Jernbaneskinner, også kaldet jernbaneskinner, leder tog fremad og bærer deres enorme vægt og overfører belastningen ned gennem svellerne til ballasten og undergrunden. Efterhånden som jernbanerne udvikler sig mod højere hastigheder og tungere belastninger, bliver kravene til jernbanekvaliteten ved med at stige. Denne artikel forklarer, hvor stærkt et jernbanespor egentlig er, og hvilke faktorer der styrer dets styrke.
Hvad gør et jernbanespor stærkt
Styrken af et jernbanespor er ikke en egenskab ved stålskinnen alene. Det er resultatet af en hel struktur, der arbejder sammen: skinnen bærer hjulbelastningerne og spreder dem over svellerne; svellerne fordeler belastningen til ballasten; ballasten understøtter svellerne, giver stabilitet og dræning; og den komprimerede undergrund danner fundamentet. Banens kapacitet er begrænset af de svageste af disse lag, hvorfor sporteknik er lige så opmærksom på ballastdybde og undergrundskvalitet som på skinneafsnittet.
Stålegenskaber: Trækstyrke, udbytte og hårdhed
Skinner er lavet af-kulstofstål, der er hårdere og sejere end blødt stål. Standard carbonskinner har en minimumstrækstyrke i området omkring 780 til 930 MPa, svarende til omkring 113.000 til 135.000 psi, med flydespænding omkring 510 til 670 MPa, omkring 74.000 til 97.000 psi. Varmebehandling øger løbefladens hårdhed, typisk til 340 til 400 HBW for hoved-hærdede skinner, som modstår rullekontaktslid, mens skinnekernen forbliver sej. Disse egenskaber gør det muligt for skinnen at modstå bøjning, deformation og træthed under millioner af hjulpassager.
Jernbanevægtens rolle
Tungere skinner er stærkere skinner. En sektion på 136 lb/yd, omkring 67,5 kg/m, er fælles for nordamerikanske hovedlinjer og tunge-togkorridorer, mens sektioner på 60 kg/m og 75 kg/m fører den tungeste kinesiske og europæiske trafik. En tungere sektion har et større tværsnitsareal, så bøjningsspændingen under et givent akseltryk er lavere, og skinnen kan understøtte højere hastigheder og akseltryk. Moderne tunge-godsvogne i Nordamerika kan nå en bruttovægt på omkring 286.000 lb, og banen skal være designet til at bære sådanne laster uden overdreven afbøjning.
Ballast, sveller og underlag
Ballast er et dybt lag af knust sten, der understøtter svellerne, låser banen på plads og sørger for dræning, så vand ikke svækker formationen. Sveller, lavet af beton eller træ, fordeler belastningen fra skinnen til ballasten og holder måleren. Underlaget er den komprimerede jord under ballasten; hvis underlaget er dårligt, kan ingen skinnestyrke redde sporet, fordi fundamentet sætter sig, og geometrien går tabt. Sporstyrke er derfor en systemegenskab.
Typer af jernbanespor
Skinnesektioner er grupperet efter vægt og anvendelse. Kinesisk standardskinne omfatter kranskinne QU70 til QU120, tung jernbane fra 38 kg/m til 60 kg/m og letbane fra 8 til 30 kg/m. Internationalt spor bruger den britiske BS-serie, den tyske DIN-serie, den amerikanske AREMA- og ASCE-serie som 115RE og 136RE, den japanske JIS-serie og UIC-serien som UIC54 og UIC60. Hver profil har sine egne dimensioner, men alle er valset fra den samme familie af kulstofstål med{12}}høj styrke.
| Jernbanekategori | Typiske afsnit | Vægtområde |
|---|---|---|
| Letbane | 8 til 30 kg/m | Miner, værksteder, lyslinjer |
| Tung skinne | 38 til 75 kg/m | Hovedlinje, høj-hastighed, metro |
| Kranskinne | QU70 til QU120 | Kranbaner |
| nordamerikansk jernbane | 115RE, 136RE | Hovedfragt, tungt træk |
FAQ
Q: Hvor stærkt er skinnestål?A: Standard kulstofskinnestål har en minimumstrækstyrke på omkring 780 til 930 MPa og en flydespænding på omkring 510 til 670 MPa, med hoved-hærdede kvaliteter, der når højere hårdhed.
Q: Hvad er den stærkeste del af sporstrukturen?A: Stålskinnen er den stærkeste enkeltkomponent, men den samlede sporkapacitet afhænger af hele systemet af skinne, sveller, ballast og underlag.
Q: Hvorfor bruges tungere skinner på hovedstrækninger?A: En tungere skinne har et større sektionsareal, så bøjningsspændingen er lavere, og sporet kan understøtte højere hastigheder og akseltryk med mindre vedligeholdelse.
Q: Hvad betyder 136 lb/yd?A: Det betyder, at skinnen vejer 136 pounds pr. yard, omkring 67,5 kg/m, og det er en standard AREMA-sektion til hovedbane og tung-bane.
Q: Hvorfor begrænser undergrunden sporstyrken?A: Hvis underlaget sætter sig eller er dårligt komprimeret, går sporgeometrien tabt uanset skinnestyrke, så fundamentet skal konstrueres sammen med overbygningen.
