A ontspoorde British Rail Class 165 op London Paddington station. De trein passeerde een aantal valpunten die de ontsporing veroorzaakten. Na het ontsporen raakte de achterkant van de trein een stang, waardoor de bestuurderszijde van de hoofdunit ernstig werd beschadigd.

ontsporingen zijn het gevolg van een of meer van een aantal verschillende oorzaken; deze kunnen worden geclassificeerd als:

• de primaire mechanische falen van een track component (bijvoorbeeld gebroken rails, meter, verdeeld door sleeper (tie) storing)
• de primaire mechanische falen van een component van de aandrijving van een voertuig (bijvoorbeeld axlebox falen, wiel breuk)
• een fout in de geometrie van de track of onderdelen van het onderstel, dat resulteert in een quasi-statische storing in uitgevoerd (bijvoorbeeld het spoor klimmen door een overmatige slijtage van de wielen of rails, grondwerken slip)
• een dynamisch effect van de track-voertuig interactie (bijvoorbeeld extreme jacht, verticale stuiteren, track shift onder een trein, te hoge snelheid)
• onjuiste bediening van punten, of onjuiste naleving van signalen die deze beschermen (signaalfouten)
• als een secundaire gebeurtenis na een botsing met andere treinen, wegvoertuigen of andere obstakels (aanvaringen met spoorwegovergangen, obstakels op de lijn)
• behandeling van treinen (haperingen als gevolg van plotselinge tractie-of remkrachten, in Noord-Amerika “slappe actie” genoemd).

ontspoorde locomotief eenheid in Australië op te vangen punt aan het oog onttrokken (januari 2007)

Gebroken railsEdit

Een gebroken rail, waarschijnlijk vanaf waterstof opname in de rail hoofd

Een traditionele spoor structuur bestaat uit twee rails, vast bij een bepaalde afstand van elkaar (beter bekend als de spoorbreedte), en ondersteund op transversale dwarsliggers (banden). Sommige geavanceerde spoorstructuren ondersteunen de rails op een betonnen of asfaltplaat. Het loopvlak van de rails moet praktisch continu zijn en van de juiste geometrische lay-out zijn.

in geval van een gebroken of gebarsten spoorstaaf kan het loopvlak van de spoorstaaf worden verstoord als een stuk eruit is gevallen, of op een verkeerde plaats is vastgelopen, of als er een grote spleet ontstaat tussen de resterende spoorstaafdelen. 170 gebroken (niet gebarsten) rails werden gemeld op het netwerk Rail in het Verenigd Koninkrijk in 2008, een daling van een piek van 988 in 1998/1999.

• bij aaneengesloten spoor worden rails meestal verbonden met boutvormige visplaten (verbindingsstangen). Het web van de rail ervaart grote schuifkrachten en deze worden versterkt rond het boutgat. Wanneer het onderhoud van het spoor slecht is, kan metallurgische vermoeidheid resulteren in de vermeerdering van sterscheuren uit de bolthole. In extreme situaties kan dit ertoe leiden dat een driehoekig stuk rail bij het scharnier loskomt.
• metallurgische veranderingen vinden plaats als gevolg van het verschijnsel van hoekscheurtjes (waarbij vermoeidheidsmicrocking zich sneller voortplant dan gewone slijtage), en ook als gevolg van de effecten van waterstofinsluiting tijdens het fabricageproces, wat leidt tot scheurvorming onder vermoeidheidsbelasting.
• lokale verbrossing van het basismetaal kan plaatsvinden door het draaien van de wielen (tractievoertuigen draaien de aangedreven wielen zonder beweging langs het spoor).
• Spoorlassen (waarbij spoorstaafdelen door lassen aan elkaar zijn verbonden) kunnen mislukken als gevolg van slecht vakmanschap; dit kan worden veroorzaakt door extreem koud weer of onjuiste belasting van continu gelaste rails, zodat hoge trekkrachten worden gegenereerd in de rails.
• de visplaten (scharnierstangen) in het aaneengesloten spoor kunnen uitvallen, waardoor de rails bij extreem koud weer uit elkaar kunnen trekken; dit wordt meestal geassocieerd met ongecorrigeerde spoorstaafkruip.

ontsporing kan plaatsvinden als gevolg van een te grote verbreding van de spoorwijdte (soms bekend als weguitbreiding), waarbij de dwarsliggers of andere bevestigingen niet aan de juiste spoorbreedte voldoen. In licht aangelegde rails waar rails zijn spiked (dogged) om houten dwarsliggers, spike hold mislukking kan resulteren in rotatie naar buiten van een spoor, meestal onder de verzwarende werking van krabbing van draaistellen (vrachtwagens) op bochten.

het mechanisme van de verbreding van de spoorwijdte is meestal geleidelijk en relatief langzaam, maar als het niet wordt opgemerkt, vindt de uiteindelijke storing vaak plaats onder invloed van een extra factor, zoals overmatige snelheid, slecht onderhouden loopwerk op een voertuig, verkeerde uitlijning van rails en extreme tractie-effecten (zoals hoge stuwkrachten). Het hierboven genoemde krabeffect is meer uitgesproken in droge omstandigheden, wanneer de wrijvingscoëfficiënt op het raakvlak tussen wiel en spoorstaaf hoog is.

defecte wielbewerking

het loopwerk-wielstellen, draaistellen (vrachtwagens) en ophanging — kan uitvallen. De meest voorkomende historische uitval modus is ineenstorting van glijlagers als gevolg van gebrekkige smering, en het falen van bladveren; wielbanden zijn ook gevoelig voor storingen als gevolg van metallurgische scheurvorming.moderne technologieën hebben de incidentie van deze storingen aanzienlijk verminderd, zowel door het ontwerp (met name de verwijdering van glijlagers) als door de interventie (niet-destructieve tests in bedrijf).

ongebruikelijke track interactionEdit

als een verticale, laterale of crosslevel onregelmatigheid cyclisch is en plaatsvindt bij een golflengte die overeenkomt met de natuurlijke frequentie van bepaalde voertuigen die het traject doorkruisen, bestaat er een risico van resonante harmonische oscillatie in de voertuigen, wat leidt tot extreme oneigenlijke beweging en mogelijk ontsporing. Dit is het gevaarlijkst wanneer een cyclische rol wordt ingesteld door crosslevel variaties, maar verticale cyclische fouten kunnen er ook toe leiden dat voertuigen van de baan tillen; dit is vooral het geval wanneer de voertuigen in de tarra (leeg) staat zijn en de ophanging niet is ontworpen om de juiste eigenschappen te hebben. De laatste voorwaarde is van toepassing als de vering een stijfheid heeft die is geoptimaliseerd voor de beladen toestand, of voor een compromitterende beladingstoestand, zodat deze in de tarrasituatie te stijf is.

de wielstellen van het voertuig worden tijdelijk verticaal gelost, zodat de uit de flenzen of het contact met het loopvlak vereiste geleiding ontoereikend is.

een speciaal geval is warmte gerelateerd knikken: bij warm weer zet het railstaal uit. Dit wordt geregeld door continu gelaste rails te belasten (ze worden mechanisch gespannen om stressneutraal te zijn bij een matige temperatuur) en door de juiste uitzettingsgaten aan de gewrichten te bieden en ervoor te zorgen dat de visplaten goed worden gesmeerd. Bovendien wordt zijdelingse bescherming geboden door een adequate ballastschouder. Als een van deze maatregelen ontoereikend is, kan het spoor bezwijken; er treedt een grote zijdelingse vervorming op, die de treinen niet kunnen bereiken. (In negen jaar 2000/1 tot en met 2008/9 waren er 429 incidenten met de gesp in Groot-Brittannië).

oneigenlijk gebruik van besturingssystemendit

knooppunten en andere wijzigingen van de route op spoorwegen worden in het algemeen door middel van punten (schakelaars — beweegbare secties die de doorgaande route van voertuigen kunnen veranderen). In de begindagen van de spoorwegen werden deze zelfstandig verplaatst door het lokale personeel. Ongevallen — meestal botsingen-vonden plaats wanneer het personeel vergat voor welke route de punten waren ingesteld, of de nadering van een trein over het hoofd zag op een conflicterende route. Als de punten niet correct zijn ingesteld voor een van beide routes — ingesteld in het midden van de slag-is het mogelijk dat een passerende trein ontspoort.

de eerste concentratie van hefbomen voor signalen en punten die samen werden gebracht voor gebruik was bij Bricklayer ‘ s Arms Junction in Zuidoost-Londen in de periode 1843-1844. De signaalbesturingsplaats (voorloper van de signaalbox) werd in 1856 versterkt door het voorzien van blokkering (waardoor een duidelijk signaal werd ingesteld voor een route die niet beschikbaar was).

om het onbedoelde verkeer van vrachtvoertuigen van zijspanten naar lopende lijnen te voorkomen, en andere soortgelijke oneigenlijke bewegingen, vallen punten en ontsporingen zijn aanwezig bij de uitgang van de zijspanten. In sommige gevallen worden deze verstrekt bij de convergentie van lopende lijnen. Af en toe komt het voor dat een bestuurder ten onrechte denkt dat hij/zij bevoegd is om over de valpunten te rijden, of dat de signaller deze toestemming onjuist geeft; dit leidt tot ontsporing. De daaruit voortvloeiende ontsporing beschermt de andere lijn niet altijd volledig: een snelheidsontsporing van een valpunt kan tot aanzienlijke schade en obstructie leiden en zelfs een enkel voertuig kan de vrije lijn belemmeren.

ontsporing na een botsing edit

als een trein botst met een massief object, is het duidelijk dat ontsporing van de goede werking van de wielen van het voertuig op het spoor kan plaatsvinden. Hoewel zeer grote obstakels worden voorgesteld, is het bekend dat een koe afdwaalt op de lijn om een passagierstrein ontsporen met snelheid, zoals gebeurd in de Polmont treinongeluk.

de meest voorkomende obstakels zijn wegvoertuigen op spoorwegovergangen (rangovergangen); kwaadwillige personen plaatsen soms materialen op de rails, en in sommige gevallen veroorzaken relatief kleine voorwerpen een ontsporing door één wiel over de rail te leiden (in plaats van door een grove botsing).ontsporing is ook veroorzaakt in situaties van oorlog of ander conflict, zoals tijdens vijandigheid door Indianen, en meer in het bijzonder tijdens perioden waarin militair personeel en materieel werden verplaatst per spoor.

zware treinbedieningdit

de behandeling van een trein kan ook ontsporingen veroorzaken. De voertuigen van een trein zijn verbonden door koppelingen; in de begindagen van de spoorwegen waren dit korte lengtes van de ketting (“losse koppelingen”) die aangrenzende Voertuigen met aanzienlijke speling verbonden. Zelfs met latere verbeteringen kan er een aanzienlijke speling zijn tussen de tractiesituatie (aandrijfeenheid die de koppelingen strak trekt) en het remmen van de aandrijfeenheid (locomotief die remt en buffers in de hele trein comprimeert). Dit resulteert in koppelingspiek.

meer geavanceerde technologieën die tegenwoordig worden gebruikt, maken over het algemeen gebruik van koppelingen die geen losse speling hebben, hoewel er een elastische beweging is bij de koppelingen; er wordt continu geremd, zodat elk voertuig in de trein remmen heeft die door de bestuurder worden gecontroleerd. In het algemeen gebruikt dit perslucht als regelmedium, en er is een meetbare vertraging als het signaal (om remmen aan te brengen of los te laten) zich voortplant langs de trein.

als een treinbestuurder plotseling en ernstig remt, wordt het voorste deel van de trein eerst aan remkrachten onderworpen. (Waar alleen de locomotief remt, is dit effect uiteraard extremer). Het achterste deel van de trein kan het voorste deel overschrijden en in gevallen waarin de koppelingstoestand onvolmaakt is, kan het plotselinge sluiten (een effect dat “inrijden” wordt genoemd) ertoe leiden dat een voertuig in tarraconditie (een leeg vrachtvoertuig) tijdelijk wordt opgetild en het spoor verlaat.

dit effect kwam relatief vaak voor in de negentiende eeuw.

op gebogen delen hebben de langskrachten (tractie-of remkrachten) tussen voertuigen een onderdeel naar binnen of naar buiten in de bocht. In extreme situaties kunnen deze zijdelingse krachten voldoende zijn om ontsporing aan te moedigen.

een speciaal geval van problemen met de behandeling van treinen is oversnelheid bij scherpe bochten. Dit doet zich in het algemeen voor wanneer een bestuurder de trein niet vertraagt voor een scherp gebogen gedeelte op een route die anders hogere snelheidsomstandigheden heeft. In het uiterste geval leidt dit ertoe dat de trein een bocht betreedt met een snelheid waarmee hij niet over de bocht kan rijden, en dat er een grove ontsporing plaatsvindt. Het specifieke mechanisme hiervan kan lichamelijk kantelen (rotatie) omvatten, maar zal waarschijnlijk het verstoren van de spoorstructuur en ontsporing als de primaire foutgebeurtenis impliceren, gevolgd door kantelen.een voorbeeld van snelheidsovertredingen in een bocht is de treinontsporing in Philadelphia in Mei 2015 waarbij een Amtrak-trein met 171 km/u rijdt, tweemaal de maximaal toegestane snelheid van 80 km / u.

Flens climbingEdit

het geleidingssysteem van praktische spoorwegvoertuigen is gebaseerd op het stuureffect van de coniciteit van de loopvlakken op matige bochten (tot een straal van ongeveer 500 m of ongeveer 1500 voet). Bij scherpere bochten vindt flenscontact plaats, en het leidende effect van de flens is afhankelijk van een verticale kracht (het gewicht van het voertuig).

een flensklimontsporing kan ontstaan als de relatie tussen deze krachten, L / V, te groot is. De laterale kracht L is niet alleen het gevolg van centrifugale effecten, maar een groot onderdeel is van het krabben van een wielstel dat een niet-nul aanvalshoek heeft tijdens het lopen met flenscontact. Het L / V-overschot kan het gevolg zijn van het lossen van wielen, of van onjuiste rail-of profielprofielen. De fysica hiervan wordt hieronder nader beschreven, in de sectie wiel-rail interactie.

het ontladen van de wielen kan worden veroorzaakt door verdraaiing van het spoor. Dit kan zich voordoen als de verkanting (crosslevel, of superelevatie) van het spoor aanzienlijk varieert over de wielbasis van een voertuig, en de ophanging van het voertuig is zeer stijf in torsie. In de quasi-statische situatie kan dit zich voordoen in extreme gevallen van slechte verdeling van de belasting of bij extreme verkanting bij een laag toerental.

als een rail is blootgesteld aan extreme sidewear, of een wielflens is gedragen in een onjuiste hoek, is het mogelijk dat de L/V-verhouding groter is dan de waarde die de flenshoek kan weerstaan.

bij lassenreparatie van zijdelings Versleten schakelaars is het bij slecht vakmanschap mogelijk om een helling in het profiel in de richting van de geleiding te produceren, die een naderende wielflens op de spoorstaafkop afbuigt.

in extreme situaties kan de infrastructuur ernstig vervormd of zelfs afwezig zijn; dit kan het gevolg zijn van bewegingen van grondwerken (dijken en Wash-outs), aardbevingen en andere belangrijke verstoringen op het land, gebrekkige bescherming tijdens arbeidsprocessen enz.

wiel-rail interactie

bijna alle praktische spoorwegsystemen gebruiken wielen die aan een gemeenschappelijke as zijn bevestigd: de wielen aan beide zijden draaien in harmonie. Tramauto ‘ s die lage vloerniveaus zijn de uitzondering, maar veel voordeel in het voertuig begeleiding verloren gaat door het hebben van ontkoppelde wielen.

het voordeel van gekoppelde wielen vloeit voort uit de coniciteit van de loopvlakken van het wiel—de loopvlakken zijn niet cilindrisch, maar conisch. Op een geïdealiseerde rechte baan zou een wielstel centraal, halverwege tussen de rails lopen.

het hier getoonde voorbeeld gebruikt een rechts gebogen gedeelte van het spoor. De focus ligt op het linkerwiel, dat meer betrokken is bij de krachten die van cruciaal belang zijn voor het begeleiden van het treinstel door de bocht.

figuur 1 toont het wiel en de rail met het wielstel recht en centraal op het spoor. Het wielstel loopt weg van de waarnemer. (Let op: de rail is naar binnen gekanteld; dit gebeurt op moderne rails om het profiel van de spoorstaafkop aan het profiel van het wielprofiel aan te passen.)

Figuur 2 toont het naar links verschoven wielstel als gevolg van een kromming van het spoor of een geometrische onregelmatigheid. Het linkerwiel (hier afgebeeld) loopt nu op een iets grotere diameter; het rechterwiel is ook naar links verschoven, naar het midden van de baan, en loopt op een iets kleinere diameter. Aangezien de twee wielen met dezelfde snelheid draaien, is de voorwaartse snelheid van het linkerwiel iets sneller dan de voorwaartse snelheid van het rechterwiel. Dit zorgt ervoor dat het wielstel naar rechts buigt en de verplaatsing corrigeert. Dit gebeurt zonder flenscontact; de wielstellen sturen zichzelf in matige bochten zonder flenscontact.

hoe scherper de kromme is, hoe groter de zijwaartse verplaatsing die nodig is om de kromming te bereiken. Bij een zeer scherpe bocht (meestal minder dan ongeveer 500 m of 1500 voet radius) de breedte van het wiel loopvlak is niet genoeg om het noodzakelijke stuureffect te bereiken, en de wielflens contact met het oppervlak van de hoge rail.

Figuur 3 toont het rijden van wielstellen in een draaistel of een vierwielig voertuig. Het wielstel loopt niet evenwijdig aan het spoor: het wordt beperkt door het draaistelframe en de ophanging, en het gaapt naar de buitenkant van de bocht; dat wil zeggen, de natuurlijke rolrichting zou leiden langs een minder scherp gebogen pad dan de eigenlijke bocht van het spoor.

de hoek tussen het natuurlijke pad en het werkelijke pad wordt de aanvalshoek (of de gierhoek) genoemd. Als het wielstel naar voren rolt, wordt het door het flenscontact gedwongen om over de spoorstaafkop te glijden. Het hele wielstel wordt gedwongen om dit te doen, dus het wiel op de lage rail wordt ook gedwongen om over de rail te glijden.

Dit glijden vereist een aanzienlijke kracht om het te laten gebeuren, en de wrijvingskracht die tegen het glijden bestand is, wordt aangeduid als “L”, de laterale kracht. Het wielstel oefent een kracht l naar buiten uit op de rails en de rails een kracht l naar binnen op de wielen. Merk op dat dit vrij onafhankelijk is van “centrifugale kracht”. Bij hogere snelheden wordt de centrifugale kracht echter aan de wrijvingskracht toegevoegd om L.

De belasting (verticale kracht) op het buitenwiel V te maken, zodat in Figuur 4 de twee krachten L en V worden weergegeven.

Het staal-staalcontact heeft een wrijvingscoëfficiënt van 0,5 in droge omstandigheden, zodat de zijdelingse kracht maximaal 0,5 van de verticale wielbelasting kan bedragen.

tijdens dit flenscontact ervaart het wiel op de hoge rail de zijdelingse kracht L, naar de buitenkant van de bocht. Als het wiel draait, heeft de flens de neiging om de flenshoek op te klimmen. Het wordt naar beneden gehouden door de verticale belasting op het wiel V, zodat als L/V de trigonometrische raaklijn van de flenscontacthoek overschrijdt, zal klimmen plaatsvinden. De wielflens zal klimmen naar de spoorkop waar er geen zijdelingse weerstand in rollende beweging, en een flens klimmen ontsporing vindt meestal plaats. In Figuur 5 is de flenscontacthoek vrij steil, en flensklimmen is onwaarschijnlijk. Echter, als de rail kop is side-Versleten (side-cut) of de flens is versleten, zoals weergegeven in Figuur 6 de contacthoek is veel vlakker en flens klimmen is waarschijnlijker.

zodra de wielflens volledig op de spoorstaafkop is geklommen, is er geen zijdelingse bevestiging en volgt het wielstel waarschijnlijk de gierhoek, waardoor het wiel buiten de spoorstaaf valt. Een L / V-verhouding groter dan 0,6 wordt als gevaarlijk beschouwd.

benadrukt wordt dat dit een veel vereenvoudigde beschrijving van de fysica is; complicerende factoren zijn kruip, werkelijke wiel-en spoorstaafprofielen, dynamische effecten, stijfheid van de lengterichting van de axleboxen en het laterale onderdeel van de longitudinale (tractie-en remkrachten) krachten.