en spårad British Rail klass 165 på London Paddington station. Tåget passerade över en uppsättning fällpunkter som orsakade urspårningen. Efter avspårning slog tågets baksida en stolpe och skadade allvarligt förarsidan av ledningsenheten.

urspårningar är resultatet av en eller flera av ett antal olika orsaker; dessa kan klassificeras som:

• det primära mekaniska felet hos en spårkomponent (till exempel trasiga skenor, spårspridning på grund av fel på sovhytt (slips))
• det primära mekaniska felet hos en komponent i ett fordons löpväxel (till exempel axelboxfel, hjulbrott)
• ett fel i spårkomponenternas geometri eller löpväxeln som resulterar i ett kvasistatiskt fel vid körning (till exempel järnvägsklättring på grund av överdrivet slitage på hjul eller skenor, markarbeten glider)
• en dynamisk effekt av spår-fordonsinteraktion (till exempel extrem jakt, vertikal studs, spårskift under ett tåg, överdriven hastighet)
• felaktig användning av punkter eller felaktig efterlevnad av signaler som skyddar dem (signalfel)
• som en sekundär händelse efter kollision med andra tåg, vägfordon eller andra hinder (nivåövergångskollisioner, hinder på linjen)
• tåghantering (ryckningar på grund av plötslig dragkraft eller bromskrafter, kallad slack action i Nordamerika).

en urspårad lokomotiv enhet i Australien vid en fångstpunkt dold från vyn (januari 2007)

trasiga rälsedit

en trasig skena, troligen från vätgasinkludering i skenhuvudet

en traditionell spårstruktur består av två skenor, fixerade på ett angivet avstånd från varandra (känd som spårvidden) och stöds på tvärgående sliprar (band). Vissa avancerade spårstrukturer stöder skenorna på en betong-eller asfaltplatta. Rälsens löpyta måste vara praktiskt taget kontinuerlig och ha rätt geometrisk layout.

i händelse av en trasig eller sprucken räls kan rälsens löpyta störas om ett stycke har ramlat ut eller fastnat på en felaktig plats eller om ett stort mellanrum uppstår mellan de återstående rälsavsnitten. 170 trasiga (inte knäckta) skenor rapporterades på Network Rail i Storbritannien 2008, ner från en topp på 988 1998/1999.

• i fogat spår är skenor vanligtvis anslutna till bultade fiskplattor (fogstänger). Skenans bana upplever stora skjuvkrafter och dessa förbättras runt bulthålet. Där spårunderhåll är dåligt kan metallurgisk trötthet resultera i spridning av stjärnsprickor från bulthålet. I extrema situationer kan detta leda till att en triangulär skena vid fogen lossnar.
• metallurgiska förändringar sker på grund av fenomenet spårvidd hörn sprickbildning (där trötthet mikrosprickor fortplantar snabbare än vanligt slitage), och även på grund av effekterna av väte integration under tillverkningsprocessen, vilket leder till sprickutbredning under trötthet belastning.
• lokal försprödning av modermetallen kan ske på grund av hjulspinn (dragaggregat roterande drivhjul utan rörelse längs spåret).
• Järnvägssvetsar (där järnvägssektioner förenas med svetsning) kan misslyckas på grund av dåligt utförande; detta kan utlösas av extremt kallt väder eller felaktig stressning av kontinuerligt svetsade skenor, så att höga dragkrafter genereras i skenorna.
• fiskplattorna (fogstänger) i fogat spår kan misslyckas, vilket gör att skenorna kan dra isär i extremt kallt väder; detta är vanligtvis förknippat med okorrigerad skenkrypning.

urspårning kan ske på grund av överdriven gaugevidgning (ibland känd som vägspridning), där sliprarna eller andra fästningar inte upprätthåller rätt mätare. I lätt konstruerad spår där skenor spikas (dogged) till timmerslipare, kan spikhållfel resultera i rotation utåt av en skena, vanligtvis under försvårande verkan av crabbing av boggier (lastbilar) på kurvor.

mekanismen för spårvidd är vanligtvis gradvis och relativt långsam, men om den inte upptäcks sker det slutliga felet ofta under effekten av någon ytterligare faktor, såsom överhastighet, dåligt underhållen körutrustning på ett fordon, felinriktning av skenor och extrema dragkrafter (såsom höga drivkrafter). Den crabbing effekt som avses ovan är mer markerad i torra förhållanden, när friktionskoefficienten vid hjulet till rälsgränssnittet är hög.

defekt hjulredigera

löpväxeln-hjulset, boggier (lastbilar) och upphängning — kan misslyckas. Det vanligaste historiska felläget är kollaps av glidlager på grund av bristande smörjning och fel på bladfjädrar; hjuldäck är också benägna att misslyckas på grund av metallurgisk sprickutbredning.

Modern teknik har minskat förekomsten av dessa fel avsevärt, både genom design (speciellt eliminering av glidlager) och ingripande (icke-destruktiv testning i drift).

ovanlig spårinteraktionedit

om en vertikal, lateral eller tvärnivå oregelbundenhet är cyklisk och sker vid en våglängd som motsvarar den naturliga frekvensen hos vissa fordon som passerar ruttavsnittet, finns det en risk för resonans harmonisk svängning i fordonen, vilket leder till extrem felaktig rörelse och eventuellt urspårning. Detta är farligast när en cyklisk rulle ställs in av variationer på tvärnivå, men vertikala cykliska fel kan också leda till att fordon lyfter av banan; detta är särskilt fallet när fordonen är i tare (Tom) skick och om upphängningen inte är konstruerad för att ha lämpliga egenskaper. Det sista villkoret gäller om fjädringens fjädring har en styvhet optimerad för det belastade tillståndet eller för ett kompromissbelastningsförhållande, så att det är för styvt i Tara-situationen.

fordonshjulen lossas tillfälligt vertikalt så att den vägledning som krävs från flänsarna eller hjulets slitbanekontakt är otillräcklig.

ett speciellt fall är värmerelaterad buckling: i varmt väder expanderar skenstålet. Detta hanteras genom att betona kontinuerligt svetsade skenor (de spänns mekaniskt för att vara spänningsneutrala vid en måttlig temperatur) och genom att tillhandahålla lämpliga expansionsgap vid fogar och se till att fiskplattorna smörjs ordentligt. Dessutom tillhandahålls lateral återhållsamhet av en adekvat ballast axel. Om någon av dessa åtgärder är otillräckliga kan spåret spännas; en stor lateral distorsion äger rum, som tåg inte kan förhandla om. (Under nio år 2000/1 till 2008/9 fanns det 429 spårspänningsincidenter i Storbritannien).

felaktig drift av styrsystemredigera

korsningar och andra ändringar av routing på järnvägar görs vanligtvis med hjälp av punkter (omkopplare — rörliga sektioner som kan ändra fordonets vidare väg). I början av järnvägarna flyttades dessa oberoende av lokal personal. Olyckor — vanligtvis kollisioner-ägde rum när personalen glömde vilken rutt punkterna sattes för, eller förbises tillvägagångssättet för ett tåg på en motstridig rutt. Om punkterna inte var korrekt inställda för någon rutt-inställd i mitten av stroke-är det möjligt för ett tåg som passerar att spåra ur.

den första koncentrationen av spakar för signaler och punkter som samlades för drift var vid Bricklayer ’ s Arms Junction i sydöstra London under perioden 1843-1844. Signalstyrningsplatsen (föregångaren till signalboxen) förbättrades genom tillhandahållande av förregling (förhindrar att en tydlig signal ställs in för en rutt som inte var tillgänglig) 1856.

för att förhindra oavsiktlig rörelse av godsfordon från sidospår till löpande linjer och Andra analoga felaktiga rörelser tillhandahålls fällpunkter och spårningar vid utgången från sidospåren. I vissa fall tillhandahålls dessa vid konvergensen av löpande linjer. Det händer ibland att en förare felaktigt tror att han / hon har befogenhet att fortsätta över fällpunkterna, eller att signaleraren felaktigt ger sådant tillstånd; Detta resulterar i urspårning. Den resulterande urspårningen skyddar inte alltid den andra linjen helt: en fällpunkts urspårning i hastighet kan mycket väl leda till betydande skador och hinder, och till och med ett enda fordon kan hindra den klara linjen.

urspårning efter kollisionredigera

om ett tåg kolliderar med ett massivt föremål är det uppenbart att urspårning av korrekt körning av fordonshjul på banan kan ske. Även om mycket stora hinder föreställs, har det varit känt för en ko som går vidare till linjen för att spåra ett passagerartåg i hastighet som inträffade i Polmont-järnvägsolyckan.

de vanligaste hindren påträffas är vägfordon vid plankorsningar (grade korsningar); skadliga personer placerar ibland material på skenorna, och i vissa fall orsakar relativt små föremål en urspårning genom att styra ett hjul över skenan (snarare än genom grov kollision).

urspårning har också åstadkommits i krigssituationer eller andra konflikter, såsom under fientlighet av indianer, och särskilt under perioder då militär personal och materiel flyttades med järnväg.

hård tåghanteringedit

hanteringen av ett tåg kan också orsaka urspårningar. Fordonen i ett tåg är anslutna med kopplingar; i de tidiga dagarna av järnvägar var dessa korta kedjelängder (”lösa kopplingar”) som kopplade intilliggande fordon med betydande slack. Även med senare förbättringar kan det finnas en betydande slack mellan dragsituationen (kraftenheten drar kopplingarna tätt) och kraftenhetens bromsning (lokomotiv som applicerar bromsar och komprimerar buffertar i hela tåget). Detta resulterar i kopplingsöverskott.

mer sofistikerade tekniker som används idag använder i allmänhet kopplingar som inte har någon lös slack, även om det finns elastisk rörelse vid kopplingarna; kontinuerlig bromsning tillhandahålls, så att varje fordon på tåget har bromsar som styrs av föraren. I allmänhet använder detta tryckluft som ett kontrollmedium, och det finns en mätbar tidsfördröjning när signalen (för att applicera eller släppa bromsar) sprids längs tåget.

om en lokförare använder tågbromsarna plötsligt och kraftigt, är den främre delen av tåget först utsatt för bromskrafter. (Där endast loket har bromsning är denna effekt uppenbarligen mer extrem). Den bakre delen av tåget kan överskrida den främre delen, och i fall där kopplingsförhållandet är ofullständigt kan den resulterande plötsliga Stängningen (En effekt som kallas ”inkörning”) leda till att ett fordon i Tara-skick (ett tomt godsfordon) lyfts tillfälligt och lämnar spåret.

denna effekt var relativt vanlig under nittonde århundradet.

på böjda sektioner har de längsgående krafterna (dragkraft eller bromsning) mellan fordon en komponent inåt respektive utåt på kurvan. I extrema situationer kan dessa sidokrafter vara tillräckliga för att uppmuntra urspårning.

ett speciellt fall av tåghanteringsproblem är överhastighet på skarpa kurvor. Detta uppstår vanligtvis när en förare inte saktar tåget för en skarp krökt sektion i en rutt som annars har högre hastighetsförhållanden. I det extrema resulterar detta i att tåget går in i en kurva med en hastighet med vilken det inte kan förhandla om kurvan och grov urspårning sker. Den specifika mekanismen för detta kan innebära kroppslig tippning (rotation) men kommer sannolikt att innebära störning av spårstrukturen och urspårning som den primära felhändelsen, följt av vältning.

ett exempel på hastighet på en kurva skulle vara Philadelphia-tågspårningen i maj 2015 med ett Amtrak-tåg som reser vid 106 mph (171 km/h), två gånger den maximala tillåtna hastigheten på 50 mph (80 km/h).

Flänsklättringedit

styrsystemet för praktiska järnvägsfordon bygger på styrningseffekten av hjultrampens konicitet på måttliga kurvor (ner till en radie på cirka 500 m eller cirka 1500 fot). På skarpare kurvor fläns kontakt sker, och den styrande effekten av flänsen förlitar sig på en vertikal kraft (fordonets vikt).

en fläns klättring urspårning kan resultera om förhållandet mellan dessa krafter, L/V, är överdriven. Sidokraften l resulterar inte bara från centrifugal effekter, men en stor komponent är från crabbing av ett hjulset som har en icke-noll attackvinkel under körning med flänskontakt. L / V-överskottet kan bero på hjullastning eller felaktiga spår-eller hjulprofiler. Fysiken i detta beskrivs mer fullständigt nedan, i avsnittet hjul-rälsinteraktion.

hjullastning kan orsakas av vridning i spåret. Detta kan uppstå om banans kant (tvärnivå eller superelevation) varierar avsevärt över ett fordons hjulbas och fordonsupphängningen är mycket styv i vridning. I den kvasistatiska situationen kan det uppstå i extrema fall av dålig lastfördelning eller vid extrem kant vid låg hastighet.

om en skena har utsatts för extrema sidokläder, eller en hjulfläns har slitits i en felaktig vinkel, är det möjligt för L/V-förhållandet att överskrida det värde som flänsvinkeln kan motstå.

om svetsreparation av sidoslitna brytare utförs, är det möjligt för dåligt utförande att producera en ramp i profilen i vändriktningen, som avböjer en närmande hjulfläns på skenhuvudet.

i extrema situationer kan infrastrukturen vara grovt förvrängd eller till och med frånvarande; detta kan uppstå på grund av markarbeten rörelse (vallen glider och washouts), jordbävning och andra större mark störningar, bristfälligt skydd under arbetsprocesser etc.

hjul-rälsinteraktionedit

nästan alla praktiska järnvägssystem använder hjul som är fästa på en gemensam axel: Hjulen på båda sidor roterar i samförstånd. Spårvagnar som kräver låga golvnivåer är undantaget, men mycket nytta i fordonsvägledning går förlorad genom att ha länkade hjul.

fördelen med länkade hjul härrör från hjulbanans konicitet—hjulbanorna är inte cylindriska utan koniska. På idealiserad rak spår skulle ett hjulset springa centralt, halvvägs mellan skenorna.

exemplet som visas här använder en högerböjd del av spåret. Fokus ligger på vänsterhjulet, vilket är mer involverat i de krafter som är kritiska för att styra järnvägsvagnen genom kurvan.

Diagram 1 nedan visar hjulet och skenan med hjulsatsen rakt och centralt på banan. Hjulsatsen löper bort från observatören. (Observera att skenan visas lutad inåt; detta görs på modernt spår för att matcha skenans huvudprofil med hjulets slitbaneprofil.)

Diagram 2 visar hjulsatsen förskjuten till vänster på grund av spårets krökning eller en geometrisk oregelbundenhet. Det vänstra hjulet (visas här) körs nu på en något större diameter; det högra hjulet motsatt har också flyttats till vänster, mot mitten av banan, och körs på en något mindre diameter. Eftersom de två hjulen roterar i samma takt är vänsterhjulets framfart lite snabbare än högerhjulets framfart. Detta gör att hjulsatsen böjer sig åt höger och korrigerar förskjutningen. Detta sker utan flänskontakt; hjulsatserna styr sig på måttliga kurvor utan flänskontakt.

ju skarpare kurvan är, desto större är sidoförskjutningen nödvändig för att uppnå böjningen. På en mycket skarp kurva (vanligtvis mindre än cirka 500 m eller 1500 fot radie) är bredden på hjulbanan inte tillräcklig för att uppnå den nödvändiga styreffekten, och hjulflänsen kommer i kontakt med den höga skenans yta.

Diagram 3 visar körningen av hjulpar i en boggi eller ett fyrhjuligt fordon. Hjulsatsen löper inte parallellt med banan: den begränsas av boggiramen och upphängningen, och den gäspar på utsidan av kurvan; det vill säga dess naturliga rullningsriktning skulle leda längs en mindre skarpt krökt bana än banans faktiska kurva.

vinkeln mellan den naturliga vägen och den faktiska vägen kallas angreppsvinkeln (eller girvinkeln). När hjulsatsen rullar framåt tvingas den glida över skenhuvudet genom flänskontakten. Hela hjulsatsen tvingas göra detta, så hjulet på lågskenan tvingas också glida över skenan.

denna glidning kräver en avsevärd kraft för att få det att hända, och friktionskraften som motstår glidningen betecknas ”L”, sidokraften. Hjulsatsen applicerar en kraft L utåt på skenorna, och skenorna applicerar en kraft L inåt på hjulen. Observera att detta är helt oberoende av ”centrifugalkraft”. Men vid högre hastigheter läggs centrifugalkraften till friktionskraften för att göra L.

belastningen (vertikal kraft) på ytterhjulet betecknas V, så att i Diagram 4 visas de två krafterna L och V.

stål-till-stål-kontakten har en friktionskoefficient som kan vara så hög som 0,5 under torra förhållanden, så att sidokraften kan vara upp till 0,5 av den vertikala hjulbelastningen.

under denna flänskontakt upplever hjulet på den höga skenan sidokraften L, mot utsidan av kurvan. När hjulet roterar tenderar flänsen att klättra upp flänsvinkeln. Den hålls nere av den vertikala belastningen på hjulet V, så att om L/V överstiger den trigonometriska tangenten för flänskontaktvinkeln, kommer klättring att äga rum. Hjulflänsen kommer att klättra till skenhuvudet där det inte finns något lateralt motstånd i rullande rörelse, och en flänsklättringsspårning sker vanligtvis. I Diagram 5 flänskontaktvinkeln är ganska brant, och flänsklättring är osannolikt. Men om skenhuvudet är sidoslitet (sidoklippat) eller flänsen är sliten, som visas i Diagram 6 är kontaktvinkeln mycket plattare och flänsklättring är mer sannolikt.

När hjulflänsen helt har klättrat upp på skenhuvudet finns det ingen lateral återhållsamhet, och hjulsatsen kommer sannolikt att följa girvinkeln, vilket resulterar i att hjulet faller utanför skenan. Ett L / V-förhållande större än 0,6 anses vara farligt.

det betonas att detta är en mycket förenklad beskrivning av fysiken; komplicerande faktorer är krypning, faktiska hjul-och skenprofiler, dynamiska effekter, styvhet i längsgående fasthållning vid axelboxar och sidokomponenten för längsgående (dragkraft och bromsning) krafter.