Un treno britannico deragliato Classe 165 alla stazione di Londra Paddington. Il treno è passato sopra una serie di punti trappola che hanno causato il deragliamento. Dopo il deragliamento, la parte posteriore del treno ha colpito un montante, danneggiando gravemente il lato del conducente dell’unità di piombo.

I deragliamenti derivano da una o più di una serie di cause distinte; queste possono essere classificate come:

• il primario in caso di guasto meccanico di un brano componente (per esempio rotto rotaie, indicatore di diffusione a causa sleeper (tie), la mancata)
• il primario in caso di guasto meccanico di un componente del cambio in marcia di un veicolo (per esempio delle boccole fallimento, ruota di rottura)
• un guasto nella geometria della pista componenti o l’esecuzione di marcia che si traduce in una quasi-statica in esecuzione (ad esempio ferroviaria di arrampicata a causa di eccessiva usura delle ruote, rotaie, di sterro slip)
• un effetto dinamico della traccia di un veicolo di interazione (per esempio estremo di caccia, di rimbalzo verticale, tenere traccia di shift sotto un treno, velocità eccessiva)
• uso improprio dei punti o osservanza impropria dei segnali che li proteggono (errori di segnale)
• come evento secondario in seguito a collisione con altri treni, veicoli stradali o altri ostacoli (collisioni di passaggi a livello, ostacoli sulla linea)
• movimentazione del treno (strappi dovuti a forze di trazione o frenatura improvvise, denominate slack action in Nord America).

Un deragliare la locomotiva unità in Australia, a un fermo punto di nascosto alla vista (gennaio 2007)

Rotto railsEdit

rotto rail, probabilmente a partire dall’idrogeno inclusione nella testa binario

Una pista tradizionale struttura è costituita da due binari, fissa in un determinato distanza (noto come scartamento), con il sostegno trasversale su traversine (legami). Alcune strutture avanzate della pista sostengono le rotaie su una lastra di cemento o asfalto. La superficie di scorrimento delle rotaie deve essere praticamente continua e del corretto layout geometrico.

In caso di rottura o rottura della rotaia, la superficie di scorrimento della rotaia può essere interrotta se un pezzo è caduto, o si è depositato in una posizione errata, o se si presenta un ampio spazio tra le restanti sezioni della rotaia. 170 rotaie rotte (non incrinate) sono state segnalate sulla rete ferroviaria nel Regno Unito nel 2008, in calo rispetto a un picco di 988 nel 1998/1999.

• Nella pista snodata, le rotaie sono collegate solitamente con i fishplates bullonati (barre congiunte). Il web della ferrovia sperimenta le grandi forze di taglio e queste sono migliorate intorno al foro del bullone. Dove la manutenzione della pista è scarsa, l’affaticamento metallurgico può provocare la propagazione di cracking della stella dal bolthole. In situazioni estreme questo può portare a un pezzo triangolare di rotaia al giunto diventando staccato.
• I cambiamenti metallurgici avvengono a causa del fenomeno del cracking dell’angolo del calibro (in cui il microcracking a fatica si propaga più velocemente dell’usura ordinaria) e anche a causa degli effetti dell’inclusione dell’idrogeno durante il processo di produzione, portando alla propagazione della crepa sotto carico di fatica.
• L’infragilimento locale del metallo capostipite può verificarsi a causa della rotazione delle ruote (unità di trazione che ruotano le ruote motrici senza movimento lungo il binario).
• Le saldature ferroviarie (dove le sezioni ferroviarie sono unite mediante saldatura) potrebbero non riuscire a causa della scarsa lavorazione; ciò può essere innescato da un clima estremamente freddo o da una sollecitazione impropria delle rotaie saldate in modo continuo, in modo tale che vengano generate forze di trazione elevate nelle rotaie.
• I fishplates (barre congiunte) in pista snodata possono guastarsi, permettendo che le rotaie si separino nel tempo estremamente freddo; questo è associato solitamente con lo scorrimento non corretto della ferrovia.

Il deragliamento può avvenire a causa di un eccessivo allargamento del calibro (a volte noto come diffusione stradale), in cui le traversine o altri elementi di fissaggio non riescono a mantenere il calibro corretto. In pista leggermente ingegnerizzato dove rotaie sono a spillo (dogged) per traversine in legno, picco tenere fallimento può provocare la rotazione verso l’esterno di una rotaia, di solito sotto l’azione aggravante di grabbing di carrelli (camion) sulle curve.

Il meccanismo di allargamento del calibro è solitamente graduale e relativamente lento, ma se non viene rilevato, il guasto finale avviene spesso sotto l’effetto di alcuni fattori aggiuntivi, come l’eccesso di velocità, la marcia mal mantenuta su un veicolo, il disallineamento delle rotaie e gli effetti di trazione estremi (come le elevate forze di propulsione). L’effetto grabbing di cui sopra è più marcato in condizioni asciutte, quando il coefficiente di attrito all’interfaccia ruota-rotaia è elevato.

Ruote difettosemodifica

La marcia — sale montate, carrelli (camion) e sospensioni — potrebbe guastarsi. La modalità di guasto storica più comune è il collasso dei cuscinetti a strisciamento a causa di una lubrificazione carente e il guasto delle molle a balestra; anche i pneumatici delle ruote sono soggetti a guasti a causa della propagazione delle crepe metallurgiche.

Le moderne tecnologie hanno ridotto notevolmente l’incidenza di questi guasti, sia per progettazione (in particolare l’eliminazione dei cuscinetti a strisciamento) che per intervento (prove non distruttive in servizio).

Insolito interactionEdit pista

Se un verticale, laterale, o crosslevel irregolarità è ciclico e si svolge ad una lunghezza d’onda corrispondente alla frequenza naturale di alcuni veicoli che attraversano la sezione percorso, vi è il rischio di oscillazione armonica risonante nei veicoli, portando a estrema improprio movimento e possibilmente deragliamento. Questo è più pericoloso quando un rotolo ciclico è impostato da variazioni crosslevel, ma errori ciclici verticali possono anche provocare veicoli sollevamento fuori pista; questo è particolarmente il caso quando i veicoli sono nella condizione di tara (vuoto), e se la sospensione non è progettato per avere caratteristiche appropriate. L’ultima condizione si applica se il molleggio della sospensione ha una rigidità ottimizzata per la condizione di carico, o per una condizione di carico compromesso, in modo che sia troppo rigido nella situazione di tara.

Le sale montate del veicolo vengono scaricate momentaneamente verticalmente in modo che la guida richiesta dalle flange o dal contatto del battistrada delle ruote sia inadeguata.

Un caso speciale è l’instabilità legata al calore: nella stagione calda l’acciaio ferroviario si espande. Questo viene gestito sollecitando le rotaie saldate in modo continuo (sono tensionate meccanicamente per essere neutre alle sollecitazioni a temperatura moderata) e fornendo spazi di dilatazione adeguati alle giunture e assicurando che le piastre di pesce siano adeguatamente lubrificate. Inoltre, il contenimento laterale è fornito da un’adeguata spalla di zavorra. Se una qualsiasi di queste misure è inadeguata, la pista può fibbia; si verifica una grande distorsione laterale, che i treni non sono in grado di negoziare. (In nove anni 2000/1 a 2008/9 ci sono stati 429 incidenti pista fibbia in Gran Bretagna).

Funzionamento improprio dei sistemi di controllomodifica

Le giunzioni e gli altri cambi di rotta sulle ferrovie sono generalmente effettuati per mezzo di punti (interruttori — sezioni mobili in grado di cambiare il percorso in avanti dei veicoli). Nei primi giorni di ferrovie questi sono stati spostati in modo indipendente dal personale locale. Gli incidenti — di solito collisioni-hanno avuto luogo quando il personale ha dimenticato quale percorso i punti sono stati fissati per, o trascurato l’avvicinamento di un treno su un percorso in conflitto. Se i punti non sono stati impostati correttamente per entrambi i percorsi-impostati a metà corsa-è possibile che un treno che passa deragli.

La prima concentrazione di leve per segnali e punti riuniti per il funzionamento fu a Bricklayer’s Arms Junction nel sud-est di Londra nel periodo 1843-1844. La posizione di controllo del segnale (precursore del signalbox) è stato migliorato dalla fornitura di interblocco (impedendo un segnale chiaro essere impostato per un percorso che non era disponibile) nel 1856.

Per evitare il movimento involontario dei veicoli merci dai raccordi alle linee di corsa e altri analoghi movimenti impropri, i punti di trappola e i deragli sono forniti all’uscita dai raccordi. In alcuni casi questi sono forniti alla convergenza delle linee di corsa. A volte accade che un conducente creda erroneamente di avere l’autorità di procedere oltre i punti di trappola, o che il segnalatore dia impropriamente tale autorizzazione; ciò si traduce in deragliamento. Il deragliamento risultante non sempre protegge completamente l’altra linea: un deragliamento del punto di trappola a velocità può causare danni e ostruzioni considerevoli, e anche un singolo veicolo può ostruire la linea libera.

Deragliamento dopo collisionEdit

Se un treno si scontra con un oggetto massiccio, è chiaro che deragliamento del corretto funzionamento delle ruote del veicolo sul binario può avvenire. Anche se si immaginano ostacoli molto grandi, è noto che una mucca si allontana dalla linea per far deragliare un treno passeggeri a velocità come quella verificatasi nell’incidente ferroviario di Polmont.

Gli ostacoli più comuni riscontrati sono i veicoli stradali ai passaggi a livello (incroci di grado); i malintenzionati a volte posizionano materiali sulle rotaie e in alcuni casi oggetti relativamente piccoli causano un deragliamento guidando una ruota sopra la rotaia (piuttosto che per collisione grossolana).

Il deragliamento è stato causato anche in situazioni di guerra o altri conflitti, come durante l’ostilità dei nativi americani, e più specialmente durante i periodi in cui il personale militare e il materiale veniva spostato su rotaia.

Gestione del treno difficilemodifica

La gestione di un treno può anche causare deragliamenti. I veicoli di un treno sono collegati da giunti; nei primi giorni delle ferrovie queste erano brevi lunghezze di catena (“giunti sciolti”) che collegavano i veicoli adiacenti con notevole allentamento. Anche con miglioramenti successivi ci può essere un notevole allentamento tra la situazione di trazione (unità di potenza tirando gli accoppiamenti stretto), e la frenata unità di potenza (locomotiva applicando freni e comprimendo tamponi in tutto il treno). Ciò si traduce in sovratensione di accoppiamento.

Le tecnologie più sofisticate in uso al giorno d’oggi generalmente impiegano giunti che non hanno allentamento, anche se c’è un movimento elastico ai giunti; viene fornita una frenata continua, in modo che ogni veicolo sul treno abbia freni controllati dal macchinista. Generalmente questo utilizza aria compressa come mezzo di controllo e c’è un ritardo misurabile quando il segnale (per applicare o rilasciare i freni) si propaga lungo il treno.

Se un macchinista aziona il treno frenando improvvisamente e gravemente, la parte anteriore del treno è soggetta prima alle forze di frenatura. (Dove solo la locomotiva ha frenato, questo effetto è ovviamente più estremo). La parte posteriore del treno può superare la parte anteriore e, nei casi in cui le condizioni di accoppiamento sono imperfette, la conseguente chiusura improvvisa (un effetto denominato “rodaggio”) può causare un veicolo in condizioni di tara (un veicolo merci vuoto) che viene sollevato momentaneamente e lascia il binario.

Questo effetto era relativamente comune nel diciannovesimo secolo.

Sulle sezioni curve, le forze longitudinali (trazione o frenata) tra i veicoli hanno una componente rispettivamente verso l’interno o verso l’esterno sulla curva. In situazioni estreme queste forze laterali possono essere sufficienti per incoraggiare il deragliamento.

Un caso particolare di problemi di gestione del treno è la velocità eccessiva su curve strette. Ciò si verifica generalmente quando un macchinista non riesce a rallentare il treno per una sezione curva tagliente in un percorso che altrimenti ha condizioni di velocità più elevate. In estrema questo si traduce in treno che entra in una curva ad una velocità alla quale non può negoziare la curva, e deragliamento lordo avviene. Il meccanismo specifico di questo può comportare il ribaltamento del corpo (rotazione), ma è probabile che implichi l’interruzione della struttura del binario e il deragliamento come evento di guasto primario, seguito dal ribaltamento.

Un esempio di eccesso di velocità su una curva potrebbe essere il deragliamento del treno di Philadelphia del maggio 2015 che coinvolge un treno Amtrak che viaggia a 106 mph (171 km/h), il doppio della velocità massima consentita di 50 mph (80 km / h).

Salita a flangiamodifica

Il sistema di guida dei veicoli ferroviari pratici si basa sull’effetto sterzante della conicità dei battistrada delle ruote su curve moderate (fino a un raggio di circa 500 m, o circa 1.500 piedi). Su curve più nitide flangia contatto avviene, e l’effetto di guida della flangia si basa su una forza verticale (il peso del veicolo).

Un deragliamento della flangia può risultare se la relazione tra queste forze, L/V, è eccessiva. La forza laterale L deriva non solo dagli effetti centrifughi, ma una grande componente è dalla grabbing di un set di ruote che ha un angolo di attacco diverso da zero durante la corsa con contatto flangiato. L’eccesso di L/V può derivare dallo scarico della ruota o da profili del battistrada della rotaia o della ruota impropri. La fisica di questo è più ampiamente descritta di seguito, nella sezione interazione ruota-rotaia.

Lo scarico della ruota può essere causato dalla torsione nella pista. Ciò può verificarsi se la cant (crosslevel, o sopraelevazione) della pista varia considerevolmente sull’interasse di un veicolo e le sospensioni del veicolo sono molto rigide in torsione. Nella situazione quasi statica può sorgere in casi estremi di scarsa distribuzione del carico, o su estrema cant a bassa velocità.

Se una rotaia è stata soggetta ad un estremo sidewear, o una flangia della ruota è stata indossata ad un angolo improprio, è possibile che il rapporto L/V superi il valore che l’angolo della flangia può resistere.

Se la riparazione della saldatura dei commutatori laterali-usurati è intrapresa, per la lavorazione difficile da produrre una rampa nel profilo nella direzione rivolta, che devia una flangia della ruota che si avvicina alla testa della ferrovia.

In situazioni estreme, l’infrastruttura può essere gravemente distorta o addirittura assente; ciò può derivare da movimenti di terra (scivolamenti e allagamenti), terremoti e altre gravi perturbazioni terrestri, protezione insufficiente durante i processi di lavoro, ecc.

interactionEdit ruota-rotaia

Quasi tutti i sistemi ferroviari pratici utilizzano ruote fissate ad un asse comune: le ruote su entrambi i lati ruotano all’unisono. I tram che richiedono livelli bassi del pavimento sono l’eccezione, ma molto beneficio nella guida del veicolo è perso avendo ruote unlinked.

Il vantaggio delle ruote collegate deriva dalla conicità dei gradini delle ruote—i gradini delle ruote non sono cilindrici, ma conici. Sulla pista rettilinea idealizzata, un set di ruote correva centralmente, a metà strada tra le rotaie.

L’esempio mostrato qui utilizza una sezione curva a destra della traccia. Il focus è sulla ruota sinistra, che è più coinvolta con le forze critiche per guidare il vagone attraverso la curva.

Il diagramma 1 seguente mostra la ruota e la rotaia con il set di ruote che corre dritto e centrale sulla pista. Il set di ruote sta scappando dall’osservatore. (Si noti che la guida è mostrata inclinata verso l’interno; questo viene fatto sulla pista moderna per abbinare il profilo della testa della guida al profilo del battistrada della ruota.)

Il diagramma 2 mostra il set di ruote spostato a sinistra, a causa della curvatura della pista o di un’irregolarità geometrica. La ruota sinistra (mostrata qui) è ora in esecuzione su un diametro leggermente più grande; la ruota destra opposta si è spostata anche a sinistra, verso il centro della pista, e corre su un diametro leggermente più piccolo. Poiché le due ruote ruotano alla stessa velocità, la velocità in avanti della ruota sinistra è un po ‘ più veloce della velocità in avanti della ruota destra. Ciò fa sì che il set di ruote si pieghi verso destra, correggendo lo spostamento. Ciò avviene senza contatto con la flangia; le sale montate si sterzano su curve moderate senza alcun contatto con la flangia.

Più nitida è la curva, maggiore è lo spostamento laterale necessario per ottenere la curva. Su una curva molto nitida (tipicamente inferiore a circa 500 m o 1.500 piedi di raggio) la larghezza del battistrada della ruota non è sufficiente per ottenere l’effetto di sterzata necessario e la flangia della ruota contatta la faccia della guida alta.

Il diagramma 3 mostra il funzionamento delle sale montate in un carrello o in un veicolo a quattro ruote. Il set di ruote non corre parallelo alla pista: è vincolato dal telaio del carrello e dalle sospensioni, e sbadiglia all’esterno della curva; cioè, la sua direzione naturale di rotolamento condurrebbe lungo un percorso meno curvo rispetto alla curva reale della pista.

L’angolo tra il percorso naturale e il percorso effettivo è chiamato angolo di attacco (o angolo di imbardata). Quando il set di ruote rotola in avanti, è costretto a scivolare attraverso il railhead dal contatto della flangia. L’intero set di ruote è costretto a farlo, quindi anche la ruota sulla guida bassa è costretta a scivolare sulla sua guida.

Questo scorrimento richiede una forza considerevole per realizzarlo e la forza di attrito che resiste allo scorrimento è designata “L”, la forza laterale. Il set di ruote applica una forza L verso l’esterno alle rotaie e le rotaie applicano una forza L verso l’interno alle ruote. Si noti che questo è abbastanza indipendente dalla “forza centrifuga”. Tuttavia a velocità più elevate la forza centrifuga viene aggiunta alla forza di attrito per ottenere L.

Il carico (forza verticale) sulla ruota esterna è designato V, in modo che nel diagramma 4 siano mostrate le due forze L e V.

Il contatto acciaio-acciaio ha un coefficiente di attrito che può arrivare fino a 0,5 in condizioni asciutte, in modo che la forza laterale possa arrivare fino a 0,5 del carico verticale della ruota.

Durante questo contatto flangiato, la ruota sulla rotaia alta subisce la forza laterale L, verso l’esterno della curva. Mentre la ruota ruota, la flangia tende a salire l’angolo della flangia. Viene tenuto premuto dal carico verticale sulla ruota V, in modo che se L/V supera la tangente trigonometrica dell’angolo di contatto della flangia, si verificherà l’arrampicata. La flangia della ruota salirà alla testa della ferrovia dove non c’è resistenza laterale nel movimento di rotolamento e un deragliamento rampicante della flangia ha luogo solitamente. Nel diagramma 5 l’angolo di contatto della flangia è piuttosto ripido e l’arrampicata della flangia è improbabile. Tuttavia, se la testa della guida è usurata lateralmente (side-cut) o la flangia è usurata, come mostrato nel diagramma 6, l’angolo di contatto è molto più piatto e l’arrampicata della flangia è più probabile.

Una volta che la flangia della ruota è completamente salita sulla testa della rotaia, non vi è alcun fermo laterale e il set di ruote è probabile che segua l’angolo di imbardata, causando la caduta della ruota all’esterno della rotaia. Un rapporto L/V superiore a 0,6 è considerato pericoloso.

Si sottolinea che questa è una descrizione molto semplificata della fisica; i fattori di complicazione sono lo scorrimento, i profili effettivi delle ruote e delle rotaie, gli effetti dinamici, la rigidità del sistema di ritenuta longitudinale agli assali e la componente laterale delle forze longitudinali (trazione e frenata).