Mengapa Kereta Api di Rel? (Fizik Keluli-pada-Larian Keluli)

Landasan kereta api ialah infrastruktur penting bagi kereta api, dan fungsinya adalah untuk membimbing roda kereta api ke hadapan sambil menahan tekanan besar yang ditolak roda ke atasnya. Rel keluli menyediakan permukaan berguling yang licin, stabil dan berterusan untuk roda yang lalu-lalang, dan pada talian elektrik atau isyarat automatik ia juga bertindak sebagai konduktor litar trek yang mengesan penghunian kereta api. Persoalannya ialah mengapa susunan ini sangat berkesan sehingga tiada teknologi pengangkutan berpandu lain telah menggantikannya.

Tiga Sebab Fizikal untuk Keluli-pada-Keluli

1. rintangan bergolek yang sangat rendah.Roda keluli yang bergolek pada rel keluli hampir tidak berubah bentuk, jadi rintangan bergolek adalah kira-kira lima hingga sepuluh kali lebih rendah daripada tayar getah di atas asfalt. Oleh itu, kereta api barang boleh memindahkan satu tan kargo kira-kira empat kali lebih jauh setiap unit tenaga daripada trak. Fakta tunggal inilah yang menyebabkan pengangkutan darat yang berat bertumpu pada rel.

2. kapasiti beban tinggi.Rel keluli ialah rasuk keluli berterusan pada penyokong anjal. Kepala rel tunggal boleh membawa beban gandar sebanyak 22.5 hingga 30 tan atau lebih kerana beban merebak dengan cepat di sepanjang rel dan melalui tempat tidur ke dalam balast. Tegasan sesentuh adalah melampau, melebihi 800 MPa pada tampung sesentuh rel-roda, tetapi keluli rel karbon-tinggi direka dengan tepat untuk tugas itu.

3. Bimbingan-berpusatkan diri.Tapak roda berbentuk kon, tidak rata, dan kepala rel dinobatkan. Apabila set roda beralih ke sisi, jejari guling berkesan satu roda bertambah manakala roda yang lain mengecut, dan set roda mengarahkan dirinya kembali ke tengah. Kesan keconicity inilah yang membolehkan kereta api berjalan pada kelajuan ratusan kilometer sejam tanpa mekanisme stereng, dan itulah sebabnya profil kepala rel bertolak ansur dengan begitu ketat dalam setiap standard.

Bagaimana Landasan Mengekalkan Kereta Api di Rel

Panduan juga bergantung kepada struktur trek di sekeliling rel. Dalam lengkung, rel luar diletakkan dengan cant (superelevation) supaya daya emparan diseimbangkan oleh graviti, mengurangkan sentuhan bebibir dan haus. Sistem pengikat mengawal rel dalam arah menegak, sisi dan membujur, menahan tolok di bawah beban gandar tinggi dan daya brek. Oleh kerana ketepatan panduan bergantung pada geometri rel, toleransi pembuatan dikawal ketat di bawah piawaian EN, UIC, AREMA, GB dan JIS.

Terdiri daripada Sistem Trek

Rel mengikut Aplikasi dan Standard

Kerana trek mesti sepadan dengan lalu lintas, rel dibekalkan dalam banyak standard: rel ringan (8 hingga 30 kg/m) untuk trek perlombongan dan kilang, rel berat (38 hingga 75 kg/m) untuk laluan utama dan metro, rel kren (siri QU, siri DIN 536 A) untuk kren gantri dan overhed, dan rel tramway untuk jalanan. Setiap standard membetulkan profil, gred keluli dan had terima, dan spesifikasi perolehan hendaklah sentiasa menamakan standard, bahagian dan gred bersama-sama, contohnya EN 13674-1 60E1 R260 atau GB/T 2585 60 kg/m U75V.

Soalan Lazim

S: Mengapakah kereta api tidak hanya menggunakan tayar getah di jalan raya?

Tayar getah mempunyai rintangan guling yang jauh lebih tinggi, jadi kos tenaga bagi setiap tan-km akan berganda dan stereng bergantung kepada pemandu. Rel keluli berpandu memberikan rintangan rendah dan stereng automatik melalui keconicity, itulah sebabnya kereta api menang untuk koridor berkapasiti tinggi-.

S: Bagaimanakah rel memandu kereta api tanpa stereng?

Bunga roda kon dan kepala rel bermahkota mencipta geometri pemulihan: sebarang anjakan sisi mengubah jejari guling kedua-dua roda, mengarahkan set roda kembali ke tengah. Bebibir roda adalah rizab keselamatan, bukan panduan utama.

S: Apakah peranan rel dalam memberi isyarat?

Pada talian elektrik dan isyarat automatik, kedua-dua rel itu terlindung dari bumi dan digunakan sebagai litar trek. Set roda kereta api menghalang litar, dan sistem isyarat mengesan kehadiran kereta api. Inilah sebabnya mengapa rel mesti berterusan secara elektrik dan mengapa sambungan dan pengancing rel berpenebat digunakan di mana perlu.

S: Mengapa rel haus dan memerlukan pengisaran?

Setiap kerja pas roda-mengeraskan kepala rel dan memakainya secara perlahan, terutamanya dalam lengkung dan pada kecerunan. Pengisaran memulihkan profil kepala, menghilangkan retakan keletihan kecil sebelum ia membesar, dan merupakan teknik pembaharuan utama yang mengekalkan rel dalam perkhidmatan selama beberapa dekad.

S: Apakah yang berlaku jika rel tidak dijajarkan dengan tolok yang sama?

Variasi tolok mengubah-geometri sentuhan rel roda dan boleh menyebabkan haus berlebihan, getaran dan, dalam kes yang teruk, tergelincir. Itulah sebabnya sistem pengikat dan tempat tidur mesti memegang tolok dalam toleransi yang ketat di bawah semua beban.

S: Adakah terdapat rel yang tidak diperbuat daripada keluli?

Pada asasnya semua rel utama dan industri moden adalah keluli. Rel aluminium dan komposit hanya wujud untuk sistem ringan atau eksperimen khas. Gabungan kekuatan, kekerasan, keliatan dan kos mengekalkan keluli dominan.