لماذا لا تحتوي خطوط السكك الحديدية عالية السرعة على فواصل تمدد؟
جدول المحتويات
عندما تسير القطارات فائقة السرعة بسرعات تتجاوز 250 كيلومترًا في الساعة، فإن استقرار القضبان وسلاسة سير القطارات عليها يمثلان أولويتين قصويتين. وتؤدي فواصل التمدد إلى حدوث صدمات مستمرة بين عجلات القطار والقضبان الفولاذية. وهذا لا يقلل من راحة الركاب فحسب، بل يحد أيضًا من سرعات تشغيل القطار، ويزيد من تآكل رؤوس القضبان والعجلات (وتتعرض العجلات لأضرار شديدة بشكل خاص)، ويقصر من العمر التشغيلي للعجلات. وللتغلب على هذه العيوب، يُعد التخلص من فواصل السكك الحديدية الحل الأمثل، ولهذا السبب تعتمد معظم خطوط السكك الحديدية عالية السرعة مسارات السكك الحديدية ذات القضبان الملحومة بشكل مستمر (CWR).
تتوسع القضبان الفولاذية تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة، وقد تتعرض للانحناء والتشوه ما لم تُتخذ التدابير الوقائية المناسبة.
كيفية تعويض التمدد والانكماش الحراري: التمديد المسبق للقضبان
تُعد تقنية الشد المسبق ابتكارًا حديثًا يُستخدم لمواجهة التشوه الحراري للقضبان. ومن خلال تطبيق إجهاد شد مسبق على القضبان الفولاذية، يتم تعويض التغيرات في الأبعاد الناتجة عن تقلبات درجات الحرارة تعويضًا كاملاً، مما يتيح تشغيل القضبان فائقة الطول دون الحاجة إلى فواصل التمدد. وتُعرف هذه المسارات الخالية من الفواصل أيضًا باسم مسارات القضبان المشدودة مسبقًا.
تقنية الشد المسبق ليست حصرية للقطارات فائقة السرعة. فعلى سبيل المثال، تخضع الكابلات الداعمة في الجسور المعلقة بالكابلات أيضًا لعملية الشد المسبق من أجل تثبيت تقلبات الشد الناتجة عن التمدد والانكماش الحراري.
تثبيت القضبان على العوارض الخشبية باستخدام أدوات التثبيت وأجهزة منع الانزلاق
وللحد من التمدد والانكماش الحر للقضبان الفولاذية الناجم عن التغيرات في درجات الحرارة، تعمل مثبتات القضبان وأجهزة منع الزحف على تثبيت القضبان بإحكام على العوارض الخشبية. ويؤدي ذلك إلى تولد إجهاد حراري داخلي داخل القضبان، بما في ذلك قوة الشد في الطقس البارد وقوة الضغط في الطقس الحار، ويُشار إليهما مجتمعين باسم «قوة درجة الحرارة».
يرتبط مقدار الإجهاد الحراري في القضبان الملحومة المستمرة ارتباطًا مباشرًا بالتغيرات في درجة حرارة القضبان. ولذلك، يتم تحديد درجة حرارة ثابتة معينة للقضبان من أجل تثبيتها. وعادةً ما تقوم فرق البناء بتثبيت القضبان خلال المواسم التي تتراوح فيها متوسطات درجات الحرارة بين القيم القصوى والدنيا السنوية المحلية. ويؤدي ذلك إلى تقليل الإجهاد الحراري الداخلي إلى أدنى حد ممكن، مما يمنع حدوث خطرين خطيرين على السلامة: كسر القضبان بسبب الشد المفرط في فصول الشتاء القارسة البرودة، وانحناء المسار أو انزياح القضبان بسبب الضغط المفرط في فصول الصيف الحارقة، وكلاهما يشكل تهديدًا خطيرًا لسلامة تشغيل القطارات.
أجهزة تنظيم فواصل التمدد في السكك الحديدية: أجهزة خاصة لتعديل الإزاحة الحرارية
تُعدّ منظمات فواصل التمدد للسكك الحديدية مكونات مخصصة للتعديل. وتتمثل وظيفتها الأساسية في تنسيق الفروق في الإزاحة بين التشوه الحراري للقضبان الفولاذية الطويلة والتمدد/الانكماش الذي يحدث في أطراف العوارض بالجسور ذات المسافات الطويلة. تعمل هذه الأجهزة تلقائيًا على تعويض التشوه الحراري للقضبان على الجسور، وتقليل الأحمال المؤثرة على القضبان والهياكل السفلية للجسور، وحماية السلامة الهيكلية للسكك الحديدية وأساسات الجسور.
تصنيفات منظمات فواصل التمدد في السكك الحديدية
يتم تصنيف منظمات فواصل التمدد في السكك الحديدية وفقًا لأربعة معايير أساسية:
- حسب سرعة التشغيل: نوعان، يشملان أجهزة التحكم الخاصة بالمسارات المزودة بالحصى على خطوط السكك الحديدية عالية السرعة التي تصل سرعتها إلى 250 كم/ساعة (والتي تدعم النقل المختلط للركاب والبضائع)، وأجهزة التحكم الخاصة بالمسارات غير المزودة بالحصى على خطوط السكك الحديدية عالية السرعة التي تصل سرعتها إلى 350 كم/ساعة.
- حسب اتجاه التمدد: منظمات أحادية الاتجاه ومنظمات ثنائية الاتجاه.
- حسب نوع الأساس تحت السكة: منظمات السرعة للسكك الحديدية ذات الحصى ومنظمات السرعة للسكك الحديدية الخالية من الحصى.
- حسب الأشكال المستوية لقضبان التحويل وقضبان السكك: الأنواع الخطية، والمنقطعة، والمنحنية.
المكونات الهيكلية الأساسية لمنظمات فواصل التمدد في السكك الحديدية
استخدام منظم فواصل التمدد السككية أحادية الاتجاه الذي يُستخدم على نطاق واسع في المسارات الخالية من الحصى في السكك الحديدية فائقة السرعة في الصين على سبيل المثال، تتألف المكونات الرئيسية من قضبان السكة الرئيسية، وقضبان التحويل، وأنظمة التثبيت، وعوارض السكة أو ألواح السكة، وأجهزة رفع القضبان. وتعمل الحافة العاملة لقضيب التحويل على الحفاظ على محاذاة ثابتة لعرض السكة. ويكمن مبدأ تشغيلها الأساسي في التمدد الحر لقضبان السكة الرئيسية بينما تظل قضبان التحويل ثابتة في مواقعها.
تطبيق منظمات فواصل التمدد للسكك الحديدية في الصين
بدأت الصين في ستينيات القرن الماضي في استخدام منظمات فواصل التمدد للسكك الحديدية المنحنية على نطاق واسع، مع استخدام قضبان مقطوعة، حيث تم تركيبها على جسور بارزة، منها جسر ووهان على نهر اليانغتسي وجسر جينان على نهر الهوانغ هو.
تم استيراد مشاريع السكك الحديدية عالية السرعة المبكرة في الصين منظمات فواصل التمدد للسكك الحديدية من شركة BWG الألمانية, ، والتي تم تركيبها على منشآت رئيسية مثل الجسر الضخم فوق نهر الهوانغ على طول خط السكك الحديدية عالي السرعة بين بكين وشنغهاي، والجسر الضخم فوق نهر الهوانغ على طول خط السكك الحديدية عالي السرعة بين بكين وقوانغتشو. كما استُخدمت هذه المنظمات على نطاق واسع في الخطوط المخصصة لنقل الركاب، بما في ذلك خط السكك الحديدية لنقل الركاب بين تشينهوانغداو وشنيانغ، وخط السكك الحديدية لنقل الركاب بين تشنغتشو وشيان.
