Zašto se željeznički kolosijeci uvrću u vrućim uslovima
Jun 30, 2023| Kada je šina slobodna, ona će se širiti i skupljati kada se temperatura promeni. Ljeti se produžava kada je vruće, zimi se skraćuje kada je hladno, odnosno "termalno širenje i kontrakcija". Kada se više šina spoji u kolosijek, očigledno će postojati spoj na svakih 12,5 m ili 25 m. Razmak između spojeva je približno 8 mm i dizajniran je da spriječi oštećenje šine uslijed temperaturnih sila koje nastaju tijekom toplinskog širenja i skupljanja. Općenito, za svaki 1 stepen promjene temperature šine, svaka šina je podvrgnuta pritisku ili napetosti od 1,645 tona. Za promjenu temperature šine od 50 stepeni, šina je izložena pritisku ili napetosti do 82,25 tona. Ovako ogromna temperaturna sila dovoljna je da poremeti normalno stanje skretnice željezničke pruge. Stoga tako veliko širenje i kontrakcija na bešavnoj liniji nikada nije dozvoljeno i mora se koristiti oprema protiv penjanja za zaključavanje dva kraja, ili se u tračnici postavlja snažan otpor linije kako bi se staza zaključala kako bi se ograničila slobodna širenje i skupljanje šina.
Ako je određeni raspon dužine krajeva šine fiksiran, ograničite slobodno širenje šine, promjenu temperature šine, pojavit će se unutrašnji napon na tračnici, ova sila je uzrokovana promjenom temperature šine, tzv. temperaturna sila. Konkretno, to je besprijekorna linija po bravi, ljetni porast temperature, šina toplinskim izduženjem, ali ograničenje ne može produžiti, unutarnje tlačno naprezanje; Zimi pad temperature, šina hladnom skratiti, ali suzdržavanjem također ne može skratiti, unutarnja napetost. Budući da je šina tako čvrsto zaključana u šinskom pragu, šina može biti izložena tako velikoj temperaturnoj sili bez deformacija, što je osnovni princip bešavne linije.
Kada je temperatura šine viša od temperature zaključane šine, dio šine bešavne linije je podvrgnut temperaturnom pritisku. Temperaturni pritisak je proporcionalan broju stupnjeva pozitivne promjene temperature šine. Kada temperatura šine poraste na maksimalnu vrijednost maxt, temperaturni tlak dostiže maksimalnu vrijednost maxPt.
S druge strane, zbog otpora spoja i uzdužnog otpora tračnice, najveći dio temperaturnog tlaka je ograničen na dio šine, a samo se vrlo mali dio oslobađa u zoni širenja. Ovaj temperaturni pritisak, koji je ograničen na dio šine, mora se osloboditi prema zakonima prirode kako bi se postigla potpuna ravnoteža. Kada dostigne određenu vrijednost, još uvijek ne može pronaći izlaz u uzdužnom smjeru, ići će u poprečnom smjeru da pronađe izlaz, a kriva bešavne linije mu pruža tu mogućnost, odnosno uzdužna temperaturni pritisak sinteza radijalne sile Pr samo pokažite u smjeru vanjske strane krive, tako da kriva prati trend padanja smjera naviše. I prave linije ne mogu biti apsolutno ravne, jednom kada se negdje savije, uzdužni temperaturni pritisak će se također savijati u smjeru sinteze sile radijalne komponente Pr, što rezultira u smjeru deformacije savijanja ravnog kolosijeka.
Na ovaj način, sve dok temperaturni pritisak dostigne određenu vrijednost, na bešavnoj liniji se čini da je poprečna deformacija neizbježna.
Veliki broj testova pokazuje da je ova deformacija procesa nastanka i razvoja određena zakonitost, u osnovi se može podijeliti u tri etape: etapa držanja stabilne, proširenje staze i faza piste.
(A) držati stabilnu pozornicu
Stabilna faza je početna faza bešavne linije koja može izdržati temperaturni pritisak. U ovoj fazi, iako se temperaturni pritisak zbog temperature šine povećava, ali se kolosijek ne deformira, i dalje održava početno stanje, temperaturnu silu u potpunosti do elastičnog stanja "skladištenja" u dijelu šine. Što je manje početno savijanje šine, to je veća vrijednost temperaturnog pritiska koji odgovara ovom stanju. Ako je tračnica idealno geometrijski ravna, ovo stanje se može nastaviti sve dok temperaturni pritisak ne dostigne značajnu vrijednost prije nego što dođe do iznenadne kapi pod utjecajem vanjskih sila; međutim, iz različitih razloga, šina ne može biti idealno geometrijski ravna, uvijek će postojati određeni stepen savijanja; stoga, temperaturni pritisak šine tokom faze stabilizacije ne može dostići gore pomenutu "značajnu vrijednost" Naprotiv, što je manji otpor pruge i što je geometrija kolosijeka lošija, posebno u smislu pravca, to je niži temperaturni pritisak koji uzrokuje kapalna deformacija staze.
Da li je kolosijek bešavne pruge "stabilan" zavisi od toga da li je temperaturni pritisak dostigao kritičnu vrednost, odnosno da li je temperatura koloseka dostigla kritičnu temperaturu koloseka. Kritični temperaturni pritisak ili kritična temperatura šine varira u zavisnosti od stanja linije i može biti visoka ili niska. Za istu bešavnu liniju, sve dok temperatura prelazi kritičnu vrijednost, staza prelazi iz stabilnog stanja u prošireno stanje.
Temperaturni pritisak pri kojem bešavni vod ulazi u stanje proširene tračnice iz stabilnog stanja naziva se prvi kritični temperaturni pritisak. Tokom faze zadržavanja, bešavna linija je relativno sigurna.
(ii) Proširenje željezničke faze
Kada temperatura šine nastavi da raste i temperaturni pritisak pređe prvu kritičnu vrednost, počinje faza ekspanzije. Tokom ove faze, rastući temperaturni pritisak uzrokuje malu do veliku, malu do veliku bočnu deformaciju staze, ponekad jasno vidljivu golim okom - linije savijanja postaju sve izraženije, vektori deformacije postaju sve veći i orijentacija kolosijeka značajno lošije.
Ali temperatura staze ne može rasti beskonačno. Kada dostigne određeni nivo (sve dok je u granicama tolerancije kolosijeka), a zatim počne da pada, kako se temperaturni pritisak postepeno podiže, moguće je vidjeti da se deformacija i savijanje kolosijeka smanjuje sve dok ne vraća u prvobitno stanje. Drugim riječima, tokom faze širenja, deformacija kolosijeka je elastična deformacija.
Elastična deformacija bešavne pruge pod temperaturnim pritiskom naziva se ekspanzija kolosijeka.
U fazi ekspanzije, nakon podizanja temperaturnog pritiska, elastična deformacija kolosijeka može se vratiti u početno stanje od samo 2 mm. teoretski, elastična deformacija kolosijeka preko 2 mm ne može se u potpunosti obnoviti nakon podizanja temperaturnog tlaka, te se mora ostaviti neka zaostala deformacija. Temperatura staze se stalno mijenja, ova zaostala deformacija će se akumulirati i uzrokovati ozbiljan loš smjer. Stoga, količina proširenja kolosijeka mora biti vremenski ograničena.
(C) faza piste
U fazi proširenja kolosijeka, temperaturni pritisak ne prelazi kapacitet bešavne linije, ali je moguće dostići granicu kapaciteta. U ovom trenutku, relativna stabilnost bešavne linije jedva se održava i sigurnost je ugrožena.
Kada temperatura staze ponovo lagano poraste, temperaturni pritisak nastavlja da raste; ako je kolosijek malo poremećen vanjskim silama (kao što je kočenje vlaka, utjecaj konstrukcije, udaranje šina, itd.), prekomjerni temperaturni pritisak akumuliran na dionici šine će iznenada pretrpjeti maligne promjene - vektor deformacije faze širenja iznenada značajno povećava, ponekad i do stotine milimetara, kolosijek u trenutku da napravi ogroman zvuk ozbiljnu vodenu bolest, šine se izvlače i izvlače pokvareni krevet, ili odvajanje šina i šinskih pragova dovode do potpunog gubitka uslova vožnje. Kroz ozbiljno izobličenje može se vidjeti deformacija šine, njena deformacija je premašila granicu elastičnosti, postala je plastična deformacija; dio šine na temperaturnu silu je sav oslobođen; šina u prirodnom stanju u stanju "nultog naprezanja", temperaturni pritisak i otpor vodova eliminisani istovremeno, kada je linija ozbiljno oštećena.
Bešavna linija tračnica u temperaturnom pritisku pod ulogom destruktivne deformacije koja se zove pista.