dette afsnit har brug for yderligere citater til verifikation. Hjælp med at forbedre denne artikel ved at tilføje citater til pålidelige kilder. Ikke-kildemateriale kan udfordres og fjernes. (Januar 2015) (Lær hvordan og hvornår denne skabelonmeddelelse skal fjernes)

Broken railsEdit

en traditionel sporstruktur består af to skinner, fastgjort i en bestemt afstand fra hinanden (kendt som sporvidde) og understøttet på tværgående sveller (bånd). Nogle avancerede sporstrukturer understøtter skinnerne på en beton-eller asfaltplade. Skinnernes løbeflade skal være praktisk taget kontinuerlig og af det korrekte geometriske layout.

i tilfælde af en brudt eller revnet skinne kan skinnens løbeflade blive forstyrret, hvis et stykke er faldet ud eller sidder fast på et forkert sted, eller hvis der opstår et stort mellemrum mellem de resterende skinnesektioner. 170 brudte (ikke revnede) skinner blev rapporteret på Netskinne i Storbritannien i 2008, ned fra et højdepunkt på 988 i 1998/1999.

• i fælles spor er skinner normalt forbundet med boltede fiskeplader (fælles stænger). Skinnens net oplever store forskydningskræfter, og disse forbedres omkring bolthullet. Hvor sporvedligeholdelse er dårlig, kan metallurgisk træthed resultere i udbredelse af stjernekrakning fra bolthullet. I ekstreme situationer kan dette føre til, at et trekantet stykke skinne ved samlingen løsnes.
• metallurgiske ændringer finder sted på grund af fænomenet gauge corner cracking (hvor træthed mikrokrakning formerer sig hurtigere end almindeligt slid) og også på grund af virkningerne af brintinklusion under fremstillingsprocessen, hvilket fører til revneudbredelse under træthedsbelastning.
• lokal sprængning af modermetallet kan finde sted på grund af hjulspin (trækkraftenheder, der roterer drivhjul uden bevægelse langs sporet).
• Jernbanesvejsninger (hvor skinnesektioner er forbundet med svejsning) kan mislykkes på grund af dårlig udførelse; dette kan udløses af ekstremt koldt vejr eller forkert belastning af kontinuerligt svejsede skinner, således at der genereres høje trækkræfter i skinnerne.
• fiskepladerne (ledstænger) i sammenføjet spor kan mislykkes, så skinnerne kan trække sig fra hinanden i ekstremt koldt vejr; dette er normalt forbundet med ukorrigeret skinnekryb.

afsporing kan finde sted på grund af overdreven målerudvidelse (undertiden kendt som vejspredning), hvor svellerne eller andre fastgørelser ikke opretholder den korrekte måler. I let konstrueret spor, hvor skinner spidses (dogged) til træsveller, kan piggeholdsfejl resultere i rotation udad for en skinne, normalt under den skærpende virkning af crabbing af bogier (lastbiler) på kurver.

mekanismen for udvidelse af måleren er normalt gradvis og relativt langsom, men hvis den ikke opdages, finder den endelige fiasko ofte sted under virkningen af en eller anden yderligere faktor, såsom overskydende hastighed, dårligt vedligeholdt køreudstyr på et køretøj, forkert justering af skinner og ekstreme trækkrafteffekter (såsom høje drivkræfter). Den ovenfor nævnte crabbing-effekt er mere markant under tørre forhold, når friktionskoefficienten ved grænsefladen mellem hjul og skinne er høj.

defekte hjulrediger

løbehjulet — hjulsæt, bogier (lastbiler) og affjedring — kan svigte. Den mest almindelige historiske fejltilstand er sammenbrud af glidelejer på grund af mangelfuld smøring og svigt i bladfjedre; hjuldæk er også tilbøjelige til svigt på grund af metallurgisk revneudbredelse.

moderne teknologier har reduceret forekomsten af disse fejl betydeligt, både ved design (specielt eliminering af glidelejer) og intervention (ikke-destruktiv test i drift).

usædvanlig sporinteraktionredit

Hvis en lodret, lateral eller tværgående uregelmæssighed er cyklisk og finder sted ved en bølgelængde svarende til den naturlige frekvens af visse køretøjer, der krydser rutesektionen, er der risiko for resonansharmonisk svingning i køretøjerne, hvilket fører til ekstrem forkert bevægelse og muligvis afsporing. Dette er mest farligt, når en cyklisk rulle er sat op af tværniveauvariationer, men lodrette cykliske fejl kan også resultere i, at køretøjer løfter af banen; dette er især tilfældet, når køretøjerne er i Tara (tom) tilstand, og hvis affjedringen ikke er designet til at have passende egenskaber. Den sidste betingelse gælder, hvis affjedringsfjederen har en stivhed, der er optimeret til den belastede tilstand eller til en kompromitterende belastningstilstand, så den er for stiv i Tara-situationen.

køretøjets hjulsæt bliver kortvarigt aflæst lodret, så den vejledning, der kræves fra flangerne eller hjulbanekontakten, er utilstrækkelig.

et specielt tilfælde er varmerelateret buckling: i varmt vejr udvides skinnestålet. Dette styres ved at stresse kontinuerligt svejsede skinner (de spændes mekanisk for at være spændingsneutrale ved en moderat temperatur) og ved at tilvejebringe passende ekspansionshuller ved samlinger og sikre, at fiskeplader smøres ordentligt. Derudover er lateral fastholdelse tilvejebragt af en passende ballast skulder. Hvis nogen af disse foranstaltninger er utilstrækkelige, kan sporet spænde; en stor lateral forvrængning finder sted, som tog ikke er i stand til at forhandle. (I ni år 2000/1 til 2008/9 var der 429 sporspænde hændelser i Storbritannien).

forkert betjening af styresystemerrediger

kryds og andre ændringer af rutning på jernbaner foretages generelt ved hjælp af punkter (afbrydere — bevægelige sektioner, der er i stand til at ændre køretøjets videre rute). I de tidlige dage af jernbaner blev disse flyttet uafhængigt af lokalt personale. Ulykker — normalt kollisioner-fandt sted, når personalet glemte, hvilken rute punkterne var indstillet til, eller overset tilgangen til et tog på en modstridende rute. Hvis punkterne ikke var korrekt indstillet for begge ruter — indstillet i midten af slagtilfælde-er det muligt for et tog, der passerer, at afspore.

den første koncentration af håndtag til signaler og punkter samlet til drift var kl Murer ‘ s Arms Junction i det sydøstlige London i perioden 1843-1844. Signalstyringsstedet (forløberen for signalboksen) blev forbedret ved tilvejebringelse af sammenkobling (forhindrer, at der indstilles et klart signal til en rute, der ikke var tilgængelig) i 1856.

for at forhindre utilsigtet bevægelse af godskøretøjer fra sidespor til løbelinjer og Andre analoge ukorrekte bevægelser er der fældepunkter og afsporinger ved udgangen fra sidesporene. I nogle tilfælde er disse tilvejebragt ved konvergensen af løbende linjer. Det sker lejlighedsvis, at en chauffør fejlagtigt mener, at han/hun har myndighed til at fortsætte over fældepunkterne, eller at signalgiveren forkert giver en sådan tilladelse; dette resulterer i afsporing. Den resulterende afsporing beskytter ikke altid den anden linje fuldt ud: en fældesporing ved hastighed kan meget vel resultere i betydelig skade og forhindring, og endda et enkelt køretøj kan hindre den klare linje.

afsporing efter kollisionredit

Hvis et tog kolliderer med en massiv genstand, er det klart, at afsporing af korrekt kørsel af køretøjshjul på banen kan finde sted. Selvom man forestiller sig meget store forhindringer, det har været kendt for en ko, der forvilder sig videre til linjen for at afspore et passagertog i hastighed, som det skete i Polmont jernbaneulykke.

de mest almindelige forhindringer, der opstår, er vejkøretøjer ved planovergange (grade crossings); ondsindede personer placerer undertiden materialer på skinnerne, og i nogle tilfælde forårsager relativt små genstande en afsporing ved at lede et hjul over skinnen (snarere end ved grov kollision).

afsporing er også blevet skabt i situationer med krig eller anden konflikt, såsom under fjendtlighed af indianere, og især i perioder, hvor militært personel og materiel blev flyttet med jernbane.

Harsh train handlingEdit

håndtering af et tog kan også forårsage afsporinger. Et togs køretøjer er forbundet med koblinger; i de tidlige dage af jernbaner var disse korte kædelængder (“løse koblinger”), der forbandt tilstødende køretøjer med betydelig slaphed. Selv med senere forbedringer kan der være en betydelig slap mellem trækkraftsituationen (kraftenhed, der trækker koblingerne tæt) og bremsning af kraftenheden (lokomotiv, der anvender bremser og komprimerer buffere i hele toget). Dette resulterer i kobling bølge.

mere sofistikerede teknologier i brug i dag anvender generelt koblinger, der ikke har nogen løs slap, selvom der er elastisk bevægelse ved koblingerne; kontinuerlig bremsning er tilvejebragt, så hvert køretøj på toget har bremser styret af føreren. Generelt bruger dette trykluft som et kontrolmedium, og der er en målbar tidsforsinkelse, da signalet (til påføring eller frigivelse af bremser) formerer sig langs toget.

Hvis en lokomotivfører anvender togbremserne pludseligt og alvorligt, udsættes den forreste del af toget først for bremsekræfter. (Hvor kun lokomotivet har bremsning, er denne effekt naturligvis mere ekstrem). Den bageste del af toget kan overskride den forreste del, og i tilfælde, hvor koblingstilstanden er ufuldkommen, kan den resulterende pludselige lukning (en effekt kaldet en “indkørsel”) resultere i, at et køretøj i Tara-tilstand (et tomt godskøretøj) løftes et øjeblik og forlader sporet.

denne effekt var relativt almindelig i det nittende århundrede.

på buede sektioner har de langsgående (trækkraft eller bremsekræfter) kræfter mellem køretøjer henholdsvis en komponent indad eller udad på kurven. I ekstreme situationer kan disse laterale kræfter være nok til at tilskynde til afsporing.

et specielt tilfælde af toghåndteringsproblemer er overhastighed på skarpe kurver. Dette opstår generelt, når en chauffør undlader at bremse toget for en skarp buet sektion i en rute, der ellers har højere hastighedsforhold. I det ekstreme resulterer dette i, at toget går ind i en kurve med en hastighed, hvormed det ikke kan forhandle kurven, og grov afsporing finder sted. Den specifikke mekanisme for dette kan involvere kropslig deponering (rotation), men vil sandsynligvis involvere forstyrrelse af sporstrukturen og afsporing som den primære fejlhændelse efterfulgt af væltning.

et eksempel på hastighed på en kurve ville være maj 2015 Philadelphia togsporing, der involverer et Amtrak-tog, der kører med 106 mph (171 km/t), to gange den maksimalt tilladte hastighed på 50 mph (80 km / t).

flangeklatringredit

styringssystemet for praktiske jernbanekøretøjer er afhængig af styreeffekten af hjulbanernes konicitet på moderate kurver (ned til en radius på omkring 500 m eller omkring 1.500 fod). På skarpere kurver finder flangekontakt sted, og flangens styrende virkning er afhængig af en lodret kraft (køretøjets vægt).

en flange klatring afsporing kan resultere, hvis forholdet mellem disse kræfter, L / V, er overdreven. Den laterale kraft L skyldes ikke kun centrifugaleffekter, men en stor komponent er fra crabbing af et hjulsæt, der har en ikke-nul angrebsvinkel under kørsel med flangekontakt. L / V-overskuddet kan skyldes aflæsning af hjul eller forkert skinne-eller hjulbaneprofiler. Fysikken i dette er mere detaljeret beskrevet nedenfor i sektionen hjul-skinne interaktion.

hjulaflæsning kan skyldes vridning i sporet. Dette kan opstå, hvis sporets overhøjde (tværniveau eller superelevation) varierer betydeligt over et køretøjs akselafstand, og køretøjets ophæng er meget stiv i vridning. I den kvasi-statiske situation kan det opstå i ekstreme tilfælde af dårlig belastningsfordeling eller ved ekstrem overhøjde ved lav hastighed.

hvis en skinne har været udsat for ekstremt sidetøj, eller en hjulflange er blevet båret i en forkert vinkel, er det muligt for L/V-forholdet at overstige den værdi, som flangevinklen kan modstå.

Hvis der foretages svejsereparation af sideslidte kontakter, er det muligt for dårligt håndværk at fremstille en rampe i profilen i vendende retning, der afbøjer en nærliggende hjulflange på skinnehovedet.

i ekstreme situationer kan infrastrukturen være groft forvrænget eller endda fraværende; dette kan opstå som følge af jordarbejdsbevægelse (dæmning glider og udvaskninger), jordskælv og andre større jordforstyrrelser, mangelfuld beskyttelse under arbejdsprocesser osv.

hjul-skinne interaktionredit

næsten alle praktiske jernbanesystemer bruger hjul fastgjort til en fælles aksel: hjulene på begge sider roterer sammen. Sporvogne, der kræver lave gulvniveauer, er undtagelsen, men meget fordel ved køretøjsvejledning går tabt ved at have ikke-linkede hjul.

fordelen ved sammenkædede hjul stammer fra hjulbanernes konicitet—hjulbanerne er ikke cylindriske, men koniske. På idealiseret lige spor ville et hjulsæt køre centralt midt imellem skinnerne.

eksemplet vist her bruger en højre buet sektion af sporet. Fokus er på venstre hjul, som er mere involveret i de kræfter, der er kritiske for at lede jernbanevognen gennem kurven.

Diagram 1 nedenfor viser hjulet og skinnen, hvor hjulsættet kører lige og centralt på banen. Hjulsættet løber væk fra observatøren. (Bemærk, at skinnen er vist skråt indad; dette gøres på moderne spor for at matche skinnehovedprofilen til hjulets slidbaneprofil.)

Diagram 2 viser hjulsættet forskudt til venstre på grund af krumning af sporet eller en geometrisk uregelmæssighed. Det venstre hjul (vist her) kører nu på en lidt større diameter; det modsatte højre hjul er også flyttet til venstre mod midten af banen og kører på en lidt mindre diameter. Da de to hjul roterer med samme hastighed, er det venstre hjuls fremadgående hastighed lidt hurtigere end det højre hjuls fremadgående hastighed. Dette får hjulsættet til at kurve til højre og korrigere forskydningen. Dette finder sted uden flangekontakt; hjulsættene styrer sig selv på moderate kurver uden flangekontakt.

jo skarpere kurven er, desto større er den laterale forskydning, der er nødvendig for at opnå krumningen. 500 m eller 1.500 fod radius) er bredden af hjulbanen ikke nok til at opnå den nødvendige styreeffekt, og hjulflangen kommer i kontakt med højskinnens overflade.

Diagram 3 viser kørsel af hjulsæt i en bogie eller et firehjulet køretøj. Hjulsættet kører ikke parallelt med sporet: det er begrænset af bogierammen og affjedringen, og det gaber til ydersiden af kurven; det vil sige, dens naturlige rulleretning ville føre langs en mindre skarpt buet sti end sporets faktiske kurve.

vinklen mellem den naturlige sti og den faktiske sti kaldes angrebsvinklen (eller gabevinklen). Når hjulsættet ruller fremad, tvinges det til at glide over skinnehovedet ved flangekontakten. Hele hjulsættet er tvunget til at gøre dette, så hjulet på den lave skinne er også tvunget til at glide over sin skinne.

denne glidning kræver en betydelig kraft for at få det til at ske, og friktionskraften, der modstår glidningen, betegnes “L”, den laterale kraft. Hjulsættet anvender en kraft L udad på skinnerne, og skinnerne anvender en kraft L indad på hjulene. Bemærk, at dette er helt uafhængigt af “centrifugalkraft”. Ved højere hastigheder sættes centrifugalkraften imidlertid til friktionskraften for at gøre L.

belastningen (lodret kraft) på det ydre hjul er betegnet V, således at de to kræfter L og V I Diagram 4 vises.

stål-til-stål-kontakten har en friktionskoefficient, der kan være så høj som 0,5 under tørre forhold, så sidekraften kan være op til 0,5 af den lodrette hjulbelastning.

under denne flangekontakt oplever hjulet på den høje skinne den laterale kraft L mod ydersiden af kurven. Når hjulet roterer, har flangen en tendens til at klatre op i flangevinklen. Det holdes nede af den lodrette belastning på hjulet V, så hvis L/V overstiger den trigonometriske tangent af flangekontaktvinklen, vil klatring finde sted. Hjulflangen klatrer til skinnehovedet, hvor der ikke er nogen lateral modstand i rullende bevægelse, og en flangeklatring afsporing finder normalt sted. I Diagram 5 er flangekontaktvinklen ret stejl, og flangeklatring er usandsynlig. Hvis skinnehovedet imidlertid er sideslidt (sideskåret), eller flangen er slidt, som vist i Diagram 6, er kontaktvinklen meget fladere, og flangeklatring er mere sandsynlig.

når hjulflangen er klatret helt op på skinnehovedet, er der ingen lateral fastholdelse, og hjulsættet følger sandsynligvis kæbevinklen, hvilket resulterer i, at hjulet falder uden for skinnen. Et l / v-forhold større end 0,6 anses for at være farligt.

det understreges, at dette er en meget forenklet beskrivelse af fysikken; komplicerende faktorer er krybning, faktiske hjul-og skinneprofiler, dynamiske effekter, stivhed af langsgående fastholdelse ved akselkasser og den laterale komponent af langsgående (trækkraft og bremsning) kræfter.