านข้างจะถูกเอาชนะ และรางก็โค้งงอไปด้านข้างเป็นคลื่นที่แหลมคม - โดยทั่วไปเรียกว่าหงิกงอดวงอาทิตย์ รางรถไฟไม่ตรง เกจอาจกว้างขึ้น และรถไฟตกราง

ปัจจัยสนับสนุนได้รับการยอมรับอย่างดีในด้านวิศวกรรมสนามแข่ง: อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างมากเหนือ RNT, การดริฟท์หรือการตั้งค่า RNT ไม่ถูกต้อง, ความต้านทานด้านข้างลดลง (ความกว้างไหล่ของบัลลาสต์ไม่เพียงพอ, เปลว่าง, หมอนรองที่ยังไม่-แน่นหรือหลวม, รางถูกรบกวนเมื่อเร็วๆ นี้), เส้นโค้ง และรางคืบที่เคลื่อนเชือกออกจากจุดยึด

การป้องกันเกิดขึ้นโดยตรงจากกลไก:

• ตั้งค่าและป้องกัน RNT- เลือกอย่างถูกต้องในการติดตั้ง และ-สร้างใหม่หลังจากงานรางใดๆ ที่รบกวนราง

• รักษาเบาะรองนั่งอับเฉา- รักษาไหล่บัลลาสต์ตามความกว้างที่ออกแบบ จัดเปลให้เต็ม และบีบให้เหมาะสมหลังเลิกงาน ความต้านทานบัลลาสต์ด้านข้างคือสิ่งที่แรงอัดต้องเอาชนะ

• ยึดและป้องกันการคืบ{0}}ให้แน่นการยึดรางแบบยืดหยุ่น แผ่นรองราง และพุก - ให้การยึดตามยาวและด้านข้าง- ซึ่งช่วยให้รูปทรงของรางมีเสถียรภาพ

• ตรวจสอบอุณหภูมิรางในคลื่นความร้อน- หน่วยลาดตระเวนติดตาม และหากใช้ จะมีการวัดอุณหภูมิรางเทียบกับ RNT ภายใต้กฎความปลอดภัยของสนามแข่งของสหรัฐอเมริกา (49 CFR ส่วนที่ 213) สนามแข่ง CWR ที่ RNT ถูกรบกวนหรือสูญหายจะต้องได้รับการฟื้นฟูหรือป้องกันโดยการจำกัดความเร็ว ผู้ปฏิบัติงานจำนวนมากใช้ความระมัดระวังเพิ่มเติมเมื่ออุณหภูมิรางที่วัดได้สูงกว่า RNT อย่างมาก โดยมีขีดจำกัดที่แม่นยำซึ่งกำหนดโดยมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง

4.2 การแตกหักของรางฤดูหนาว

ในสภาพอากาศเย็นจัด รางรถไฟจะรับแรงดึงอย่างรุนแรง ข้อบกพร่องที่มีอยู่แล้ว- - การเชื่อมที่ไม่ดี ข้อบกพร่องภายใน การกัดกร่อน หรือ-ความล้าในระยะยาว - จะทำให้ความตึงเครียดนั้นเข้มข้นจนกว่ารางจะขาด การแตกหักสามารถเปิดช่องว่างที่กว้างพอที่จะทำให้รถไฟตกรางได้ ดังนั้นการแตกหักในฤดูหนาวจึงเป็นรูปแบบความล้มเหลวขั้นวิกฤติอันดับสองของ CWR

การป้องกันขึ้นอยู่กับ: เกรดเหล็กรางต้านทานการแตกหัก-ที่ระบุตาม EN 13674-1 หรือ UIC 861; รอยเชื่อมเสียงที่ทำและตรวจสอบตามมาตรฐาน EN 14587-1 (การเชื่อมแบบ flash butt) และ EN 14730-1 (การเชื่อมด้วยอลูมิเนียมความร้อน) การตรวจจับข้อบกพร่องด้วยอัลตราโซนิกของรางและรอยเชื่อมเป็นประจำตามกำหนดเวลาที่กำหนด และการควบคุม RNT เพื่อไม่ให้ความตึงเครียดในฤดูหนาวเกินขอบเขตการออกแบบ

5. CWR กับลู่วิ่งแบบธรรมดา

6. การบำรุงรักษา: การบรรเทาความเครียดและการซ่อมแซมราง

• คลายเครียด.เมื่อการวัดแสดงให้เห็นว่า RNT เคลื่อนออกไปนอกหน้าต่างที่อนุญาต - ตัวอย่างเช่น หลังจาก-ตอก การยก การแกว่ง หรือการบริการที่ยาวนาน - รางถูกตัดที่จุดที่เลือก อนุญาตให้ขยายหรือหดตัวได้อย่างอิสระภายใต้เงื่อนไขที่ได้รับการควบคุม จากนั้น-ยึดและล็อคใหม่- เพื่อให้การออกแบบ RNT กลับคืนมา การบรรเทาความเครียดเป็นวิธีการรักษามาตรฐานสำหรับอุณหภูมิที่เป็นกลางที่สูญหายหรือลอยไป และดำเนินการภายใต้ขั้นตอนของมาตรฐานการบำรุงรักษาที่เกี่ยวข้อง (ในประเทศจีน กฎการบำรุงรักษาที่เกี่ยวข้องกับวัณโรค 10015-2012)

• ซ่อมราง.รอยเชื่อมที่ชำรุดหรือการแตกหักของรางได้รับการซ่อมแซมโดยการตัดส่วนที่เสียหายออกแล้วเชื่อมเป็นชิ้นใหม่: การเชื่อมด้วยอะลูมิเนียมความร้อน (เทอร์ไมต์) เป็นวิธีการทั่วไปของไซต์งาน ซึ่งมีคุณสมบัติตาม EN 14730-1; การเชื่อมแบบ flash butt มีคุณสมบัติตาม EN 14587-1 ใช้ในโรงงานและเครื่องเชื่อมแบบเคลื่อนที่สำหรับการก่อสร้างใหม่และการต่ออายุขนาดใหญ่ หลังจากการซ่อมแซม รอยเชื่อมจะถูกกราวด์ฟลัช ตรวจสอบโดยการทดสอบอัลตราโซนิก และตรวจสอบ RNT เพื่อให้สายกลับคืนสู่สภาพการออกแบบ

• บทบาทของระบบยึดสิ่งเหล่านี้จะไม่ทำงานหากไม่มีโซ่ยึด: เตียงบัลลาสต์ หมอนหนุน และระบบยึด - รางยางยืดแผ่นรางและพุกต้านการคืบคลาน- - เป็นสิ่งที่เปลี่ยนอุปกรณ์ยึดบัลลาสต์ให้กลายเป็นการยึดตามยาว-และความมั่นคงด้านข้าง สภาพของสิ่งเหล่านี้เป็นอินพุตโดยตรงต่อความเสถียรของ CWR ซึ่งเป็นสาเหตุที่การตรวจสอบตัวยึดจึงเป็นส่วนหนึ่งของรอบการบำรุงรักษา CWR ทุกรอบ

7. คำถามที่พบบ่อย

ไตรมาสที่ 1 รางไร้รอยต่อ (CWR) ปราศจากความเครียด-เลยใช่ไหม

ไม่ รางจะปราศจากความเครียด-ที่อุณหภูมิเป็นกลางของรางเท่านั้น - อุณหภูมิในขณะที่ล็อคเข้าที่ เหนือ RNT รางอยู่ในการบีบอัด ต่ำกว่า RNT มีความตึงเครียด "ไร้รอยต่อ" หมายความว่ารางไม่มีข้อต่อ ไม่ใช่ว่าไม่มีแรงตึง

ไตรมาสที่ 2 อุณหภูมิเป็นกลางของราง (RNT) คืออะไร?

คืออุณหภูมิรางที่รางเชื่อมยาวถูกล็อคเข้าที่ และแรงอุณหภูมิตามแนวแกนเป็นศูนย์ การคำนวณความเสถียรของ CWR ทุกครั้งจะใช้อุณหภูมิรางปัจจุบัน ΔT=− RNT

ไตรมาสที่ 3 อะไรทำให้เกิดการโก่งของราง และจะป้องกันได้อย่างไร?

แรงอัดสูง - อุณหภูมิรางที่สูงกว่า RNT - มากเกินขอบเขตด้านข้างของฐานบัลลาสต์ ไม้หมอน และอุปกรณ์ยึด และผลักรางไปด้านข้าง การป้องกัน: การเลือกและบันทึก RNT ที่ถูกต้อง การบำรุงรักษาบ่าอับเฉา การยึดแน่นและพุกต้านการคืบ- และการตรวจสอบอุณหภูมิระหว่างคลื่นความร้อน โดยมีข้อจำกัดด้านความเร็วเมื่อกฎที่เกี่ยวข้องกำหนด (เช่น. 49 CFR ส่วนที่ 213)

ไตรมาสที่ 4 เหตุใดราง CWR จึงแตกหักได้ในฤดูหนาว

ความเย็นลึกทำให้เกิดแรงตึงในแนวแกนที่รุนแรง ข้อบกพร่องในการเชื่อมหรือรางจะเน้นไปที่ความตึงเครียดนั้นจนกว่ารางจะขาด การตรวจจับข้อบกพร่องด้วยอัลตราโซนิกเป็นประจำ เกรดเหล็กต้านทานการแตกหัก- และการควบคุม RNT ที่ถูกต้องช่วยรักษาความเสี่ยงให้อยู่ภายในขีดจำกัดการออกแบบ

คำถามที่ 5 การบรรเทาความเครียดคืออะไร และจำเป็นเมื่อใด?

การบรรเทาความเครียดช่วยฟื้นฟูการออกแบบ RNT โดยการตัดราง ปล่อยให้ขยายหรือหดตัวได้อย่างอิสระ และ-ล็อกอีกครั้ง จำเป็นหลังจากงานรางที่รบกวนรางหรือเมื่อการวัด RNT แสดงว่าค่าเบี่ยงเบนไปนอกหน้าต่างที่อนุญาต

คำถามที่ 6 CWR เปรียบเทียบกับรางข้อต่อแบบธรรมดาอย่างไร

CWR ถอดข้อต่อออกเพื่อการขับขี่ที่นุ่มนวลขึ้น ลดแรงกระแทกแบบไดนามิก และบำรุงรักษาตามปกติน้อยลง แต่ต้องมีการจัดการ RNT ที่มีระเบียบวินัย การควบคุมบัลลาสต์ และการตรวจสอบรอยเชื่อม รางข้อต่อดูดซับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่ข้อต่อ แต่ต้องจ่ายค่าบำรุงรักษาข้อต่อและการสึกหรอแบบไดนามิก

สำหรับผู้ซื้อระบบรางและวิศวกรราง ข้อความที่ใช้งานได้จริงนั้นเรียบง่าย: รางที่เชื่อมอย่างต่อเนื่องเป็นโครงสร้างที่มีประสิทธิภาพสูง-เฉพาะเมื่อคำนึงถึงอุณหภูมิที่เป็นกลางของราง มีการบำรุงรักษาฐานบัลลาสต์และส่วนยึด และรอยเชื่อมได้รับการตรวจสอบตามกำหนดเวลาที่ตายตัว