1. Kas ir nepārtraukti metināta sliede un kāpēc stabilitātei ir nozīme?
A nepārtraukti metināta sliedetiek veidots, metinot standarta sliedes garumus (parasti 12,5–25 m) no gala līdz galam garās virknēs, kas var stiept kilometru vai ilgāk, ar izplešanās savienojumiem tikai katras virknes galos. Salīdzinājumā ar tradicionālo savienoto sliežu ceļu priekšrocības ir labi dokumentētas sliežu ceļu inženierijas praksē: mazāk savienojumu nozīmē mazāku dinamisku triecienu, mazāku troksni, mazāku sliežu, riteņu un gulšņu nodilumu un daudz mazāk rutīnas darbu pie savienojuma stieņiem, skrūvēm un enkuriem. Tāpēc CWR ir standartaprīkojums galvenajās līnijās,{4}}ātrgaitas līnijās un smagos{5}}satiksmes maršrutos.
Kompromiss-ir tas, ka metinātas sliedes irbloķētavietā ar stiprinājumu sistēmu, pret{0}}šļūdei un balasta gultni. Tas nevar sarukt vai brīvi izstiepties, mainoties temperatūrai. Tāpēc konstrukcijai vienlaikus jāatbilst divām pretrunīgām prasībām: karstākajā dienā sliežu ceļi nedrīkst sašķiebties uz sāniem, un aukstākajā naktī sliedes nedrīkst saplīst. Sliežu ceļu inženierijā šie ir divi CWR atteices režīmi -sliežu ceļa izliekšanāsvasarā unsliežu lūzumsziemā -, un abus kontrolē viens un tas pats parametrs: sliežu neitrālā temperatūra.
2. Temperatūras stress un temperatūras spēks bloķētā sliedē
Tērauds karsējot izplešas un atdzesējot saraujas. Brīvās sliedes garums mainītos par ΔL=· L · ΔT, kur ir sliedes tērauda lineārās izplešanās koeficients (parasti aptuveni 11,8 × 10⁻⁶/grādi perlītiskajiem sliežu tēraudiem saskaņā ar EN 13674-1 klases datiem), L ir sākotnējais garums un temperatūras izmaiņas ΔT. Izsakot uz garuma vienību, brīvā termiskā deformācija ir:
ε = · ΔT
Kad metinātā aukla ir bloķēta, stiprinājumu sistēma, pret-slīdes ierīces un balasta gultnes ierobežotājs neļauj - vai lielā mērā novērst - šo brīvo kustību. Ierobežotā deformācija tiek pārveidota par aksiālo spriegumu un spēku sliedes iekšpusē. Sliedei ar šķērsgriezuma laukumu -A un elastības moduli E:
σ = E · ε = E · · ΔT | F = σ · A = E · A · · ΔT
Šīs ir CWR projektēšanā izmantotās standarta attiecības (sākotnējā rakstā trūka formulas; iepriekš minētajā versijā ir izmantotas parastās inženiertehniskās definīcijas ar E ir tērauda elastības modulis, A ir sliedes šķērsgriezuma -griezuma laukums, lineārās izplešanās koeficients un ΔT ir sliedes temperatūras izmaiņas, ko mēra no sliedes neitrālās temperatūras).
Nostrādātais piemērs (aprēķinu piemērs, katrai konstrukcijas vērtībām):tipiskai 60 kg/m sliedei ar šķērsgriezuma laukumu aptuveni 77,45 cm², izmantojot E ≈ 2,06 × 10⁵ MPa un ≈ 11,8 × 10⁻⁶/grādi, aksiālais spēks mainās aptuveni par18,8 kN uz grādudzelzceļa temperatūras izmaiņas. Ja sliedes temperatūra paaugstinās par 50 grādiem virs sliedes neitrālās temperatūras, sliedes aksiālā saspiešana ir aptuveni 940 kN (≈ 96 tonnas); 40 grādu kritums rada aptuveni 750 kN spriegumu. Šie skaitļi ilustrē tikai lielumu - precīzas vērtības, kas atbilst sliežu slīpumam, posmam un piemērojamajam projektēšanas standartam.
Vasarā, kad sliežu temperatūra paaugstinās virs sliežu neitrālās temperatūras, sliedes vēlas augt, bet nevar, tāpēc tas ieplūstsaspiešana. Ziemā, kad temperatūra nokrītas zem RNT, sliede vēlas sarukt, bet nevar, tāpēc tā ieietspriedze. Šo stresu, ko izraisa tikai temperatūras izmaiņas, sauc par temperatūras stresu; aksiālā slodze uz sliežu šķērsgriezumu-ir temperatūras spēks.
Temperatūras spriegums bloķētā CWR sliedē: kompresija virs sliedes neitrālās temperatūras, spriegums zem tās.
Koncepcijas tabula: temperatūras spriegums un sliedes neitrāla temperatūra
| Koncepcija | Simbols / Formula | Inženierzinātņu nozīme |
|---|---|---|
| Lineārais izplešanās koeficients | ≈ 11,8 × 10⁻⁶ / grāds | Pagarinājums uz garuma vienību uz grādu perlīta sliežu tēraudam (tipiskās vērtības atbilstoši EN 13674-1 klases datiem) |
| Bezmaksas termiskais celms | ε = · ΔT | Relatīvā garuma maiņa parādītu brīvu (nepiespiestu) sliedi |
| Elastības modulis | E ≈ 2,06 × 10⁵ MPa | Sliežu tērauda aksiālā stingrība |
| Temperatūras stress | σ = E · · ΔT | Aksiālais spriegums bloķētā sliedē, ko izraisa temperatūras izmaiņas ΔT |
| Temperatūras spēks | F = E · A · · ΔT | Aksiālais spēks, kas iedarbojas uz sliežu{0}}šķērsgriezumu; kompresija virs RNT, spriegums zem RNT |
| Sliežu neitrālā temperatūra (RNT) | - (atskaites punkts) | Sliedes temperatūra bloķēšanas brīdī; aksiālās temperatūras spēks šajā brīdī ir nulle |
| Trases ieklāšanas temperatūra | - (logs) | Izvēlēts sliedes temperatūras logs metinātās auklas ieklāšanai, lai gala RNT piezemētos pareizi |
3. Sliedes neitrālā temperatūra (bloķējošā sliedes temperatūra): katra stresa aprēķina etalons
Sliežu neitrālā temperatūra - Ķīnas dzelzceļa praksē, ko sauc par bloķēšanas sliedes temperatūru -, ir sliežu temperatūra brīdī, kad tiek uzlikta garā metinātā aukla, pilnībā pievilkti stiprinājumi un uzstādītas pret-šļūdes ierīces un gala stiprinājumi. Tieši šajā temperatūrā aksiālais temperatūras spēks ir nulle. Šī iemesla dēļ to dažreiz sauc par "stress{5}}brīvās sliedes temperatūru". Šis nosaukums ir precīzs tikai šajā vienā punktā: pie katras otrās sliedes temperatūras sliede veic aksiālo spēku, tāpēc CWR nav sprieguma{7}}brīva struktūra. "Bezšuvju" attiecas uz savienojumu neesamību, nevis uz stresa neesamību.
RNT izvēle: iestatiet nedaudz virs vietējās gada vidējās sliedes temperatūras, lai līdzsvarotu vasaras kompresiju un ziemas spriegumu.
Tā kā RNT ir atsauce uz ΔT, tā atlase nosaka, cik lielu kompresiju sliede izturēs karstākajā dienā un cik lielu spriedzi aukstākajā naktī. Saskaņā ar Ķīnas dzelzceļu projektēšanas praksi (TB 10015-2012) sliežu bloķēšanas temperatūra parasti tiek izvēlēta nedaudz virs vietējās gada vidējās sliežu temperatūras - aptuveni viduspunktā starp vietējo ekstremālo maksimālo un minimālo sliežu temperatūru, lai vasaras kompresija un ziemas spriegums būtu aptuveni līdzsvaroti. Tādā pašā praksē vietējā maksimālā sliežu temperatūra parasti tiek uzskatīta par aptuveni 20 grādiem virs vietējās maksimālās gaisa temperatūras, savukārt minimālā sliežu temperatūra ir aptuveni vienāda ar minimālo gaisa temperatūru.
Kāpēc "nedaudz virs" vidējā? RNT paaugstināšana samazina vasaras kompresijai pieejamo temperatūras paaugstināšanos, kas samazina izliekšanās risku karstā laikā; cena ir nedaudz vairāk ziemas spriedzes, kas ir pieņemams{0}}izlaidums. Ja RNT ir iestatīts pārāk zems, palielinās vasaras kompresija un palielinās izliekšanās risks; ja tas ir iestatīts pārāk augstu, ziemas spriedze palielinās un palielinās lūzumu risks.
RNT ir pamats sliežu temperatūras diapazona aprēķināšanai, tāpēc tas ir jāreģistrē katrai metinātajai virtei un jāsaglabā trases ierakstos. Sliežu ceļa darbi, kas traucē sliežu - re-bampināšana, celšana, pagriešana, balasta atjaunošana, sliežu nomaiņa - maina neitrālo temperatūru. Ja RNT ir nozaudēts vai ir izslīdējis ārpus sava atļautā loga, tas ir jālabo.
4. Stabilitātes riski: sliežu ceļa izliekšanās vasarā, sliežu lūzums ziemā
4.1. Sliežu ceļa izliekums
Sliežu ceļa izliekšanās ir nepārtraukti metinātas sliedes sānu nestabilitāte liela spiedes spēka ietekmē. Kad sliedes temperatūra paaugstinās daudz virs RNT, bloķētā sliede veic lielu aksiālo kompresiju, kas ir salīdzināma ar slaidas kolonnas noslogošanu. Zem kritiskā spēka trase paliek taisna, jo balasta gultne, gulšņi un stiprinājumi notur to vietā; pārsniedzot šo spēku, sānu ierobežojums tiek pārvarēts, un sliedes noliecas uz sāniem ar asu vilni -, ko parasti sauc par saules saliekumu. Sliežu ceļš ir nepareizi novietots, sliežu platums var paplašināties un vilcieni noskrien no sliedēm.
Veicinošie faktori ir labi zināmi sliežu ceļu projektēšanā: liela temperatūras paaugstināšanās virs RNT, novirzīta vai nepareizi iestatīta RNT, vājināta sānu pretestība (nepietiekams balasta plecu platums, tukšas gultiņas, nesaspiesti vai vaļīgi gulšņi, nesen traucēta sliežu ceļi), līkumi un sliežu šļūde, kas ir attālinājusi auklu no enkuriem.
Profilakse izriet tieši no mehānisma:
- Iestatiet un aizsargājiet RNT- izvēlieties to pareizi uzstādīšanas laikā un-atjaunojiet to pēc jebkura sliežu ceļa darba, kas traucē sliežu ceļu.
- Uzturiet balasta gultas stiprinājumu- turiet balasta plecu paredzētajā platumā, turiet gultiņas pilnas un pareizi sablīvējiet pēc darba; sānu balasta pretestība ir tā, kas jāpārvar spiedes spēkam.
- Turiet stiprinājumus un pretslīdes ierīces-stingras- elastīgie sliežu stiprinājumi, sliežu paliktņi un enkuri nodrošina garenvirziena un sānu noturību-uz leju, kas notur sliedes ģeometriju stabilu.
- Pārraugiet sliežu temperatūru karstuma viļņos- sliežu ceļu patruļas un, ja tiek izmantota, sliežu temperatūras mērīšana pret RNT. Saskaņā ar ASV trases drošības noteikumiem (49 CFR Part 213), CWR trase, kuras RNT ir traucēta vai pazaudēta, ir jāatjauno vai jāaizsargā ar ātruma ierobežojumiem; daudzi operatori piemēro papildu piesardzības pasākumus, tiklīdz izmērītā sliežu temperatūra paaugstinās krietni virs RNT, ar precīzām robežām, ko nosaka piemērojamais standarts.
4.2. Ziemas sliežu lūzums
Dziļā aukstumā sliede nes spēcīgu spriedzi. Iepriekš esošs defekts - slikta metināšana, iekšējs defekts, korozija vai ilgstošs-nogurums - koncentrē šo spriegumu, līdz sliede pārtrūkst. Lūzums var atvērt pietiekami platu spraugu, lai izsistu no sliedēm vilcienu, tāpēc lūzums ziemā ir otrais kritiskais CWR atteices veids.
Profilakse balstās uz: pret lūzumiem{0}}izturīgām sliežu tērauda kategorijām, kas norādītas EN 13674-1 vai UIC 861; skaņas metināšanas šuves, kas izgatavotas un pārbaudītas atbilstoši EN 14587-1 (sadurmetināšana) un EN 14730-1 (aluminotermiskā metināšana); regulāra ultraskaņas defektu noteikšana sliedēm un metinātām šuvēm pēc noteikta grafika; un RNT kontrole, lai ziemas spriegums neizaug ārpus projektētā diapazona.
5. CWR pret parasto savienoto sliežu ceļu
| Aspekts | Savienota trase | Nepārtraukti metināta sliede (CWR) |
|---|---|---|
| Locītavas | Ik pēc 12,5–25 m | Tikai metināto stīgu galos (elpošanas posmos) |
| Brauciens un ietekme | Augsta dinamiska ietekme katrā locītavā | Gluda, zema dinamiska ietekme |
| Kārtējā apkope | Bieži: savienojumu stieņi, bultskrūves, atkārtota{0}}enkurošana, gulšņu bojājumi savienojumu tuvumā | Mazāka ikdienas darba slodze; nepieciešama disciplinēta RNT un inspekcijas vadība |
| Temperatūras uzvedība | Savienojumi absorbē izplešanos un kontrakciju | Temperatūras izmaiņas tiek pārveidotas par fiksētu{0}}aksiālā spēka iedarbībā; RNT ir atsauce |
| Tipisks lietojums | Sekundārās, rūpnieciskās un vieglās līnijas | Galvenās līnijas, ātrgaitas{0}}līnijas, smago{1}}satiksmes maršruti |
6. Apkope: stresa mazināšana un sliežu remonts
- Stresa mazināšana.Ja mērījumi liecina, ka RNT ir izslīdējis ārpus atļautā loga -, piemēram, pēc atkārtotas-blīvēšanas, pacelšanas, pagriešanas vai ilgas ekspluatācijas -, sliedes tiek nogrieztas izvēlētajā vietā, atļauts kontrolētos apstākļos brīvi izplesties vai sarauties, pēc tam no jauna-piestiprināt un{4}}bloķēt, lai atjaunotu dizaina RNT. Stresa mazināšana ir standarta līdzeklis pret neitrālas temperatūras zudumu vai novirzīšanos, un tā tiek veikta saskaņā ar piemērojamā tehniskās apkopes standarta procedūrām (Ķīnā apkopes noteikumi, kas saistīti ar TB 10015-2012).
- Sliežu remonts.Bojātu metinājumu vai sliedes lūzumu salabo, izgriežot bojāto daļu un metinot jaunā gabalā: aluminotermiskā (termīta) metināšana ir izplatīta darba vietas metode, kas kvalificēta atbilstoši EN 14730-1; zibspuldzes sadurmetināšana, kas kvalificēta atbilstoši EN 14587-1, tiek izmantota rūpnīcās un mobilajās metināšanas iekārtās jaunām celtniecībām un liela mēroga atjaunošanai. Pēc remonta metinātā šuve tiek noslīpēta, pārbaudīta ar ultraskaņas testu, un tiek pārbaudīts RNT, lai virkne atgrieztos paredzētajā stāvoklī.
- Stiprinājuma sistēmas loma.Nekas no tā nedarbojas bez ierobežošanas ķēdes: balasta gultnes, gulšņiem un stiprinājumu sistēmas - elastīgajiem sliežu stiprinājumiem,sliežu paliktņiun pretslīdes enkuri - ir tie, kas pārvērš balasta ierobežotāju gareniskā noturēšanā- un sānu stabilitātē. To stāvoklis ir tiešs CWR stabilitātes ieguldījums, tāpēc stiprinājumu pārbaude ir daļa no katra CWR apkopes cikla.
7. Bieži uzdotie jautājumi
Q1. Vai bezšuvju (CWR) sliede ir pilnīgi bez stresa{1}}?
Nē. Sliede ir bez spriedzes-tikai pie sliedes neitrālās temperatūras - temperatūras brīdī, kad tā tika nofiksēta vietā. Virs RNT sliede ir kompresijā; zem RNT tas ir saspringumā. "Bezšuvju" nozīmē, ka sliedei nav savienojumu, nevis to, ka tai nav spriedzes.
Q2. Kas ir sliežu neitrālā temperatūra (RNT)?
Tā ir sliedes temperatūra, pie kuras garā metinātā sliede tika nofiksēta vietā un pie kuras aksiālais temperatūras spēks ir nulle. Katrs CWR stabilitātes aprēķins izmanto ΔT=pašreizējo sliedes temperatūru − RNT.
Q3. Kas izraisa sliežu ceļa izliekšanos un kā to novērst?
Augsts spiedes spēks - sliedes temperatūra daudz virs RNT - pārsniedz balasta gultnes, gulšņu un stiprinājumu sānu ierobežošanu un nospiež sliedi uz sāniem. Profilakse: pareiza RNT izvēle un ieraksti, uzturēti balasta pleci, cieši stiprinājumi un pretslīdes enkuri, kā arī temperatūras uzraudzība karstuma viļņu laikā ar ātruma ierobežojumiem, ja to pieprasa piemērojamie noteikumi (piem., . 49 CFR Part 213).
Q4. Kāpēc CWR sliede var saplīst ziemā?
Dziļš aukstums rada spēcīgu aksiālo spriedzi. Metināšanas vai sliedes defekts koncentrē šo spriegojumu, līdz sliede saplīst. Regulāra ultraskaņas defektu noteikšana, pret lūzumiem izturīgas tērauda kategorijas un pareiza RNT kontrole saglabā risku projektēšanas robežās.
Q5. Kas ir stresa mazināšana un kad tas ir nepieciešams?
Stresa mazināšana atjauno RNT dizainu, nogriežot sliedi, ļaujot tai brīvi izplesties vai sarauties un atkārtoti{0}}nofiksēt. Tas ir nepieciešams pēc sliežu ceļa darbiem, kas traucē sliežu ceļu vai kad RNT mērījumi liecina, ka vērtība ir izslīdējusi ārpus atļautā loga.
Q6. Kā CWR atšķiras ar parasto šarnīrveida sliežu ceļu?
CWR noņem savienojumus, lai nodrošinātu vienmērīgāku braukšanu, mazāku dinamisko ietekmi un mazāku ikdienas apkopi, taču tam ir nepieciešama disciplinēta RNT vadība, balasta ierobežošana un metināšanas pārbaude. Savienotās sliedes absorbē temperatūras izmaiņas savienojumu vietās, bet atmaksājas savienojuma uzturēšanā un dinamiskajā nodilumā.
Sliežu pircējiem un sliežu ceļu inženieriem praktiskais vēstījums ir vienkāršs: nepārtraukti metinātas sliedes ir augstas veiktspējas -konstrukcija tikai tad, ja tiek ievērota tās sliežu neitrāla temperatūra, tiek uzturēta balasta gultne un stiprinājumi un tās metinātās šuves tiek pārbaudītas pēc noteikta grafika.
