كان حادث هاتفيلد في المملكة المتحدة عام 2000 بمثابة جرس إنذار لإدارات السكك الحديدية في جميع أنحاء العالم. فقد تبين أن خروج قطار ركاب سريع عن القضبان عن القضبان مما أدى إلى وفاة عدد من الركاب كان سببه إجهاد التلامس المتداول (RCF)، حيث امتدت الشقوق الصغيرة في رأس السكة الحديدية إلى جسم السكة، مما تسبب في النهاية في حدوث كسر.

تشير الإحصاءات الصادرة عن إدارة السكك الحديدية الفيدرالية في الولايات المتحدة إلى أن رباط القطار المعلق كان متورطًا بقوة في 122 حادث خروج عن القضبان، وربما كان عاملًا مساهمًا في 160 حادثًا آخر خلال الفترة 1995-2002.

ونتيجة لإحصائيات كهذه، أصبح من المقبول على نطاق واسع أن مشكلة طحن السكك الحديدية من قبل إدارات السكك الحديدية مشكلة يجب أن تعالجها إدارات السكك الحديدية. إن عدم القيام بأي شيء ليس خياراً: فقد أوقفت المملكة المتحدة عمليات طحن السكك الحديدية قبل بضع سنوات من وقوع الحادث، ومن المقبول الآن أن هذا لم يكن قراراً حكيماً. حيث يؤدي الطحن إلى إزالة السطح العلوي للسكة الحديدية وإزالة التشققات قبل أن تتاح لها فرصة الانتشار إلى أسفل الشبكة وبالتالي منع انكسارات السكك الحديدية.

تشير دراسة أجرتها المفوضية الأوروبية إلى أن إدارة مرفق السكك الحديدية الملكية الأوروبية عملية مكلفة، حيث تم ذكر رقم 300 مليون يورو لإدارة المشكلة كل عام على شبكة السكك الحديدية الأوروبية. ويشمل هذا المبلغ الإجمالي أنشطة الفحص، وطحن السكك الحديدية، واستبدال السكك الحديدية وإصلاح اللحامات، إلى جانب سلبيات تأخر القطارات وخروجها عن مسارها عند حدوثها.

من الواضح أن هذه مشكلة تستحق وقت الإدارة وتحتاج إدارات السكك الحديدية إلى مواكبة أحدث التقنيات إذا أرادت تقليل تكلفة إطار التعاون الإقليمي.

إدارة إطار التعاون الإقليمي

في دراسة للمجلس الوطني للبحوث في كندا، يقول إريك ماجل وبيتر سروبا وكيفن ساولي وجو كالوسيك في دراسة للمجلس الوطني للبحوث في كندا، إن “العديد من العوامل تتفاعل للتأثير على معامل المعالجة الميكانيكية للقيادة” مشيرين إلى صلابة السكك الحديدية ومقاطع العجلات والسكك المفصلة وديناميكيات مجموعة العجلات الجانبية والطولية من بين عوامل أخرى. لكنهم يقولون أن “معامِل التردّد المقيم حساس بشكل خاص لمقاطع العجلات والسكك الحديدية وأن المقاطع غير المناسبة أو غير المنضبطة يمكن أن تخفي تماماً تأثيرات المعادن.”

ويضيف الباحثون أنه في المملكة المتحدة، كانت التجربة العامة في المملكة المتحدة هي أن الفولاذ عالي القوة أكثر عرضة لتكوين الثبات القابل للتشكيل RCF - “وهي نتيجة يمكن تفسيرها من خلال قسم السكة الحديدية عالي الإجهاد المستخدم وفشل الفولاذ الصلب في التآكل أو التدفق إلى شكل منخفض الإجهاد.” كما أثبتت التجربة البريطانية أيضًا أنه إذا تم طحن السكة في البداية إلى شكل منخفض الإجهاد، فإنها تكون أكثر مقاومة للالتواءات القابلة للتشكيل من الفولاذ الأكثر ليونة. وهذا يؤكد أهمية الطحن الأولي للقضبان.

يشرح الباحثون الكنديون أهمية ‘معدل التآكل السحري’، وهي عملية إزالة المقدار المناسب من سطح السكك الحديدية لمنع انتشار التشققات. ويقولون: “في المسار المزود بعامل التآكل الطبيعي للسكك الحديدية RCF، يجب استكمال معدل التآكل الطبيعي عن طريق الطحن لتحقيق معدل التآكل السحري”. يكون معدل التآكل السحري أعلى بشكل عام في المنحنيات مقارنة بالمسار المستقيم، حيث تُظهر تجربة أمريكا الشمالية على خطوط الحمولة الثقيلة أنه يجب إدارة السكة السفلية في المنحنيات بعناية من خلال الطحن لتحقيق معدل التآكل السحري.

سبينو في طليعة الابتكار

منذ بضع سنوات، بدأت شركة Speno International في التحقيق في إمكانية الكشف عن شقوق الإجهاد السطحي أثناء الطحن. وقد نتج عن تطوير مشترك مع شركة Deutsche Bahn AG نظام تسجيل قادر على قياس كثافة العيوب وعمق التلف.

بعد اختبار مكثف داخل المسار باستخدام نموذج أولي للجهاز، تم تزويد ست ماكينات طحن من سبينو بـ ‘ماسح الطحن Headcheck Grinding Scanner’ الخاص بالشركة. ويسمح النظام للمشغلين بالتحقق من تقليل عيوب الإجهاد أثناء كل تمريرة طحن وتوثيق النتيجة المحققة فيما يتعلق بإزالة المعادن من سطح السكة الحديدية المجهدة. وقد دخل هذا النظام الخدمة التجارية مع العديد من خطوط السكك الحديدية الأوروبية، بما في ذلك خطوط السكك الحديدية في النمسا وفرنسا وهولندا وبولندا.

يُعد ظهور ‘ماسح الطحن بالماسح الضوئي لفحص الرأس’ الأحدث في قائمة طويلة من الابتكارات التي قدمتها شركة Speno. في الثمانينيات، قدمت الشركة قطار طحن مزود بمحركات طحن مائلة يتم التحكم فيها عن بُعد. وأعقب ذلك أول ماكينة طحن تبديل، وأول معدات قياس على متن القطار للمقطع العرضي للسكك الحديدية وإدخال أنظمة جمع الغبار.

تعمل شركة سبينو مع مديري البنية التحتية للسكك الحديدية على إيجاد طرق للتعامل مع عيوب ومشاكل محددة في السكك الحديدية الناتجة عن حركة السكك الحديدية الكثيفة. وتشارك الشركة مع المشروع البحثي الأوروبي ‘Innotrack’، الذي يجمع بين الخبرة والدراية الفنية من العديد من منظمات السكك الحديدية والصناعة.

تترأس سبينو مشروع العمل 4.5 ‘صيانة السكك الحديدية’ ضمن برنامج Innotrack. ويجري إعداد معلومات لمديري البنية التحتية حول كيفية وضع استراتيجية صيانة مناسبة من شأنها مكافحة إجهاد التلامس المتداول بما في ذلك الملامس المستهدف المقترح للسكك الحديدية.

تقوم شركة Speno بتصميم وبناء وتشغيل قطارات طحن السكك الحديدية منذ 40 عامًا. وتقول الشركة إن وحدات طحن السكك الحديدية الثلاثين العاملة في أوروبا في عام 2009 تضم أكبر أسطول من قطارات الطحن تحت سقف واحد. ويقول سبينو: “توفر الخبرة الطويلة في تصميم وتصنيع واستغلال قطارات الطحن أداءً ممتازًا يجمع بين الإنتاجية العالية في كل وردية وجودة متناسقة يتم التحكم فيها يومًا بعد يوم”.

تدرك سبينو أن أعمال الطحن الروتينية اليوم تتألف من:

• الطحن المبدئي للقضبان الجديدة والطحن الوقائي والتصحيحي الدوري
• تطبيق التشكيلات الخاصة للحد من التآكل الشديد للسكك الحديدية وتخفيف إجهاد زوايا المقياس وتحسين سلوك التشغيل، بما في ذلك توسيع المقياس
• طحن مضاد للضوضاء لتقليل الضوضاء الناتجة عن حركة السكك الحديدية

يتم حاليًا تنفيذ عملية الطحن بتمريرة واحدة باستخدام ماكينات الخدمة الشاقة على خطوط عالية السرعة. يقول سبينو: “إن الموظفين ذوي الخبرة والمعرفة مهمين للغاية”. وتقول الشركة إن الحيلة لا تكمن فقط في إزالة كمية معينة من المعدن في مسار واحد، ولكن لضمان الحد الأدنى من معدل إزالة المعادن.

مركبة طحن جديدة من لينسنجر لمركبات LRTs

كما يستهدف قطاع السكك الحديدية الخفيفة أيضاً قطار الطحن بالسكك الحديدية الخفيفة SF 01 F من شركة لينسنجر النمساوية. وقد طُرح هذا القطار لأول مرة منذ عام، في أوائل عام 2008، وتقول الشركة إنه حقق بعض النتائج الجيدة للغاية على أنظمة السكك الحديدية الخفيفة في آسيا.

إن مفهوم تحديد ملامح السكة الحديدية بالطحن عن طريق المعالجة بتمريرة واحدة معروف بالفعل من الماكينات السابقة من Linsinger، وتعتمد الماكينة SF 01 F على هذه التجربة. وتقول شركة Linsinger إن تقنية طحن القضبان الخاصة بها تجمع بين طحن القضبان والطحن في عملية واحدة بدرجة عالية من الدقة والأداء، مضيفةً أن أنظمة السكك الحديدية الخفيفة يمكن أن تحقق انخفاضًا كبيرًا في تكاليف الصيانة باستخدام هذه التقنية.

تفخر Linsinger بالإشارة إلى أن مزايا SF 01 F تشمل ما يلي:

• المعالجة بتمريرة واحدة لسطح السكة بالكامل
• صديقة للبيئة: لا انبعاثات، لا غبار، لا أوساخ
• لا شرارات متطايرة، ولا خطر نشوب حريق
• تشغيل آمن وسلس
• المعالجة الجافة
• مخرجات عالية جداً
• معدلات إزالة المعادن المضبوطة
• أي شكل مطلوب للسكك الحديدية، بجودة سطح عالية
• تقليل ضوضاء المعدات الدارجة
• تكاليف تشغيل منخفضة