1. Raita järjestelmänä: viisi kerrosta, yksi kuormapolku
Rautatien rataei ole yksittäinen komponentti vaan suunniteltu järjestelmä. Jokainen pyöräkuorma - kevyestä kiskovaunusta 10 000 -tonniseen raskaaseen-kuljetusjunaan - kulkee samaa reittiä: pyörästä kiskoon, kiinnitysjärjestelmän ja ratapölkkyjen kautta painolastialustaan ja lopuksi pohjaan. Jos jokin kerros toimii huonommin, sen alla olevat kerrokset tuntevat seurauksen. Tässä artikkelissa kuvataan kunkin kerroksen toiminta ja tyypillinen materiaali, minkä jälkeen selitetään radan geometria ja pyörän ja kiskon vuorovaikutus, jotka yhdessä ratkaisevat, onko linja turvallinen, tasainen ja taloudellinen ylläpitää.GNEE RAILjulkaisee tämän viitteen päivittäisestä työstään kiskojen kiinnitysjärjestelmien ja radan komponenttien valmistajana.
| Kerros | Ensisijainen toiminto | Tyypillinen materiaali ja standardi |
|---|---|---|
| Teräskisko | Kuljettaa pyöräkuormia ja ohjaa junaa; jakaa kuorman ratapölkyille | Perliittiteräskiskot standardin EN 13674 (esim. R260, R350HT) tai GB 2585 (esim. U71Mn) mukaan |
| Kiinnitysjärjestelmä | Kiinnittää kiskon nukkujaan; säilyttää raideleveyden ja kiskon kaltevuuden; tarjoaa joustavuutta ja vaimennusta; kestää pitkittäistä virumista | Jousipidikkeet, kiskopehmusteet, olkapäät ja pultit, hyväksytty EN 13481:n mukaan |
| Nukkuja | Siirtää kiskokuormat painolastille; pitää ulottuman ja kiskon kaltevuuden | Esijännitetty betoni standardin EN 13230 mukaan (puu ja teräs sivulinjoilla) |
| Painolastisänky | Jakaa kuormat pohjamaalle; kestää sivuttais- ja pituussuuntaista liikettä; tyhjentää vettä; mahdollistaa geometrian säätämisen tiivistämällä | Murskattu kova kivi standardin EN 13450 mukaan |
| Pohja (muodostelma) | Kantava-perustus, joka tukee koko rakennetta | Tiivistetty maaperä, jossa on suoja- ja kuivatuskerrokset |
2. Kiskot: Kuljeta kuormaa ja ohjaa junaa
Kiskot tekevät kahta työtä kerralla. Ne kantavat pystysuorat pyöräkuormat ja ohjaavat junaa sivusuunnassa pyörän laipan ja kiskon pään välisen kosketuksen läpi. Klassinen kiskon osa on I-muotoinen, ja siinä on kolme osaa: kiskon pää (kulkupinta), uuma (kapea keskiosa) ja jalka (leveä pohja, joka jakaa kuorman kiinnitysjärjestelmään ja ratapölkkyyn). I--muoto keskittää teräksen sinne, missä taivutusjännitys on suurin, ja poistaa sen siellä, missä sillä on vähän vaikutusta -, minkä vuoksi se on hallitseva profiili jokaisessa kiskostandardiperheessä.
Kiskot on määritelty massa per metriä. Kiinan pääradoilla vakioluokat ovat 50 kg/m, 60 kg/m ja75 kg/mper GB 2585; Euroopassa EN 13674 -perhe sisältää 60E1-profiilin noin 60 kg/m, jota käytetään laajalti raskailla päälinjoilla; Pohjois-Amerikan käytäntö (AREMA) käyttää kiskoja, joiden paino on noin 77 kg/m (155 lb/yd) raskaimmilla käytävillä. Raskaammat kiskot kantavat raskaampia kuormia ja kestävät pidempään enemmän materiaalia ja vaativampaa käsittelyä hinnalla.
Vakiokiskojen pituudet ovat 12,5 m ja 25 m Kiinassa, lyhennetyt kiskot toimitetaan kaarevien sisäosien osalta. Kun kiskot on liitetty kalalevyillä ja pulteilla - akiskon liitos- epäjatkuvuus aiheuttaa ylimääräistä pyörän-kiskotörmäystä, joten liitoksia käsitellään raiteen heikkoina kohtina ja niitä huolletaan erityisen huolellisesti. Nykyaikaisilla päälinjoilla käytetään siksi jatkuvaa hitsattua kiskoa (CWR), joka poistaa useimmat liitokset ja parantaa huomattavasti ajon laatua ja komponenttien käyttöikää.
3. Kiinnitysjärjestelmät: Kiinnitä, pidä ja kostuta
Kiinnitysjärjestelmä yhdistää kiskon ratapölköön ja tekee kolme työtä, joita kisko ei voi tehdä yksin. Ensinnäkin se pitää kiskon tiukasti paikoillaan niin, että ulottuma ja kiskon kaltevuus pysyvät toleranssin sisällä. Toiseksi se tarjoaa hallittua joustavuutta: kiskon ja ratapölkkyjen välinen kiskotyyny vaimentaa iskuja ja tärinää ja suojaa sekä ratapölkyä että alla olevaa painolastia. Kolmanneksi se vastustaa kiskojen pitkittäistä virumista - kiskojen hidasta liikettä, joka johtuu vedosta, jarrutuksista ja lämpötilan muutoksista.
Tyypillinen standardin EN 13481 mukainen elastinen kiinnitysjärjestelmä koostuu jousikiinnittimistä (jotka painavat kiskon alas),kiskotyyny(elastinen rajapinta), ratapölkkyyn ankkuroidut olakkeet tai sisäosat sekä kiskotyypin edellyttämät pultit tai eristeet. Radoilla, joilla ryömintä on voimakasta, kiskon ankkurit (virumisenestolaitteet) on kiinnitetty ratapölkkyyn lukitsemaan kiskon pituussuunnassa. Kiinnitysjärjestelmä on erittäin-kulumisen, turvallisuuden-merkittävä komponentti: sen puristusvoima ja joustavuus vaikuttavat suoraan siihen, kuinka kauan radan geometria säilyy huoltojaksojen välillä.
4. Ratkaisut: Levitä kuormaa ja pidä mittarista kiinni
Raapölkyt (siteet) tekevät hiljaisen mutta välttämättömän työn jakaessaan jokaisen keskitetyn kiskokuorman laajemmalle painolastialueelle ja pitämällä kaksi kiskoa oikealla raidevälillä. Nykyaikaisilla päälinjoilla vallitsevat EN 13230 mukaiset esijännitetyt betonipölkyt, koska ne ovat raskaita, jäykkiä ja mitoiltaan vakaita. Puuraapölkyt pysyvät sivulinjoilla ja vaihteiden sisäpuolella, missä joustavuus ja helppokäyttöisyys ovat etuja; teräksisiä ratapölkkyjä käytetään joissakin erikoissovelluksissa.
Pölkkyjä on sijoitettu kiskon varrella - pääradoilla tyypillisesti noin 0,6 metrin etäisyydelle toisistaan - ja kisko on hieman kallistettu sisäänpäin (noin 1:40 monissa verkoissa), jotta pyörän kulutuspinta nojaa kiskon päähän tarkoitetulla kosketusvyöhykkeellä. Pölkkyjen geometria, kiinnitysasento ja mittarin tarkkuus valmistetaan yhdessä eikä niitä säädetä pellolla, minkä vuoksi ratapölkkyjen laatu näkyy suoraan radan geometrian suorituskyvyssä.
5. Painolastipohja ja pohja: Perustus ja viemäröinti
Painolasti on EN 13450 mukaista murskattua kivikerrosta ratapölkkyjen ja pohjan välissä. Se suorittaa neljä toimintoa: jakaa ratapölkkyjen kuormia pohjan yli, vastustaa raiteen sivuttais- ja pitkittäisliikettä (vastus, joka pitää CWR:n vakaana nurjahdusta vastaan kuumalla säällä), tyhjentää veden pois radalta ja antaa huoltohenkilöstölle mahdollisuuden palauttaa geometriaa tampomalla - nostamalla ratapölkkyjä ja pakkaamalla ne uudelleen. Terävä, kulmikas, kova kivi on määritelty juuri siksi, että se lukittuu toisiinsa.
Painolastin alla on pohjamaa (muodostelma), tiivistetty maaperä tai pengerrys, joka on linjan todellinen perusta. Vesi on pohjan päävihollinen: kyllästynyt pohja menettää jäykkyytensä ja pumppaa ylöspäin painolastiin, minkä vuoksi suoja- ja kuivatuskerrokset on suunniteltu osaksi radan rakennetta eikä jätetty sattuman varaan.
Painolastiton (laatta)kisko korvaa painolastipedin jatkuvalla betonialustalla ja betonielementeillä, joihin kiinnitysjärjestelmä ankkuroidaan suoraan. Laattaraite säilyttää geometrian paljon paremmin ajan myötä - ratkaiseva etu nopeilla-nopeuksilla radoilla, joilla huoltoikkunat ovat lyhyitä - korkeamman alkuperäisen rakenteen kustannuksella ja rajoitetun sopeutumiskyvyn maaperän painuessa. Esimerkiksi Kiinan nopea verkko{5}} perustuu suurelta osin laattaratajärjestelmiin.
6. Radan geometria: Mikä tekee radasta turvallisen ja sileän
Radan geometria on radan mitattu kunto, joka ilmaistaan pienenä parametrijoukona, jonka mukaan tarkastajat ja kunnossapidon suunnittelijat elävät. Standardin EN 13848 mukaisesti valvotut ja hyväksytyt ydinparametrit ovat:
| Parametri | Mitä se mittaa | Miksi sillä on merkitystä |
|---|---|---|
| Arvioida | Kahden kiskon pään sisäpintojen välinen etäisyys mitattuna määrätyllä tasolla kulkupinnan alapuolelta (14 mm UIC-käytäntöä kohti); nimellinen standardileveys 1 435 mm | Liian leveä tai liian kapea ulottuma lisää suistumisriskiä ja nopeuttaa kulumista |
| Pituussuuntainen taso | Jokaisen kiskon pystysuora säännöllisyys radalla | Huono taso aiheuttaa dynaamista iskua, matkustajien epämukavuutta ja komponenttien väsymistä |
| Tasaus | Radan keskiviivan vaakasuora säännöllisyys | Virheellinen kohdistus nostaa sivuttaisvoimia ja rasittaa kiinnikkeitä ja painolastia |
| Cross{0}}taso | Korkeusero kahden kiskon välillä; kaarteissa ulkokiskoa nostetaan (kallistus) keskipakovoiman tasapainottamiseksi | Väärä kallistus saa ajoneuvot rullaamaan tai kallistumaan epämukavasti ja kuluttaa matalaa kiskoa |
| Kierre | Risti{0}}tason vaihtelu määritetyn peruspituuden yli | Liiallinen vääntyminen voi purkaa pyörän kokonaan - suora suistumisriski |
Twist ansaitsee painotuksen, koska se on turvallisuusparametri: vaikka mitat, taso ja kohdistus ovat kaikki rajojen sisällä, jyrkkä poikki-tason muutos lyhyellä pituudella - huoltokäytännössä tunnettu "kolmiovirhe" - voi nostaa pyörän irti kiskosta. Geometrian mittaus ei ole enää käsityötä: radantallennusautot ja -kärryt mittaavat kaikki viisi parametria huoltonopeudella, ja poikkeamat trenditetään niin, että huolto suunnitellaan ennen rajojen rikkomista.
7. Pyörän-raidevuorovaikutus lyhyesti
Pyörän{0}}kiskon kosketin on paikka, jossa koko radan rakenne ansaitsee pysyvyyden. Pyörien kulutuspinnat ovat kartiomaisia (nimellinen kartio 1:20), joten kun ajoneuvo siirtyy sivusuunnassa radalla, yhden pyörän tehollinen vierintäsäde kasvaa, kun toinen kutistuu, ja pyöräsarja ohjautuu takaisin kohti keskustaa - itse-keskittyvä käyttäytyminen, joka antaa jäykän pyöräkerran seurata kaarteita liukumatta. Pyörän laippa on turvaverkko: se koskettaa kiskon pään sivua vain mutkissa tai silloin, kun jokin on vialla.
Kuorma keskittyy vain muutaman neliösenttimetrin kosketuspisteeseen, mikä tuottaa satojen megapascalien kosketuspaineita. Tästä syystä kiskoteräs on pää-karkaistu (esimerkiksi R350HT standardin EN 13674 mukaan) raskailla-kuljetus- ja{5}}nopeuksilla radoilla, ja siksi pintavirheitä - kyykkyjä, halkeilua, poimutusta - seurataan osana kiskon huoltoa. Raidegeometria ja pyörän{9}}kiskon kosketus ovat saman turvallisuuskuvan kaksi puoliskoa.
8. Painolastiton tai painolastiton: Raitamuodon valitseminen
Uuden linjan perustavanlaatuinen valinta on painolastiradan ja painolastittoman laattaradan välillä. Ballastoitu tela on halvempi rakentaa, sietää paremmin maaperän painumista ja on helppo säätää tiivistämällä; sen ylläpitokustannukset ovat korkeammat ja sen geometria huononee asteittain raskaassa liikenteessä. Laattaradan rakentaminen maksaa enemmän ja sitä on vaikea korjata vakavan painumisen jälkeen, mutta se pitää geometrian tiukoissa toleransseissa vuosikymmeniä huollolla paljon vähemmän -syynä se hallitsee nopeaa rakentamista-. Vaihteet, joissa junat vaihtavat raiteelta toiselle, jäävät suurelta osin painolastiksi molemmissa järjestelmissä, koska niiden monimutkainen geometria tarvitsee painolastin tarjoamaa säädettävyyttä.
Usein kysytyt kysymykset
Mikä on normaali raideleveys?
Nimellinen standardileveys on 1 435 mm, joka on viiteleveys suurimmalle osalle maailman rataverkosta (UIC-käytännön mukaan). Huomattavia poikkeuksia ovat Venäjä ja IVY-maat (1 520 mm) sekä Intian leveä raide (1 676 mm).
Mitä eroa on painolastilla ja painolastittomalla radalla?
Ballastoitu tela on halpa, säädettävä ja helposti tyhjennettävä, mutta säännöllistä tiivistystä vaativa kivimurska. Painolastiton (laatta) tela korvaa kiven betonialustalla ja elementtilaatoilla, säilyttää geometrian pidempään vähemmällä huollolla korkeammilla rakennuskustannuksilla - tavallinen valinta nopeille linjoille-.
Miksi kiskon{0}}poikkileikkaus on I-kirjaimen muotoinen?
I--muoto asettaa teräksen kohdilleen suurin taivutusjännitys - pään ja jalan - ja poistaa sen keskeltä (uuma), mikä antaa suurimman taivutuskestävyyden teräskiloa kohden, sama logiikka, jota käytetään siltapalkeissa.
Mitä on kiskon ryömintä ja miten sitä ohjataan?
Kiskojen ryömintä on kiskojen hidasta pitkittäisliikettä, joka johtuu vedosta, jarrutuksesta ja lämpötilan muutoksista. Sitä ohjataan kiinnitysjärjestelmän puristusvoimalla ja ratapölkkyyn kiinnitetyillä kiskoankkureilla (-virumisenestolaitteet).
Mikä on radan kierre ja miksi se on vaarallista?
Twist on risti{0}}tason vaihtelu määritetyllä peruspituudella. Terävä vääntö voi tyhjentää pyörän kokonaan, joten sitä pidetään turvallisuus-kriittisenä geometriana parametrina EN 13848:aan perustuvissa tarkastusjärjestelmissä.
Mitkä standardit ohjaavat radan komponentteja?
Keskeisiä eurooppalaisia standardeja ovat EN 13674 (kiskot), EN 13481 (kiinnitysjärjestelmät), EN 13230 (betonipölkky), EN 13450 (painolastiainekset) ja EN 13848 (raiteen geometria). Kiinan käytäntö noudattaa kiskoille GB 2585:tä ja siihen liittyviä kansallisia standardeja; Pohjois-Amerikan käytäntö noudattaa AREMA-spesifikaatioita.
