wykolejenie British Rail klasy 165 na stacji London Paddington. Pociąg przejechał przez szereg punktów pułapkowych, co spowodowało wykolejenie. Po wykolejeniu, tylna część pociągu uderzyła w słupek, poważnie uszkadzając stronę maszynisty prowadzącej jednostki.

wykolejenia wynikają z jednej lub kilku różnych przyczyn; mogą być klasyfikowane jako:

• pierwotna mechaniczna awaria elementu toru (na przykład pęknięte szyny, rozstaw rozrządu spowodowany uszkodzeniem podkładu (wiązania))
• pierwotna mechaniczna awaria elementu układu jezdnego pojazdu (na przykład uszkodzenie maźnicy, pęknięcie koła)
• błąd w geometrii elementów toru lub układu jezdnego, który powoduje quasi-statyczne uszkodzenie podczas jazdy (na przykład wspinanie się po szynie z powodu nadmiernego zużycia kół lub szyn, poślizg robót ziemnych)
• efekt dynamiczny współdziałania toru z pojazdem (na przykład ekstremalne Polowanie, pionowe odbicie, przesunięcie toru
• nieprawidłowe działanie punktów lub niewłaściwe przestrzeganie chroniących je sygnałów (błędy sygnału)
• jako zdarzenie wtórne po zderzeniu z innymi pociągami, pojazdami drogowymi lub innymi przeszkodami (kolizje na przejazdach kolejowych, przeszkody na linii)
• obsługa pociągu (wyrwy spowodowane nagłą trakcją lub siłą hamowania, określane w Ameryce Północnej jako działanie luzu).

wykolejona Lokomotywa w Australii w miejscu ukrycia przed widokiem (styczeń 2007)

uszkodzona szyna

pęknięta szyna, prawdopodobnie zaczynająca się od włączenia wodoru do głowicy szyny

tradycyjna konstrukcja toru składa się z dwóch szyn, zamocowanych w określonej odległości od siebie (znanej jako szerokość toru) i wspartych na podkładach poprzecznych (krawatach). Niektóre zaawansowane konstrukcje torowe wspierają szyny na płycie betonowej lub asfaltowej. Powierzchnia jezdna szyn musi być praktycznie ciągła i mieć odpowiedni układ geometryczny.

w przypadku pęknięcia lub pęknięcia szyny, powierzchnia jezdna szyny może zostać zakłócona, jeśli element wypadł lub utknął w niewłaściwym miejscu lub jeśli powstanie duża szczelina między pozostałymi sekcjami szyny. 170 złamanych (nie pękniętych) szyn odnotowano w sieci kolejowej w Wielkiej Brytanii w 2008 roku, w dół od szczytu 988 w 1998/1999.

• w szynach łączonych szyny są zwykle połączone ŚRUBOWYMI płytami rybnymi (prętami łączącymi). Sieć szyny doświadcza dużych sił ścinających, które są wzmocnione wokół otworu na śrubę. Tam, gdzie konserwacja toru jest słaba, zmęczenie metalurgiczne może spowodować rozprzestrzenianie się pęknięć gwiazdowych z otworu śrubowego. W ekstremalnych sytuacjach może to prowadzić do oderwania trójkątnego kawałka szyny na złączu.
• zmiany metalurgiczne zachodzą ze względu na zjawisko pękania narożników skrajni (w którym mikropęknięcia zmęczeniowe propagują się szybciej niż zwykłe zużycie), a także ze względu na efekty inkluzji wodoru podczas procesu produkcyjnego, co prowadzi do propagacji pęknięć pod obciążeniem zmęczeniowym.
• miejscowe pękanie metalu macierzystego może nastąpić z powodu wirowania kół (zespoły trakcyjne obracają koła jezdne bez ruchu po torze).
• spoiny szynowe (gdzie odcinki szyn są połączone przez spawanie) mogą nie działać z powodu złego wykonania; może to być wywołane ekstremalnie niską pogodą lub niewłaściwym naprężeniem szyn spawanych w sposób ciągły, tak że w szynach generowane są wysokie siły rozciągające.
• płyty rybne (pręty łączone) w torze łączonym mogą nie działać, umożliwiając rozsuwanie szyn w ekstremalnie niskich temperaturach; zwykle wiąże się to z nierównomiernym pełzaniem szyn.

wykolejenie może nastąpić z powodu nadmiernego poszerzenia skrajni (czasami zwanego rozstawem drogi), w którym podkłady lub inne elementy mocujące nie utrzymują WŁAŚCIWEGO skrajni. Na lekko zaprojektowanym torze, na którym szyny są kolczaste (zaciśnięte) do podkładów drewnianych, awaria chwytu kolca może spowodować obrót na zewnątrz szyny, zwykle pod obciążającym działaniem wózków (ciężarówek) na zakrętach.

mechanizm poszerzania rozrządu jest zwykle stopniowy i stosunkowo powolny, ale jeśli jest niewykryty, końcowa awaria często ma miejsce pod wpływem jakiegoś dodatkowego czynnika, takiego jak nadmierna prędkość, źle utrzymany układ jezdny w pojeździe, niewspółosiowość szyn i ekstremalne efekty trakcyjne (takie jak wysokie siły napędowe). Efekt krabowania, o którym mowa powyżej, jest bardziej wyraźny w suchych warunkach, gdy współczynnik tarcia na styku koła z szyną jest wysoki.

uszkodzone kołyedytuj

układ jezdny — zestawy kołowe, wózki (ciężarówki) i zawieszenie — mogą ulec awarii. Najczęstszym historycznym trybem awarii jest upadek łożysk ślizgowych z powodu niedoboru smarowania i uszkodzenie resorów piórowych; opony kół są również podatne na uszkodzenia z powodu propagacji pęknięć metalurgicznych.

nowoczesne technologie znacznie zmniejszyły częstość występowania tych awarii, zarówno przez projekt (zwłaszcza eliminację łożysk ślizgowych), jak i interwencję (badania nieniszczące w eksploatacji).

nietypowa interakcjaedytuj

Jeśli pionowa, boczna lub poprzeczna nieregularność jest cykliczna i ma miejsce przy długości fali odpowiadającej naturalnej częstotliwości niektórych pojazdów przemierzających odcinek trasy, istnieje ryzyko oscylacji harmonicznych rezonansowych w pojazdach, co prowadzi do skrajnie niewłaściwego ruchu i prawdopodobnie wykolejenia. Jest to najbardziej niebezpieczne, gdy cykliczne toczenie jest ustawiane przez zmiany poziomów poprzecznych, ale pionowe błędy cykliczne mogą również powodować podnoszenie się pojazdów z toru; jest to szczególnie ważne, gdy pojazdy są w stanie tary (pustym) i jeśli zawieszenie nie jest zaprojektowane tak, aby miało odpowiednie właściwości. Ostatni warunek ma zastosowanie, jeśli sprężynowanie zawieszenia ma sztywność zoptymalizowaną do warunków obciążenia lub kompromisowych warunków obciążenia, tak że jest zbyt sztywne w sytuacji tary.

zestawy kołowe pojazdu zostają chwilowo rozładowane pionowo, tak że prowadzenie wymagane od kołnierzy lub styku bieżnika koła jest niewystarczające.

szczególnym przypadkiem jest wyboczenie termiczne: w czasie upałów stal szyn rozszerza się. Odbywa się to poprzez naprężanie w sposób ciągły spawanych szyn (są one naprężane mechanicznie, aby były neutralne pod względem naprężeń w umiarkowanej temperaturze) oraz poprzez zapewnienie odpowiednich szczelin dylatacyjnych w połączeniach i zapewnienie właściwego smarowania płyt rybnych. Ponadto boczne mocowanie zapewnia odpowiednie ramię balastowe. Jeśli którykolwiek z tych środków jest niewystarczający, tor może się załamać; ma miejsce Duże zniekształcenie boczne, którego pociągi nie są w stanie wynegocjować. (W latach 2000/1 do 2008/9 w Wielkiej Brytanii miało miejsce 429 incydentów torowych).

nieprawidłowe działanie systemów sterowniczyedytuj

rozjazdy i inne zmiany trasy na kolei są zazwyczaj dokonywane za pomocą punktów (rozjazdów — ruchomych odcinków mogących zmieniać trasę pojazdów). W początkach kolei były one przemieszczane niezależnie przez miejscowy personel. Wypadki-Zwykle kolizje-miały miejsce, gdy pracownicy zapomnieli, na którą trasę wyznaczono punkty, lub przeoczyli podejście pociągu na kolizyjnej trasie. Jeśli punkty nie zostały prawidłowo ustawione na żadnej trasie-ustawione w połowie skoku — możliwe jest wykolejenie przejeżdżającego pociągu.

pierwsza koncentracja dźwigni dla sygnałów i punktów zebranych do operacji miała miejsce w Bricklayer ’ s Arms Junction w południowo-wschodnim Londynie w latach 1843-1844. Położenie sterowania sygnałem (pierwowzór skrzynki sygnalizacyjnej) zostało wzmocnione przez zapewnienie blokady (uniemożliwiającej ustawienie wyraźnego sygnału dla trasy, która nie była dostępna) w 1856 roku.

aby zapobiec niezamierzonemu przemieszczaniu się pojazdów ciężarowych z bocznic do linii jezdnych i innym analogicznym niewłaściwym ruchom, przy wyjściu z bocznic przewidziano punkty pułapkowe i wykolejenia. W niektórych przypadkach są one dostarczane przy zbieżności linii biegnących. Czasami zdarza się, że kierowca błędnie wierzy, że ma uprawnienia do przejazdu nad punktami pułapki lub że sygnalizator niewłaściwie udziela takiej zgody; skutkuje to wykolejeniem. Powstałe wykolejenie nie zawsze w pełni chroni drugą linię: wykolejenie punktu pułapki przy prędkości może spowodować znaczne uszkodzenia i utrudnienia, a nawet pojedynczy pojazd może zablokować czystą linię.

wykolejenie po kolizjiedit

jeśli pociąg zderzy się z masywnym obiektem, oczywiste jest, że wykolejenie prawidłowego przebiegu kół pojazdu na torze może mieć miejsce. Chociaż wyobraża się sobie bardzo duże utrudnienia, to wiadomo, że krowa błąkająca się po linii wykolejała pociąg pasażerski z prędkością taką, jaka miała miejsce w wypadku kolejowym Polmont.

najczęściej napotykanymi przeszkodami są pojazdy drogowe na przejazdach kolejowych (przejazdy klasowe); złośliwe osoby czasami umieszczają materiały na szynach, aw niektórych przypadkach stosunkowo małe przedmioty powodują wykolejenie, prowadząc jedno koło nad szyną (a nie przez poważne zderzenie).

wykolejenia dokonano również w sytuacjach wojny lub innych konfliktów, takich jak wrogość rdzennych Amerykanów, a zwłaszcza w okresach, gdy personel wojskowy i sprzęt były przewożone koleją.

ostra obsługa pociąguedytuj

obsługa pociągu może również powodować wykolejenia. Pojazdy pociągu są połączone za pomocą sprzęgieł; w początkach kolei były to krótkie łańcuchy („luźne sprzęgła”), które łączyły sąsiednie pojazdy ze znacznym luzem. Nawet przy późniejszych ulepszeniach może wystąpić znaczny luz między sytuacją trakcyjną (zespół napędowy ciągnie za sprzęgła mocno), a hamowaniem zespołu napędowego (lokomotywa hamuje i ściska Zderzaki w całym pociągu). Powoduje to przepięcie sprzęgła.

bardziej zaawansowane technologie stosowane obecnie zazwyczaj wykorzystują złącza, które nie mają luźnych luzów, chociaż istnieje elastyczny ruch na złączach; zapewnia się ciągłe hamowanie, tak aby każdy pojazd w pociągu miał hamulce sterowane przez maszynistę. Zasadniczo wykorzystuje się w tym celu sprężone powietrze jako czynnik sterujący i występuje mierzalne opóźnienie czasowe, gdy sygnał (do uruchomienia lub zwolnienia hamulców) rozchodzi się wzdłuż pociągu.

Jeżeli maszynista pociągnie hamulce nagle i poważnie, przednia część pociągu podlega najpierw sile hamowania. (Gdy tylko lokomotywa ma hamowanie, efekt ten jest oczywiście bardziej ekstremalny). Tylna część pociągu może przekroczyć przednią część, a w przypadkach, gdy warunki sprzęgania są niedoskonałe, wynikające z tego nagłe zamknięcie (efekt określany jako „Wjazd”) może spowodować chwilowe podniesienie pojazdu w stanie tary (pustego pojazdu towarowego) i opuszczenie toru.

efekt ten był stosunkowo powszechny w XIX wieku.

na zakrzywionych odcinkach siły wzdłużne (trakcyjne lub hamujące) między pojazdami mają element odpowiednio do wewnątrz lub na zewnątrz na krzywej. W ekstremalnych sytuacjach siły boczne mogą być wystarczające, aby zachęcić do wykolejenia.

szczególnym przypadkiem problemów z obsługą pociągu jest przekroczenie prędkości na ostrych zakrętach. Zazwyczaj pojawia się to, gdy maszynista nie zwalnia pociągu na ostry zakrzywiony odcinek na trasie, która w przeciwnym razie ma wyższe warunki prędkości. W skrajnym skutkuje to wjechaniem pociągu w krzywą z prędkością, przy której nie jest w stanie pokonać krzywej i następuje wykolejenie brutto. Specyficzny mechanizm tego może obejmować przewrócenie ciała (obrót), ale może obejmować zakłócenie struktury toru i wykolejenie jako główne Zdarzenie awarii, a następnie przewrócenie.

przykładem przekroczenia prędkości na krzywej jest wykolejenie pociągu z Filadelfii w maju 2015 r., w którym pociąg Amtrak porusza się z prędkością 106 mph (171 km/h), dwukrotnie większą niż maksymalna dopuszczalna prędkość 50 mph (80 km / h).

wspinanie Kołnierzoweedytuj

system naprowadzania praktycznych pojazdów kolejowych opiera się na działaniu stożkowatości bieżników kół na umiarkowanych zakrętach (do promienia około 500 m lub około 1500 stóp). Na ostrzejszych krzywych styk kołnierza ma miejsce, a efekt przewodni kołnierza zależy od siły pionowej (masy pojazdu).

wykolejenie kołnierza może spowodować, jeśli zależność między tymi siłami, L/V, jest nadmierna. Siła boczna l wynika nie tylko z efektów odśrodkowych, ale duży składnik pochodzi z krabowania zestawu kołowego, który ma niezerowy kąt natarcia podczas jazdy ze stykiem kołnierza. Nadmiar L / V może wynikać z rozładunku koła lub niewłaściwego profilu bieżnika szyny lub koła. Fizyka tego zjawiska jest szerzej opisana poniżej, w rozdziale interakcja koło-szyna.

rozładunek koła może być spowodowany skręceniem toru. Może to nastąpić, gdy przechył (crosslevel lub superelevation) toru różni się znacznie w stosunku do rozstawu osi pojazdu, a zawieszenie pojazdu jest bardzo sztywne w skrętach. W sytuacji quasi-statycznej może pojawić się w skrajnych przypadkach słabego rozkładu obciążenia lub na skrajnym przechyleniu przy niskiej prędkości.

Jeśli szyna została poddana ekstremalnemu bokowi lub kołnierz koła został zużyty pod niewłaściwym kątem, możliwe jest, że stosunek L/V przekroczy wartość, której kąt kołnierza może się oprzeć.

w przypadku naprawy spoin bocznych zużytych przełączników możliwe jest słabe wykonanie rampy w profilu w kierunku zwróconym ku przodowi, która odchyla kołnierz koła zbliżającego się do głowicy szyny.

w ekstremalnych sytuacjach infrastruktura może być rażąco zniekształcona lub nawet nieobecna; może to wynikać z ruchu robót ziemnych (poślizgów i wymywania nasypów), trzęsienia ziemi i innych poważnych zakłóceń naziemnych, niedostatecznej ochrony podczas procesów pracy itp.

interakcjaedytuj

prawie wszystkie praktyczne Systemy Kolejowe wykorzystują koła przymocowane do wspólnej osi: koła po obu stronach obracają się w zgodzie. Wyjątkiem są tramwaje wymagające niskiego poziomu podłogi, ale wiele korzyści w prowadzeniu pojazdu traci się dzięki niezłączonym kołom.

korzyść kół połączonych wynika ze stożkowatości bieżników kół—bieżniki kół nie są cylindryczne, ale stożkowe. Na wyidealizowanym torze prostym zestaw kołowy biegłby centralnie, w połowie drogi między szynami.

pokazany tutaj przykład wykorzystuje zakrzywioną w prawo część ścieżki. Nacisk kładziony jest na lewostronne koło, które jest bardziej zaangażowane w siły kluczowe dla prowadzenia wagonu przez krzywą.

Diagram 1 poniżej przedstawia koło i szynę z zestawem kołowym biegnącym prosto i centralnie po torze. Zestaw kołowy ucieka przed obserwatorem. (Należy pamiętać, że szyna jest nachylona do wewnątrz; odbywa się to na nowoczesnym torze, aby dopasować profil głowicy szyny do profilu bieżnika koła.)

Diagram 2 przedstawia zestaw kołowy przesunięty w lewo, ze względu na krzywiznę toru lub nieregularność geometryczną. Lewe Koło (pokazane tutaj) pracuje teraz na nieco większej średnicy; prawe koło naprzeciwko przesunęło się również w lewo, w kierunku środka toru i biegnie na nieco mniejszej średnicy. Ponieważ dwa koła obracają się z taką samą prędkością, prędkość lewego koła do przodu jest nieco większa niż prędkość prawego koła do przodu. Powoduje to, że zestaw kołowy wykręca się w prawo, korygując przemieszczenie. Odbywa się to bez styku kołnierza; zestawy kołowe sterują się po umiarkowanych zakrętach bez styku kołnierza.

im ostrzejsza krzywa, tym większe przesunięcie boczne niezbędne do osiągnięcia zakrzywienia. Na bardzo ostrym zakręcie (zwykle mniej niż około 500 m lub promień 1500 stóp) szerokość bieżnika koła nie jest wystarczająca do osiągnięcia wymaganego efektu skrętu, a kołnierz koła styka się z powierzchnią czołową wysokiej szyny.

Rysunek 3 przedstawia ruch zestawów kołowych w wózku lub pojeździe czterokołowym. Zestaw kołowy nie biegnie równolegle do toru: jest ograniczony przez ramę wózka i zawieszenie i ziewa Na Zewnątrz krzywej; to znaczy, że jego naturalny kierunek toczenia prowadziłby wzdłuż mniej zakrzywionej ścieżki niż rzeczywista krzywa toru.

kąt pomiędzy ścieżką naturalną a ścieżką rzeczywistą nazywany jest kątem ataku (lub kątem odchylenia). Gdy zestaw kołowy toczy się do przodu, jest zmuszony do przesuwania się po głowicy szyny przez styk kołnierza. Cały zestaw kołowy jest do tego zmuszony, więc koło na niskiej szynie jest również zmuszone do przesuwania się po szynie.

to ślizganie wymaga znacznej siły, aby tak się stało, a siła tarcia odporna na ślizganie jest oznaczona jako „L”, Siła boczna. Zestaw kołowy wywiera siłę L Na Zewnątrz Na szyny, a szyny wywierają siłę L do wewnątrz na koła. Zauważ, że jest to całkiem niezależne od „siły odśrodkowej”. Jednak przy większych prędkościach siła odśrodkowa jest dodawana do siły tarcia, aby uzyskać L.

obciążenie (Siła pionowa) na kole zewnętrznym jest oznaczone V, tak że na wykresie 4 pokazano dwie siły L i V.

kontakt stal-stal ma współczynnik tarcia, który w suchych warunkach może wynosić nawet 0,5, więc siła boczna może wynosić do 0,5 pionowego obciążenia koła.

podczas tego styku kołnierza koło na wysokiej szynie doświadcza siły bocznej L, w kierunku Na Zewnątrz krzywej. Gdy koło obraca się, kołnierz ma tendencję do wznoszenia się pod kątem kołnierza. Jest on przytrzymywany przez pionowe obciążenie koła V, tak że jeśli L / V przekroczy styczną trygonometryczną kąta styczności kołnierza, nastąpi wspinaczka. Kołnierz koła wspina się do głowicy szyny, gdzie nie ma oporu bocznego w ruchu tocznym, a wykolejenie kołnierza zwykle ma miejsce. Na wykresie 5 kąt styku kołnierza jest dość stromy, a wspinaczka kołnierza jest mało prawdopodobna. Jeśli jednak Głowica szyny jest zużyta z boku (boczna) lub kołnierz jest zużyty, jak pokazano na schemacie 6, kąt zwilżenia jest znacznie bardziej płaski i bardziej prawdopodobne jest wspinanie się kołnierza.

gdy kołnierz koła całkowicie wspiął się na główkę szyny, nie ma bocznego przytrzymania, a zestaw kołowy prawdopodobnie podąża za kątem odchylenia, co spowoduje, że koło spadnie poza szynę. Stosunek L / V większy niż 0,6 jest uważany za niebezpieczny.

podkreśla się, że jest to znacznie uproszczony opis fizyki; czynnikami komplikującymi są pełzanie, rzeczywiste profile kół i szyn, efekty dynamiczne, sztywność wzdłużnego przytrzymywania na maźnicach oraz boczny Składnik sił wzdłużnych (trakcyjnych i hamujących).