قطار یکی از وسایل نقلیه پرکاربرد هم برای بار و هم برای انسان هاست که از زمانه ای بسیار قدیم به خصوص برای فواصل دور از آن استفاده می کردند و امروزه نیز نوع پیشرفته آن در دسترس همه افراد می باشد. یکی از مهم ترین اجزا در حمل و نقل با قطار، ریل های قطار است. اگر این ریل ها از نظر فنی در ساخت مشکلی داشته باشند باعث تغییر مسیر قطار و خسارات جانی و مالی بسیار شدیدی خواهد شد. به همین دلیل به خصوص برای طراحان در این زمینه شناخت ریل راه آهن و انواع ریل فولادی و همچنین نحوه ساخت آن ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. پس از مطالعه این مقاله احتمالا نیاز به قیمت تیرآهن خواهید داشت که می توانید از لینک مربوطه دریافت نمائید.
اولین قطارهایی که ساخته شد قطارهایی بود که اسب ها واگن آن ها را انتقال می دادند. به همین دلیل جنس ریل آن ها از چوب بود. از دهه 1760 میلادی روی این ریل های چوبی نوارهایی از جنس چدن نصب کردند و ریل ها از چوبی به آهنی تبدیل شد. با این حال باز هم در هنگام عبور بارهای سنگین به راحتی شکسته می شدند، اما مزیت آن ها این بود که خیلی سریع و ارزان ساخته می شدند. عیب دیگر این ریل ها این بود که تسمه های رویی گاهی اوقات پاره شده و با کف واگن تلاقی داشت. در نتیجه با اینکه ساخت آن ها ارزان بود هزینه نگهداری و تعمیرشان به دلیل بالا بودن قیمت تسمه آهنی، بسیار زیاد می شد.
برای بهتر شدن ریل ها، ریل های ترکیبی چدن و چوب را به ریل های چدنی فلنج تبدیل کردند و از طرف دیگر چرخ های واگن ها را به صورت مسطح در آوردند. بعدها فردی به نام ویلیام جسپ به این نتیجه رسید که اگر لبه هایی برای ریل ها تعبیه کند که چرخ های واگن در آن قرار بگیرند ریل عملکرد بهتری خواهد داشت.
متأسفانه ریل های چدنی خیلی راحت با کمی فشار اضافه می شکستند و همین موضوع دردسری بزرگ بود زیرا دائماً ریل ها باید تعمیر می شدند. به همین دلیل در سال 1820 فردی به نام جان برکینشو اختراعی به نام تکنیک نورد بهبود یافته را به نام خودش ثبت کرد که با این اختراع توانست کاری انجام دهد که طول عمر آهن افزایش یابد و آن را جایگزین ریل های چدنی کند. بنابراین بین سال های 1825 تا 1840 اوج ساخت و ساز ریل اتفاق افتاد و از آن زمان به ریل راه آهن معروف شد.
فولاد ترکیبی از چندین آلیاژ و بسیار قوی تر از آهن است و در صورت استاندارد بودن حتی در زیر فشار بارهای بسیار سنگین نیز تغییر شکل نداده و نمی شکند. ریل های فولادی بستری برای ساخت ریل های طولانی تر را فراهم کردند. یکی از مشکلات بزرگ در ساخت ریل راه آهن این بود که باید آن را به صورت یک تکه می ساختند و به همین دلیل نمی توانستند ریل راه آهن را در مسیرهای خیلی طولانی یا دارای پیچ و خم احداث کنند. برای همین کم کم از جوشکاری برای اتصال ریل ها استفاده کردند. با این کار ریل راه آهن به راحتی در کارخانه ساخته می شد و در محل به هم جوش می خورد.
ریل راه آهن از نظر شکل ظاهری از یک مقطع فولادی نورد شده تشکیل می شود که به شکل دو خط موازی کنار هم قرار می گیرند و بعد به صورت ثابت روی شاسی تعبیه شده با پیچ و مهره متصل می شوند. از آنجایی که مهم ترین وظیفه ریل راه آهن تحمل بار وسیله نقلیه و هدایت صحیح آن است، باید طوری ساخته شود که نیروی وارد شده خارجی در سرتاسر آن تقسیم شود. در غیر اینصورت به بعضی نقاط فشار بیشتری وارد شده و باعث شکست ریل و منحرف شدن قطار می شود. برای اینکه بتوان نیرو را پخش کرد از بست و پابند برای اتصال ریل راه آهن استفاده می شود. این کار از نظر فنی بسیار مهم است، زیرا باعث کاهش اصطکاک بین وسیله نقلیه و ریل راه آهن خواهد شد. در نتیجه مانعی در برابر حرکت ایجاد نشده و ریل ها نیز در اثر نیروی قطار نمی شکنند.
سایر مشخصات فنی که برای ساخت ریل راه آهن باید در نظر گرفته شود شامل کاربرد، تنش های دینامیکی و استاتیکی وارد شده، میزان سایش و خوردگی و سایر نیروهای موجود می باشد. اگر همه این موارد در ساخت ریل رعایت شوند ریلی باکیفیت تولید خواهد شد. برای این کار فرایند تولید ریل باید بسیار دقیق بوده و عملیات متالوژی ثانویه در کوره پاتیلی و گاز زدایی تحت خلأ به درستی انجام شود. بعد از تولید ریل نیز باید ریل های تولید شده از نظر شیمیایی، ابعاد، عیوب ظاهری سطوح شمش و تست های دیگر کاملاً بررسی شده و به لحاظ فنی طبق استانداردهای قابل قبول باشد.
ریل راه آهن فولادی به چهار روش زیر ریخته گری و تولید می شود:
با اینکه روش تولید ریل های فولادی متفاوت است اما معمولاً ریل های فولادی را به سه نوع زیر در هنگام احداث ریل می شناسند:
در ادامه هر کدام از این ریل ها را به صورت مختصر توضیح خواهیم داد.
ریل و واگن معدنی :
همان طور که از نام این نوع ریل مشخص است برای مسیر واگن های معدن مورد استفاده قرار می گیرد. این ریل ها در معادن سرعت کار و انتقال مواد را افزایش می دهند. در نتیجه کارگران معدن بیشترین انرژی خود را به جای حمل و نقل صرف استخراج می کنند و در نهایت سود بیشتری ایجاد می شود. بنابراین استفاده درست از خطوط ریل معدنی، بهره برداری از معادن را به طور قابل توجهی افزایش می دهد. پس هزینه ای که برای ریل های معدنی پرداخته می شود نوعی سرمایه گذاری است.
ریل های جرثقیلی سقفی:
این ریل ها بر اساس نوع کاربرد در تیپ های مختلف با نام های KP، A، QU، CR و MRS تولید می شوند. در میان همه این ریل ها تیپ A از همه پر کاربرد تر است.
انواع ریل راه آهن:
این نوع ریل ها پرکاربرد ترین نوع ریل ها هستند که برای خطوط حمل و نقل واگن بین شهری و کشوری از آن ها استفاده می شود و هر چه توانایی یک کشور در تهیه آن بیشتر باشد قطعاً حمل و نقل قطاری بیشتر و راحت تری خواهد داشت.
شاید وقتی اسم ریل فولادی به گوشتان می خورد فکر کنید که این ریل ها فقط برای ریل راه آهن و انتقال قطارهای باربری و مسافربری یا مترو کاربرد دارند. جالب است بدانید که این طور نیست و انواع ریل فولادی کاربردهای گسترده ای دارند. به عنوان مثال میلگرد آلیاژی CK45 و CK55 مقاومت بسیار بالایی در برابر اصطکاک و سایش دارند و به همین دلیل علاوه بر ریل راه آهن برای نگه داری و مسیر حرکت جرثقیل های معلق، مسیر واگن های معدنی، مسیر باز و بسته شدن درب های صنعتی و انواع گاراژها نیز به کار می روند. این فولاد حاوی 0.45 درصد کربن، 0.25 درصد سلیسیم و 0.65 درصد منگنز هستند. معمولاً در ساخت ریل های فولادی از فولادهای CK45 و CK55 استفاده می شود که دارای آلیاژهای کربن، سلسیم و منگنز می باشند. همچنین برای تسمه ها و چهارپهلو های ریل فولاد ST52 و میلگرد ST37 کاربرد دارد. قیمت میلگرد CK45 را به صورت روزانه در سایت مرکزآهن مشاهده کنید.
استاندارد ریل فولادی
هر ریلی که ساخته می شود باید بر اساس نوع کاربرد استانداردهایی داشته باشد که اساس این استانداردها بار محوری وارد شده به ریل و سرعت وسیله نقلیه روی آن است. مثلاً برای بار محوری 25 تن در ایران از فولاد UI360 استفاده می شود. در واقع در کشورهای مختلف اولویت سازندگان ریل برای داشتن یک خط حمل و نقل راه آهن متفاوت است که برخی از آن ها جهانی هستند. مهم ترین استانداردهای جهانی ساخت ریل راه آهن عبارتند از:
ساخت ریل راه آهن مراحل پیچیده زیادی دارد که باید توسط مهندسین ناظر مجرب انجام شود. اگر بخواهیم طبق استاندارد EN 13674-1 ریل راه آهن را تولید کنیم باید موارد زیر رعایت شود:
نیتروژن ذوب معمولاً در ساخت میله های فولادی دیگر کمتر از 120 ppm در نظر گرفته می شود اما در ریل راه آهن نباید بیشتر از 90ppm باشد.
میزان هیدروژن در ریل ها باید کمتر از 5.2 ppm باشد. مقدار این ماده بسیار مهم است و به همین دلیل در مرحله آخر ریخته گری مجدداً مقدار آن اندازه گیری می شود.
حداکثر میزان اکسیژن ذوب برای ساخت ریل طبق این استاندارد 20 ppm است.
این تست برای اندازه گیری میزان پراکندگی و توزیع ترکیبات گوگردی انجام شده و با استانداردهای مشخص مقایسه می شود.
میزان سختی و استحکام ریل راه آهن بسیار مهم است، بنابراین باید حتماً بعد از تولید، آنالیز شیمیایی برای مشخص شدن این پارامتر انجام شود.
این پارامتر نیز باید بعد از ساخت کنترل شود که معیاری برای سختی سنجی ریل فولادی است.
میزان ناخالصی های اکسیدی در ریل های تولید شده بسیار مهم است و باید دقیقاً طبق استاندارد باشند. استاندارد قابل قبول برای ناخالصی های اکسیدی به شکل زیر است:
K3<10 برای حداقل 95 درصد نمونه ها
K3<20 برای حداکثر 5 درصد نمونه ها
ریلی که در ذوب آهن ایران تولید می شود مانند میلگرد اصفهان دارای کیفیت بالایی بوده و U33 نام دارد، اما ریلی که برای شرایط جوی و باربری ایران مناسب است UIC60 می باشد. در سال 86 مسئولان راه آهن کشوری و شرکت فولاد تولید کننده توافق نامه ای مبنی بر تولید ریل بر اساس استاندارد جهانی امضا کردند، اما به دلیل مشکلات واردات مواد اولیه موفق به ساخت آن نشدند. امروزه در دنیا 17 کشور، سازنده ریل های استاندارد هستند که با پروژه جدید ساخت ریل راه آهن در ذوب آهن کشور، ایران نیز به عنوان هجدهمین کشور تولید ریل شناخته می شود. با این حال هنوز در واردات مواد اولیه مشکل دارد. بیشترین حجم تولید ریل راه آهن مربوط به کشور چین است که سالیانه 550 هزار تن ریل تولید می کند. بعد از آن کشورهای ژاپن، آمریکا و اتریش تولیدکنندگان فعال جهان هستند. جهت اطلاع از قیمت میلگرد ذوب آهن به روز به سایت مرکزآهن مراجعه نمایید.
میزان مصرف ریل در هر کشوری به میزان بازسازی خطوط و پروژه های جدید برای احداث راه آهن های جدید بستگی دارد. همان طور که قبلاً هم گفتیم برای ساخت ریل راه آهن از فولادهای UIC54 و UIC6 استفاده می شود. هر متر ریل UIC6 60 کیلوگرم وزن دارد، بنابراین برای هر کیلومتر راه آهن رفت و برگشت 120 تن فولاد مورد نیاز است. هنوز ایران از نظر مواد اولیه به خود کفایی در این زمینه نرسیده است، به همین دلیل ریل های ایران معمولاً از کشورهای روسیه، چین، هند، آلمان و اتریش وارد می شود. مهندسین کشورمان نیز بی وقفه در تلاش هستند تا بتوانند به خودکفایی رسیده و ریل های استاندارد مورد نیاز کشور را تأمین کنند.
سخن آخر
ریل های راه آهن از نظر حمل و نقل بسیار اهمیت دارند. اگر این ریل ها دقیقاً طبق استاندارد ساخته نشوند به راحتی تحت نیروهای مختلف شکسته شده و می توانند قطار را از مسیر منحرف کنند. در نتیجه خسارات جانی و مالی شدید و جبران ناپذیری ایجاد می شود. بنابراین هر چه از نظر کیفی بیشتر مورد نظارت باشند، هم طول عمر بیشتری خواهند داشت و هم ایمنی بالاتری را در بر می گیرند. شما میتوانید قیمت ریل آهنی را روزانه در سایت مراجعه کرده و برای خرید بهترین ریل‌های راه آهن اقدام کنید.