1. اصـول مهندسـی راه آهـن - بخش دوم Fundamentals of Railway Engineering
مدرس: نوروزی

2. 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

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

4. ریـــل وظایف ریل: اجزاء راه آهن
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

5. تکامل شکل ریل با گذشت زمان
ریــــل
تکامل شکل ریل با گذشت زمان
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

6. تکامل شکل ریل با گذشت زمان
ریــــل
تکامل شکل ریل با گذشت زمان
ریل های L شکل
اعمال دو تغییر عمده
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

7. ریــــل
طبقه بندی ریل ها
وزن
شکل هندسی
طول

8. 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.

9. طبقه بندی بر مبنای شکل هندسی
نمونه زینچه زیر ریل

10. 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

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. ریــــل
انتخاب مقطع ریـل

16. 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

17. تــراورس

18. تراورس وظایف تراورس: اجزاء راه آهن
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

19. طبقه بندی انواع تراورس ها
تراورس فلزی
تراورس چوبی
تراورس بتنی
تراورس کامپوزیت
طبقه بندی براساس جنس

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

21. تراورس های فلزی تراورس مزایا: معایب:
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
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

22. تراورس های بتنی تراورس مزایا: معایب:
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.
معایب:
تمایل شدید به خرد شدن زیر بارهای ضربه ای.
مقاومت خیلی کم در برابر خستگی.

23. تراورس های کامپوزیت تراورس
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.

24. مشخصات هندسی تراورس ها
تراورس های چوبی

25. 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.

26. مشخصات هندسی تراورس ها
تراورس های بتنی

27. تراورس
خط با دال Slab Track

28. تراورس
فاصله تراورس ها
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

29. توزیع نیروهای وارد بر خط
تراورس
توزیع نیروهای وارد بر خط

30. تنش های تولید شده زیر تراورس ها
تراورس مانند یک تیر که در دو طرف بیرون زدگی دارد مدل می شود.
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.

31. اتصـالات

32. اجزاء راه آهن
اتصالات
مجموعه قطعات و موادی است که اتصال ریل به تراورس را مستحکم می کند.
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.

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

34. اجزاء راه آهن
اتصالات صلب

35. اجزاء راه آهن
اتصالات ارتجاعی

36. اجزاء راه آهن
اتصالات ارتجاعی

37. بـــالاســت

38. بالاست وظایف بالاست در راه آهن: 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

39. اعمال قشرهای متفاوت بالاست

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

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

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

43. ضریب بالاست 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.

44. 3- مکانیک خط

45. نیروهای وارد بر خطوط راه آهن
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)

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

47. نیروهای جانبی مکانیک خط
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

48. نیروهای طولی مکانیک خط 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 ...)

49. ضریب ضربه دینامیکی مکانیک خط
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

50. مکانیک خط
درزبندی و ریل های طویل

51. پــایـان