Długa spawana szyna
Szyny spawane lub LRS , zwany także „długi bar” to nowoczesna metoda układania torów kolejowych , które ma tę zaletę, usuwając większość złączy szyn na długich, często kilkudziesięciu kilometrów.
Jest to metoda układania przyjęta dla wszystkich linii o dużym natężeniu ruchu, w szczególności dla linii dużych prędkości , chociaż stopniowo staje się standardem dla wszystkich sieci kolejowych (tramwaj, odnawianie lub tworzenie małych linii, takich jak od Oloron-Sainte-Marie do Bedous w 2016 r., Linie 15-16-17 Grand Paris Express lub część linii z Eygurande-Merlines do Clermont-Ferrand między Clermont-Ferrand i Durtol w 2012 r.).
Historyczny
Od początków kolei The ekspansja szyn jest źródłem niedogodności dla operatorów kolejowych.
Ponieważ w każdym razie dostępna wówczas technologia nie pozwalała na długie szyny, problem ten został rozwiązany przez pozostawienie na złączach szyn wystarczającej przestrzeni na ich swobodne rozszerzanie się. Tor ułożony tą metodą nazywany jest „zwykłymi prętami”.
Jednak z powodu tej nieciągłości w łożysku uszczelki powodują wstrząsy podczas przejeżdżania kół. Oprócz dyskomfortu odczuwanego przez pasażerów i zużycia bieżnika kół, uderzenia te powodują zużycie elementów uszczelnienia oraz balastu pod poprzeczkami podtrzymującymi uszczelnienie i wymagają bardzo regularnej konserwacji.
Dlatego operatorzy zawsze szukali rozwiązania polegającego na wyeliminowaniu uszczelnień. W ten sposób od lat trzydziestych XX wieku teoretyzowano działanie LRS. Jednak ówczesne materiały, w szczególności sztywne elementy złączne , nie zapewniały wystarczającego wsparcia i dlatego nie pozwalały na łatwe wdrożenie tej nowej techniki. Musieliśmy poczekać, aż powstanie elastycznych wiązań, wznowić eksperyment, a następnie przejść do uogólnienia procesu.
Zasada działania
Szyny są spawane w temperaturze otoczenia od 20 ° C do 30 ° C (we Francji). Jeśli temperatura szyn jest niższa, można zastosować napinacze hydrauliczne, aby nadać szynie taką długość, jaką miałaby przy 25 ° C ( wydłużenie około 0,01 mm · m −1 ° C −1 ). Jeśli temperatura szyn jest wyższa, spawanie jest zabronione. Dzięki tym środkom naprężenia w szynach pozostają stosunkowo niskie (rzędu 10 daN mm −2 max), co pozwala uniknąć problemu wyboczenia lub odkształcenia toru.
Szyny można spawać przez kilkadziesiąt kilometrów bez dylatacji. W kompensatory są zwykle zarezerwowane dla struktur, takich jak mosty. Urządzenia te kompensują wydłużenie pomostu mostowego.
Swobodny ruch metalu w funkcji jego temperatury jest ograniczony przez jego mocne zamocowanie do podkładów, które same są zakotwiczone w podsypce . Udaremnione ruchy metalu są przekształcane w naprężenia ściskające (w wysokich temperaturach) lub naprężenia (w niskich temperaturach), które mogą osiągnąć nawet 140 ton dla toru wzmocnionego szynami 60 kg / m .
Naprężenia te zależą od wahań temperatury, ale są niezależne od długości i przekroju szyny.
Na końcu LRS znajduje się obszar, w którym swobodne rozszerzanie się szyny nie jest już w pełni kompensowane, obszar oddychania. Ruchy końca szyny, które są większe niż to, które złącze może normalnie absorbować, są tam zainstalowane specjalne urządzenia rozprężne, które umożliwiają przesuwanie się szyn, zapewniając jednocześnie, bez przerwy wzdłużnej, ale z przerwą boczną, ciągłość toczenia.
Zalety i wady
LRS mają dwie główne zalety, które są konsekwencją eliminacji złączy nakładanych na ryby :
- zmniejszone koszty utrzymania torów;
- lepsza jakość jazdy i większy komfort pasażerów.
Wady, które w dużej mierze przeważają zalety, to:
- większa techniczność w ich wdrażaniu i utrzymaniu, wymagająca dobrze wyszkolonego personelu;
- ryzyko odkształcenia przez wyboczenie toru pod wpływem nadmiernych naprężeń ściskających w okresach bardzo wysokich temperatur (ale takie ryzyko występuje również w przypadku normalnych prętów);
- to ściskanie w wysokich temperaturach pociąga za sobą również ryzyko odkształcenia podczas prac wykonywanych przy szynach, balastach lub elementach mocujących w okresie gorącym. Z tego powodu, z wyjątkiem podjęcia specjalnych środków ostrożności, takich jak ograniczenie prędkości, latem nie podejmuje się żadnych prac na torach LRS;
- zwiększone ryzyko zerwania w porównaniu z normalnymi prętami szyn w okresach ekstremalnego zimna z powodu naprężenia panującego w prętach;
- użycie większej ilości balastu w celu lepszego zakotwiczenia podkładów.
Aby zminimalizować ryzyko zniekształcenia toru, LRS zwykle nie są używane na krętych torach lub na słabo stabilnym terenie.
Konstytucja
Pręty długie o długości 144, 300 lub 400 mw zależności od kraju produkowane są w warsztacie metodą spawania szyn elementarnych 18 m , 36 m , 72 m , 75 m , 80 m , 100 m lub 120 m . We Francji długość prętów elementarnych wynosi 108 m wytwarzanych przez walcowanie. Cztery pręty elementarne są spawane, tworząc pręt o długości 432 m. To spawanie, wykonywane w warsztacie stacjonarnym lub półmobilnym, odbywa się poprzez obróbkę blacharską i kucie lub indukcję i kucie. Te długie pręty, których elastyczność pozwala na transport w zespołach pociągów płaskich wagonów specjalnie wyposażonych w sprzęt do rozładunku i zsypy zwane zespołami trakcyjnymi LRS, są następnie układane i spawane na miejscu za pomocą termicznego spawania aluminium lub spawania elektrycznego.
Mocowane są do podkładów za pomocą gumek.
W przypadku tworzenia LRS poprzez spawanie szyn toru w normalnych prętach zamocowanych w całości lub w części za pomocą sztywnych łączników, zastosujemy urządzenia „przeciwślizgowe”, które mają przeciwdziałać ruchom wzdłużnym szyny szyna.
Wydanie LRS
Aby ograniczyć naprężenia, układanie długich prętów idealnie powinno odbywać się w średniej temperaturze pomiędzy oczekiwanymi wartościami ekstremalnymi, zwanymi „temperaturą odniesienia”. Ta temperatura odniesienia wynosi na przykład ogólnie 25 ° C we Francji .
W tym celu po ułożeniu szyn następuje operacja zwana „odciążeniem” mająca na celu ujednolicenie naprężeń wewnątrz szyny, a następnie zamocowanie jej zgodnie z żądaną temperaturą odniesienia.
Homogenizację naprężeń uzyskuje się w następujący sposób:
- szyna jest odłączona od podkładów;
- rolki są włożone pod szynę tak, aby mogła swobodnie poruszać się w kierunku wzdłużnym;
- wprawia się go w wibrację poprzez uderzanie go za pomocą gumowanych mas przeznaczonych do tego celu.
Następnie w zależności od aktualnej temperatury szyny:
- jeśli jest zbliżona do idealnej temperatury odniesienia, szyny są ponownie mocowane i zespawane ( uwalniają się w temperaturze naturalnej);
- jeśli jest niższa (najczęstszy przypadek, ponieważ tego typu pracy unika się w czasie upałów), szyny są napinane za pomocą siłowników hydraulicznych w celu skompensowania różnicy z temperaturą odniesienia, a następnie szyny są ponownie mocowane. szyny i spawanie ( zwalnianie za pomocą siłowników hydraulicznych);
- jeśli ostatecznie jest za wysoka, uwalnianie odbywa się w temperaturze naturalnej . Wadą tego typu instalacji jest konieczność powrotu, gdy pozwalają na to rzeczywiste warunki temperaturowe, w celu wykonania nowego wyzwolenia w celu dostosowania się do idealnej temperatury odniesienia. Jeśli to nowe zwolnienie nie zostanie wykonane na czas, istnieje ryzyko, że podczas następnego pierwszego bardzo zimnego szyny pęknie się z powodu nadmiernych naprężeń rozciągających.
Pojęcie temperatury
Temperatura, o której mowa w tym artykule, nie jest temperaturą otoczenia, ale temperaturą metalu tworzącego samą szynę. Może się ona znacznie różnić od temperatury otoczenia.
Może na przykład być bardzo wysoka, gdy słońce ogrzewa tor, podczas gdy samo powietrze w otoczeniu pozostaje miękkie. Podobnie w niskich temperaturach naturalna temperatura metalu jest na ogół niższa niż temperatura otoczenia.
Tę temperaturę rejestruje się:
- umieszczając termometr na stopce szyny w cieniu;
- za pomocą termometru włożonego do otworu wywierconego w odcinku szyny o takich samych właściwościach jak szyna stanowiąca LRS i poddanego takim samym warunkom zewnętrznym.
Obliczanie naprężeń w LRS
: Przekrój szyny (mm 2 ) : Siła cieplna w szynie (N) : Różnica temperatur z temperaturą włączenia (zgrzewanie) (° C) : współczynnik rozszerzalności cieplnej stali (mm / ° C / m)
E: Moduł Younga materiału tworzącego szynę (MPa)
Aplikacja cyfrowa:
S = 7745 mm 2 = 0,012 mm / ° C / m
E = 210 000 MPa
F = E. S. T = 19,5 kN / ° C = 2,5 MPa / ° C T = 55 ° C
Wydłużenie nieskrępowanej szyny LRS w funkcji temperatury:
L = 400 m 0,012 * 55 * 400
264 mm
| F = 1070 kN i = 137 MPa |
Uwagi i odniesienia
Zobacz też
Bibliografia
- Roland Sauvage, Stabilność długich szyn spawanych , Louis-Jean, 1966, 64 strony
- JP Fortin, „Uproszczona teoria długich szyn spawanych”, w Revue générale des railroads , nr 79, 1999, strony 15-25
- André Francusco i Jean-Hubert Lavie (fotograf), „ Konserwacja długich szyn spawanych: LRS to wyraźna poprawa pod względem komfortu i kosztów, ale ich konserwacja jest złożona i wymaga dużej dyscypliny. Wyjaśnień od byłego szefa powiatowego ”, Ferrovissime , n o 101, wrzesień / październik 2019, s. 22-23 ( ISSN 1961-5035 ).