Czynniki wpływające na pełzanie szyn i jak kotwy szynowe temu zapobiegają

Co to jest pełzanie kolejowe?

Pełzanie szyny to stopniowe przemieszczenie wzdłużne szyny względem podkładów, w kierunku ruchu lub przeciwnie do niego. Nie jest to pojedyncze zdarzenie, ale powolny mechanizm zapadkowy: pod każdym przejazdem pociągu szyna przesuwa się o ułamek milimetra, a w ciągu miesięcy skumulowany ruch może osiągnąć centymetry. Jeśli pełzanie nie będzie kontrolowane, szyna może się przesuwać, aż do wymuszonego otwarcia lub zamknięcia połączeń, przesunięcia się punktów mocowania z siedziska podkładu i geometrii toru. W skrajnych przypadkach nagromadzone naprężenia przyczyniają się do wyboczenia torów podczas upałów lub do uszkodzeń stawów, które mogą prowadzić do wykolejenia.

Czynniki powodujące pełzanie szyn

Dominują cztery efekty. Po pierwsze, siły trakcyjne i hamujące: gdy pociąg przyspiesza, koła napędowe popychają szynę do przodu, a gdy hamuje, koła ciągną szynę do tyłu. Po drugie, ruch falowy pod kołami: szyna ugina się i sprężynuje pod każdym kołem, a przemieszczająca się fala popycha szynę w kierunku ruchu. Po trzecie, rozszerzalność i kurczenie termiczne: w miarę nagrzewania się i ochładzania szyna próbuje się wydłużyć i skrócić, a tam, gdzie pozwala na to system mocowania, ruch staje się trwałym pełzaniem. Po czwarte, nachylenie toru i krzywizna zmieniają równowagę tych sił, dlatego często obserwuje się akumulację pełzania na odcinkach zjazdowych i na dojazdach do stacji, gdzie hamowanie jest intensywne.

Jak działa kotwica szynowa

Kotwa szynowa (-urządzenie zapobiegające pełzaniu) to stalowy zacisk-sprężynowy zamontowany wokół podstawy szyny, dociskający do boku podkładu. Działa w trzech krokach. Zaciskanie: kotwa jest wbijana w podstawę szyny tak, aby mocno się trzymała. Opór: uchwyt wytwarza tarcie przeciwko siłom wzdłużnym, które próbują poruszyć szyną. Przeniesienie siły: gdy szyna próbuje się poruszać pod obciążeniem termicznym lub trakcyjnym, kotwa opiera się o podkład i zmusza podkład do poruszania się wraz z szyną, tak że szyna i podkład działają jak jeden korpus, zamiast ślizgać się po sobie. Kotwy rozkładają również siłę pełzania na większą powierzchnię podkładu, zapobiegając przecinaniu i zużyciu, które mogłoby spowodować skupione obciążenie.

Inne środki kontrolne

Kotwy stanowią jedną warstwę ochrony. Kompletny pakiet sterowania obejmuje również odpowiednią siłę zacisku mocującego, dzięki czemu zacisk i podkładka utrzymują szynę w dół i zwiększają tarcie gniazda szyny; opór balastowy utrzymujący podkłady w miejscu; oraz ograniczenia projektowe szyny spawanej w sposób ciągły (CWR), które zarządzają naprężeniami termicznymi w szynie w taki sposób, że siła wzdłużna pozostaje wewnątrz bezpiecznej powłoki. Na torze przegubowym złącza nakładkowe i kotwy szynowe razem utrzymują szczelinę dylatacyjną na zaprojektowanej wartości.

Materiały stosowane do kotew szynowych

Kotwy ze stali-sprężynowej są poddawane-obróbce cieplnej w celu zapewnienia elastyczności, dzięki czemu utrzymują przyczepność przez wiele cykli montażowych. Kotwy ze średnio{3}}stalowej stali węglowej stosuje się tam, gdzie obciążenia są umiarkowane, a żeliwo sferoidalne stosuje się do odlewanych kształtowników zgodnych ze złożonymi profilami bazowymi-szyn. Rozmiar kotwy jest dopasowywany do przekroju szyny, ponieważ szerokość podstawy szyny i profil środnika określają geometrię mocowania.

Często zadawane pytania

Pytanie 1. Co powoduje pełzanie szyn?

Siły przyspieszania i hamowania pociągu, ruch fal pod kołami oraz rozszerzalność i kurczliwość cieplna wzdłuż szyny.

Pytanie 2. Dlaczego pełzanie jest niebezpieczne?

Nieskorygowane pełzanie może powodować otwieranie lub zamykanie połączeń i powstawanie naprężeń wzdłużnych, które mogą powodować wyboczenie torów lub uszkodzenie połączeń i prowadzić do wykolejeń.

Pytanie 3. Jak działają kotwy kolejowe?

Zaciskają podstawę szyny i opierają się o podkład, przenosząc siły pełzania na podkład i podsypkę, dzięki czemu szyna i podkład poruszają się razem.

Pytanie 4. Jakie materiały są używane na kotwy?

Stal sprężynowa 60Si2MnA do ciężkich zastosowań, średnio-stal węglowa 45# do zastosowań standardowych i żeliwo sferoidalne QT500-7 do odlewów.

Pytanie 5. Czy spawane tory nadal wymagają kotew?

Tak. W CWR nadal występują wzdłużne naprężenia termiczne, dlatego na końcach spawanej szyny i na stromych pochyłościach stosuje się kotwy lub mocowania-o dużej sile zacisku.

Pytanie 6. Jak mierzy się pełzanie na miejscu?

Na szynie i podkładie namalowano znaczniki w ustalonych miejscach, a ruch względny mierzono zgodnie z harmonogramem kontroli.