Langsveiset skinne
Den sveisede skinnen eller LRS , også kalt "lang stang" er en moderne metode for legging av jernbane som har fordelen av å fjerne de fleste av skjøteskinnene over lange lengder, ofte flere titalls kilometer.
Dette er leggingsmetoden som er brukt for alle linjer med tung trafikk, og spesielt høyhastighetslinjer , selv om den gradvis blir standarden for alle jernbanenettverk (trikk, fornyelse eller opprettelse av små linjer som fra Oloron-Sainte-Marie til Bedøs i 2016, linje 15-16-17 av Grand Paris Express , eller en del av linjen fra Eygurande-Merlines til Clermont-Ferrand mellom Clermont-Ferrand og Durtol i 2012).
Historisk
Siden jernbanens opprinnelse har utvidelsen av skinnene vært en kilde til ulempe for jernbaneoperatørene.
Siden teknologien som da var tilgjengelig ikke tillot lange skinner, ble dette problemet løst ved å etterlate tilstrekkelig plass til leddene mellom skinnene. Et spor lagt etter denne metoden kalles "normale sverd".
På grunn av denne diskontinuiteten i lageret forårsaker tetningene imidlertid støt når hjulene passerer. I tillegg til ubehaget som følges av passasjerene og slitasje på hjulets slitebane, forårsaker disse støtene slitasje av bestanddelene i tetningen, så vel som ballasten under tverrdelene som støtter tetningen, og krever veldig regelmessig vedlikehold.
Operatører har derfor alltid søkt en løsning for å eliminere selene. Slik ble det fra 1930-tallet teoretisert driften av LRS. Men datidens materialer, spesielt de stive festene , ga ikke tilstrekkelig støtte og tillot derfor ikke enkel implementering av denne nye teknikken. Vi måtte vente på at utviklingen av elastiske fester skulle gjenoppta eksperimentet og deretter gå videre til generaliseringen av prosessen.
Prinsipp for drift
Skinnene er sveiset ved en omgivelsestemperatur på mellom 20 ° C og 30 ° C (i Frankrike). Hvis skinnenes temperatur er lavere, kan hydrauliske strammere brukes til å gi skinnen lengden den ville ha ved 25 ° C (utvidelse på omtrent 0,01 mm m -1 ° C -1 ). Hvis temperaturen på skinnene er høyere, er sveising forbudt. Takket være disse forholdsreglene forblir spenningene i skinnene relativt lave (i størrelsesorden 10 daN mm −2 maks), noe som gjør det mulig å unngå problemer med å spenne eller deformere sporet.
Skinnene kan sveises i flere titalls kilometer uten ekspansjonsfuge. De ekspansjonsfuger er vanligvis reservert for konstruksjoner som broer. Disse enhetene kompenserer for utvidelsen av brodekket.
Metallens frie bevegelse som en funksjon av temperaturen er begrenset av dets faste feste til svillene, selv forankret i ballasten . De hindrede bevegelsene til metallet forvandles til kompressionsspenninger (ved høye temperaturer) eller strekk (ved lave temperaturer), som kan nå opp til 140 tonn for et spor forsterket med skinner på 60 kg / m .
Disse belastningene avhenger av temperaturvariasjoner, men er uavhengige av lengden og seksjonen av skinnen.
På slutten av LRS er et område der den frie utvidelsen av skinnen ikke lenger er fullstendig kompensert, pusteområdet. Bevegelsene på enden av skinnen er større enn hva en skjøt normalt kan absorbere, det er installert spesielle utvidelsesanordninger der som gjør at skinnene kan gli, samtidig som det sikres uten rullestopp i lengderetningen, men med sidepauser.
Fordeler og ulemper
LRS har to hovedfordeler, som er konsekvensen av eliminering av fiskebelagte ledd :
- reduserte vedlikeholdskostnader for spor;
- bedre kjørekomfort og økt passasjerkomfort .
Ulempene, stort sett oppveid av fordelene, er:
- større tekniskitet i implementering og vedlikehold, og krever velutdannet personale;
- en risiko for deformasjon ved spenning av sporet under overdreven trykkbelastning i perioder med veldig høy varme (men denne risikoen eksisterer også i normale stenger);
- denne komprimering ved høye temperaturer medfører også risiko for deformasjon under arbeid utført på skinnene, ballasten eller festene i den varme sesongen. Av denne grunn, med unntak av å ta spesielle forholdsregler som å begrense hastigheten, utføres det ikke noe arbeid om sommeren på LRS-spor;
- en økt risiko sammenlignet med normale skinnestenger i perioder med ekstrem kulde på grunn av spenningen i stolpene;
- bruk av større mengder ballast for bedre å forankre svillene.
For å minimere risikoen for sporforvrengning, brukes vanligvis ikke LRS på svingete spor eller i dårlig stabilt terreng.
grunnlov
De lange stengene, med en lengde på 144, 300 eller 400 m, avhengig av land, produseres i verkstedet ved sveising av elementære skinner på 18 m , 36 m , 72 m , 75 m , 80 m , 100 m eller 120 m . I Frankrike er lengden på elementære stenger 108m produsert ved rulling. Fire elementstenger er sveiset for å danne en 432m lang stang. Denne sveisingen, utført i et stasjonært eller semi-mobilt verksted, er laget ved å blinke og smi eller ved induksjon og smiing. Disse lange stolpene, hvis fleksibilitet gjør at de kan transporteres på togsett av flate vogner spesielt utstyrt med losseutstyr og renner kalt LRS-togsett, blir deretter plassert og sveiset sammen på stedet ved hjelp av aluminium-termisk sveising eller elektrisk sveising.
De er festet til svillene ved hjelp av elastiske bånd.
I tilfelle det opprettes en LRS ved å sveise skinnene til et spor i normale stenger som er faste, helt eller delvis, med stive fester, vil vi installere "anti-trailing" -innretninger beregnet på å motarbeide skinnens langsgående bevegelse.
Utgivelsen av LRS
For å begrense belastningene, bør leggingen av de lange stolpene ideelt sett gjøres ved en gjennomsnittstemperatur mellom de forventede ytterpunktene kalt "referansetemperatur". Denne referansetemperaturen er for eksempel generelt 25 ° C i Frankrike .
For å gjøre dette følges leggingen av skinnene av en operasjon som kalles "spenningsfrigjøring" som tar sikte på å homogenisere spenningene inne i skinnen og deretter feste den i samsvar med ønsket referansetemperatur.
Homogeniseringen av spenningene oppnås som følger:
- skinnen er løsrevet fra svillene;
- ruller settes inn under skinnen slik at den kan bevege seg fritt i lengderetningen;
- den blir satt i vibrasjon ved å slå den med gummierte masser som er gitt for dette formålet.
Avhengig av skinnens faktiske temperatur:
- hvis det er nær den ideelle referansetemperaturen, blir skinnene festet igjen som de er og sveiset ( frigjøres ved naturlig temperatur);
- hvis det er lavere (det hyppigste tilfellet fordi denne typen arbeid unngås i varmt vær), settes skinnene i trekk ved hjelp av hydrauliske jekk for å kompensere for forskjellen med referansetemperaturen, så blir skinnene festet igjen. sveising ( Løs ut ved hjelp av hydrauliske jekker);
- hvis den til slutt er for høy, utføres en frigjøring ved naturlig temperatur . Denne typen installasjoner medfører ulempen ved å måtte returnere, når de faktiske temperaturforholdene tillater det, å utføre en ny utgivelse for å oppfylle den ideelle referansetemperaturen. Hvis denne nye utgivelsen ikke blir utført i tide, er det en risiko for brudd på skinnen i løpet av de første første alvorlige forkjølelsene på grunn av overdreven strekkbelastning.
Begrepet temperatur
Temperaturen det er referert til i denne artikkelen er ikke omgivelsestemperaturen, men den til metallet som utgjør selve skinnen. Dette kan være veldig forskjellig fra omgivelsestemperaturen.
Det kan for eksempel være veldig høyt når solen varmer opp banen mens den omgivende luften forblir myk. På samme måte er det i kaldt vær metallets iboende temperatur generelt lavere enn omgivelsestemperaturen.
Denne temperaturen registreres enten:
- ved å plassere et termometer på skoen på skinnen i skyggen;
- ved å bruke et termometer satt inn i et hull boret i en skinnekupong med samme egenskaper som skinnen som utgjør LRS og utsatt for de samme ytre forhold.
Beregning av spenninger i LRS
: Seksjon av skinnen (mm 2 ) : Termisk kraft i skinnen (N) : Temperaturforskjell med innlemmelsestemperaturen (sveising) (° C) : koeffisienten for termisk utvidelse av stålet (mm / ° C / m)
E: Youngs modul av materialet som utgjør skinnen (MPa)
Digital applikasjon:
S = 7745 mm 2 = 0,012 mm / ° C / m
E = 210 000 MPa
F = E. S. T = 19,5 kN / ° C = 2,5 MPa / ° C T = 55 ° C
Utvidelse av den ubegrensede LRS-skinnen som en funksjon av temperaturen:
L = 400 m 0,012 * 55 * 400
264 mm
| F = 1070 kN og = 137 MPa |
Merknader og referanser
Se også
Bibliografi
- Roland Sauvage, Stabiliteten til langsveisede skinner , Louis-Jean, 1966, 64 sider
- JP Fortin, “Forenklet teori om langsveisede skinner”, i Revue générale des railroads , n ° 79, 1999, s.15-25
- André Francusco og Jean-Hubert Lavie (fotograf), “ Vedlikehold av langsveisede skinner: LRS utgjør en klar forbedring når det gjelder komfort og kostnad, men vedlikeholdet er komplekst og krever mye strenghet. Forklaringer fra tidligere distriktssjef ”, Ferrovissime , nr . 101, september / oktober 2019, s. 22-23 ( ISSN 1961-5035 ).