Đường ray, còn được gọi là đường ray, dẫn đường cho đoàn tàu tiến về phía trước và mang trọng lượng khổng lồ của chúng, chuyển tải trọng xuống qua tà vẹt tới đá dằn và nền đường. Khi đường sắt phát triển theo hướng tốc độ cao hơn và tải trọng lớn hơn, nhu cầu về chất lượng đường sắt không ngừng tăng lên. Bài viết này giải thích độ bền thực sự của đường ray và những yếu tố nào kiểm soát độ bền của nó.
Điều gì tạo nên một tuyến đường sắt mạnh mẽ
Độ bền của đường ray không phải là đặc tính của riêng đường ray thép. Đó là kết quả của cả một kết cấu hoạt động cùng nhau: đường ray mang tải trọng của bánh xe và trải chúng lên tà vẹt; tà vẹt phân phối tải trọng cho chấn lưu; chấn lưu hỗ trợ tà vẹt, tạo sự ổn định và thoát nước; và lớp nền được nén chặt tạo thành nền móng. Năng lực của đường ray bị giới hạn bởi lớp yếu nhất trong số các lớp này, đó là lý do tại sao kỹ thuật đường ray chú ý nhiều đến độ sâu đá dăm và chất lượng nền đường cũng như đoạn đường ray.
Tính chất thép: Độ bền kéo, năng suất và độ cứng
Đường ray được làm từ-thép carbon cao, cứng và chắc hơn thép nhẹ. Đường ray carbon tiêu chuẩn có độ bền kéo tối thiểu trong khoảng khoảng 780 đến 930 MPa, tương ứng với khoảng 113.000 đến 135.000 psi, với cường độ chảy khoảng 510 đến 670 MPa, khoảng 74.000 đến 97.000 psi. Xử lý nhiệt làm tăng độ cứng của bề mặt chạy, thường lên tới 340 đến 400 HBW đối với đường ray được làm cứng{17}}đầu, giúp chống mài mòn tiếp xúc khi lăn trong khi lõi đường ray vẫn cứng cáp. Những đặc tính này cho phép đường ray chống lại sự uốn cong, biến dạng và mỏi dưới hàng triệu bánh xe đi qua.
Vai trò của trọng lượng đường sắt
Đường ray nặng hơn là đường ray mạnh hơn. Đoạn 136 lb/yd, khoảng 67,5 kg/m, thường dùng cho các tuyến đường chính và hành lang vận tải hạng nặng-ở Bắc Mỹ, trong khi các đoạn 60 kg/m và 75 kg/m có lưu lượng giao thông lớn nhất ở Trung Quốc và Châu Âu. Phần nặng hơn có diện tích mặt cắt ngang lớn hơn{7}}nên ứng suất uốn dưới tải trọng trục nhất định sẽ thấp hơn và đường ray có thể hỗ trợ tốc độ và tải trọng trục cao hơn. Ô tô chở hàng hạng nặng-hiện đại ở Bắc Mỹ có thể đạt tổng trọng lượng khoảng 286.000 lb và đường đua phải được thiết kế để chở những tải trọng đó mà không bị lệch quá mức.
Đá dằn, tà vẹt và lớp nền
Đá dăm là lớp đá dăm sâu có tác dụng đỡ tà vẹt, khóa đường ray vào đúng vị trí và có chức năng thoát nước để nước không làm suy yếu nền móng. Tà vẹt làm bằng bê tông hoặc gỗ có tác dụng phân phối tải trọng từ ray đến chấn lưu và giữ thước đo. Lớp nền là lớp đất được nén bên dưới lớp dằn; nếu nền đất kém thì cường độ đường ray không thể cứu được đường ray vì nền móng bị lún và hình dạng bị mất. Do đó, sức mạnh của đường đua là một thuộc tính của hệ thống.
Các loại đường ray
Các phần đường ray được nhóm theo trọng lượng và ứng dụng. Đường sắt tiêu chuẩn Trung Quốc bao gồm ray cẩu QU70 đến QU120, ray nặng từ 38 kg/m đến 60 kg/m và ray nhẹ từ 8 đến 30 kg/m. Đường đua quốc tế sử dụng dòng BS của Anh, dòng DIN của Đức, dòng AREMA và ASCE của Mỹ như 115RE và 136RE, dòng JIS của Nhật Bản và dòng UIC như UIC54 và UIC60. Mỗi cấu hình đều có kích thước riêng nhưng tất cả đều được cuộn từ cùng một dòng thép cacbon cường độ cao.
| Hạng mục đường sắt | Mặt cắt điển hình | Phạm vi trọng lượng |
|---|---|---|
| Đường sắt nhẹ | 8 đến 30 kg/m | Mỏ, nhà xưởng, đường đèn |
| Đường sắt hạng nặng | 38 đến 75 kg/m | Tuyến chính,{0}}tốc độ cao, tàu điện ngầm |
| Đường ray cần cẩu | QU70 đến QU120 | Đường băng cần cẩu |
| Đường sắt Bắc Mỹ | 115RE, 136RE | Vận chuyển hàng hóa chính, vận chuyển hàng nặng |
Câu hỏi thường gặp
Hỏi: Thép đường sắt bền đến mức nào?Đáp: Thép ray cacbon tiêu chuẩn có độ bền kéo tối thiểu khoảng 780 đến 930 MPa và giới hạn chảy khoảng 510 đến 670 MPa, với các cấp độ cứng-đầu đạt độ cứng cao hơn.
Hỏi: Phần mạnh nhất của cấu trúc đường đua là gì?Trả lời: Đường ray thép là bộ phận đơn mạnh nhất, nhưng tổng công suất đường ray phụ thuộc vào toàn bộ hệ thống đường ray, tà vẹt, đá dằn và nền đường.
Hỏi: Tại sao đường ray nặng hơn được sử dụng trên các tuyến đường chính?Đáp: Đường ray nặng hơn có diện tích mặt cắt lớn hơn, do đó ứng suất uốn thấp hơn và đường ray có thể hỗ trợ tốc độ và tải trọng trục cao hơn mà ít phải bảo trì hơn.
Hỏi: 136 lb/yd có nghĩa là gì?Đáp: Điều đó có nghĩa là đường ray nặng 136 pound mỗi yard, khoảng 67,5 kg/m và đây là đoạn AREMA tiêu chuẩn dành cho đường chính và đường -nặng.
Hỏi: Tại sao nền đường lại giới hạn cường độ?Trả lời: Nếu nền đất lún hoặc được đầm nén kém, hình dạng đường ray sẽ bị mất bất kể cường độ đường ray, do đó nền móng phải được thiết kế cùng với cấu trúc thượng tầng.
