بخشی از مقاله
خروج از خط و روشهاي تشخیص اتوماتیک آن
چکیده
یکی از حوادث مهم و خطرناکی که خسارات جانی و مالی زیادي را در سیستم حمل و نقل ریلی بدنبال دارد، خروج از خط است. این پدیده ناخواسته که بر اثر انحراف محورهاي واگن از ریل حادث میگردد، هزینههاي زیادي مانند خرابی تراورسها در مسافتهاي طولانی، خرابی و انحراف ریل، صدمات وارده به واگن مربوطه و … را به دنبال دارد. محوري که از خط خارج شده است در نقاط حساسی مانند سوزنهاي مسیر، ممکن است منجر به انحراف واگنهاي پشت سري خود از مسیر، برخورد آنها به یکدیگر و در هم کوبیدن قطار شده که حوادث ناگواري را خصوصاً در واگنهاي حمل سوخت بدنبال خواهد داشت.
مطالعات و بررسی هاي انجام شده بیانگر این واقعیت است که هر چند در لحظه رخ داد خروج از خط صدمات و خساراتی بر سیستم حمل و نقل ریلی وارد میشود، اما بسیاري از هزینههاي این پدیده ناخواسته ناشی از متوجه نشدن لکوموتیوران و در نتیجه ادامه مسیر قطار در مسافتهاي طولانی است. لذا با توجه به اینکه با تشخیص سریع و به موقع این پدیده میتوان قطار مربوطه را فوراً متوقف کرده و به این ترتیب خسارات و هزینههاي ناشی از خروج از خط را به مقدار بسیار زیادي کاهش داد، تشخیص سریع و اتوماتیک آن از اهمیت زیادي برخوردار است.
کلید واژهها: خروج از خط (Derailment)، شتابسنج پیزوالکتریک، شتابهاي دینامیک، پردازش سیگنال
.1 مقدمه
خروج از خط اصطلاحاً به انحراف حداقل یکی از محورهاي وسیله نقلیه از مسیر ریلها اتلاق میشود، بگونهاي که یکی از چرخهاي محور مذکور در فاصله بین دو ریل بر روي تراورسها و چرخ دیگر در خارج از فاصله ریلها حرکت کند. از دلایل عمده این پدیده ناخواسته میتوان به عوامل زیر اشاره کرد:
-1 افزایش عرض خط
-2 تأثیر نیروهاي جانبی وارد بر وسیله نقلیه
-3 توزیع نامناسب بار
-4 افتادگی خط که منجر به حالت بی باري وسیله نقلیه میشود
-5 نوسانات و ارتعاشات وسیله نقلیه ناشی از عوامل مختلفـی چـون نـاهمگونی وسـیله نقلیـه و ریـل، خرابـی یاتاقانها و یا بریدگی چرخ
-6 از هم پاشیدگی چرخ و محور بر اثر داغی شدید سر محور
-7 تیزي لبه چرخ و 000
بر اثر این عوامل محور (یا محورهاي) وسیله نقلیه از مسیر ریل خارج شـده کـه در اصـطلاح بـه آن خـروج از خط گویند.
یکی از آمارهاي ارائه شده در خصوص خروج از خط (ناشی از عیبهاي آلات ناقله) در سالهاي 75 تا
77 راهآهن ایران در جدول 1 ارائه شده است که با دقت در آن میتوان به تنوع عوامل مؤثر در بروز این حادثه پی برد. از طرفی بررسی عوامل مختلف بوجود آورنده خروج از خط مستلزم مطالعه و بررسی رفتار دینامیکی ریل و قطار است. مطالعات انجام شده نشان میدهد که دینامیک حرکت وسیله نقلیه بر روي ریل به پارامترهاي مختلف ریل و وسیله نقلیه بستگی دارد. این رفتار دینامیک معمولاً توسط آزمایشات عملی مورد بررسی قرار میگیرد ولی میتوان با استفاده از نرم افزارهاي خاصی حدود رفتار ریل و قطار را در مقابل هم مورد تحلیل قرار داد. نتایج این تحلیلها نشان میدهد که اندرکنش قطار و خط در محدوده وسیعی از فرکانسها اتفاق میافتد. این فرکانسها، از فرکانسهاي حدود یک هرتز براي نوسان بدنه قطار تا چند کیلوهرتز براي ضربات وارده از قطار به خط گسترده شده است، که ناشی از وجود عیب و نواقص ناخواسته در وضعیت خط و تجهیزات وسیله نقلیه و بعضاً شیوههاي بهره برداري نامناسب میباشد. اگر یکی از عوامل مذکور تحت یک شرایط خاص از حد ایمنی خود خارج گردد، ممکن است در یک لحظه و بطور آنی منجر به ایجاد پدیده خروج از خط گردد.
از طرف دیگر تخمین دقیق علل ایجاد یک پدیده خروج از خط کار مشکل و بعضاً غیر ممکنی است، بطوریکه اگر پس از ایجاد یک سانحه خروج از خط، همان شرایط تخمینی مجدداً تکرار شود ممکن است خروج از خطی اتفاق نیافتد. لذا تعیین تمامیشرایط در لحظات رخ داد خروج از خط کار بسیار مشکلی است. مجموعه این عوامل باعث شده است که حتی کشورهاي پیشرفته نیز تا کنون نتوانند بطور کامل از ایجاد خروج از خط در راهآهنهاي خود جلوگیري کنند، بلکه این پدیده ناخواسته همچنان
بیشترین آمار سوانح را در کشورهاي مختلف به خود اختصاص داده است.
.2 خسارات و هزینههاي ناشی از خروج از خط
خسارات و هزینههاي وارده در اثر هر پدیده خروج از خط معمولاً به دو دسته خسارات مستقیم و غیر مستقیم تقسیمبندي میشود. خسارات مستقیم اصطلاحاً به "خسارات وارده به واگنها، خسارات وارده به خط، خسارات وارده به علائم و خسارات وارده به بار" اطلاق میشود. از طرف دیگر خسارات غیر مستقیم شامل
"خسارات ناشی از مسدودي خط و هزینههاي مربوط به اعزام قطار نجات" است.
رخ داد یک خروج از خط به خودي خود ممکن است خسارات زیادي را بدنبال نداشته باشد، بلکه آنچه منجر به گسترش خسارات و هزینههاي ناشی از این پدیده ناخواسته میشود، عدم اطلاع لکوموتیوران نسبت به خروج از خط بخشی از قطار و طی مسافتهاي طولانی در این حالت است. به عنوان نمونه چگونگی رخدادن حادثه اي که در کشور سوئیس در سال 1994 اتفاق افتاده است را بیان میکنیم.
حادثه از آنجایی شروع شد که یکی از محورهاي یک واگن مخزندار حاوي سوخت که قسمتی از یک قطار باري را تشکیل میداد از خط خارج شده و بر روي تراورسها به حرکت در آمد. این موضوع به خودي خود هزینه زیادي را در بر نخواهد داشت، اما آنچه منجر به تبدیل آن به یک حادثه خطرناك شد، عدم اطلاع لکوموتیوران از خروج از خط واگن مربوطه و طی مسافت طولانی در این وضعیت بود. سرانجام حادثه در ایستگاهی در نزدیکی شهر زوریخ اتفاق افتاد. واگن مخزندار مذکور در محل سوزن ورودي ایستگاه از مسیر منحرف شده و پس از سرنگون شدن منفجر شد. این حادثه که در شکل 1 نشان داده شده است، بالغ بر 24 میلیون فرانک سوئیس خسارت وارد کرده اما تلفات جانی نداشته است.
حادثهاي از این نوع در ایستگاه رخش در راهآهن ایران اتفاق افتاده است. به این ترتیب که داغی شدید سر محور یکی از واگنهاي قطار باري باعث شد که چرخها بطور ثابت بر روي ریل کشیده شده و پس از طی مسافتی سرمحور واگن مذکور از محور جدا، و منجر به خروج از خط آن محور شود. اما لکوموتیوران که متوجه موضوع نمی شود، به مسیر خود ادامه داده و به این ترتیب سبب آسیب دیدن تعداد زیادي از تراورسها و پابندهاي نزدیک به 6 کیلومتر از مسیر میشود. این واگن هنگام ورود به ایستگاه رخش و در سر سوزن ایستگاه، به مسیر دیگري منحرف شده و به این ترتیب واگنهاي بعدي را نیز از مسیر منحرف کرده، که
پس از برخورد به یکدیگر کاملاً منهدم شکل :1 تصویري از حادثه خروج از خط در کشور سوئیس
TSB تشخیص داده شده است.
سرمحور و شکستگی چرخ در کانادا که توسط
شکل :2 آمار خروج از خطهاي ناشی از داغی
میشوند. مجموع خسارات مستقیم و غیر مستقیم این حادثه حدود 320 میلیون تومان برآورد شده است.
اگر چه همه خروج از خطها منجر به چنین حوادث خطرناکی نمیشوند، اما چنین حوادث ناگواري مجدداً نیز تکرار خواهند شد. در این حوادث نمیتوان لکوموتیوران را مقصر دانست، زیرا براي او امکان دیدن اینکه محوري از خط خارج شده است، وجود ندارد. اما خسارات ناشی از این حوادث قابل ملاحظه است. صرفنظر از وسیله نقلیه، تراورسهاي زیادي خسارت میبینند و خطوط بایستی عوض شوند. سؤالی که مطرح میشود این است که: "آیا میتوان از بروز چنین حوادثی جلوگیري کرد؟"
راهآهن آمریکاي شمالی با توجه به مطالعات زیادي که در مورد عوامل ایجاد خروج از خط دارد، هنوز هم متحمل خسارات ناشی از این پدیده است. طبق آماري که این کشور ارائه داده است، در سال 1990 جمعاً 2146 مورد خروج از خط به وقوع پیوسته که هزینه مستقیم آنها بالغ بر 150 میلیون دلار و هزینه غیر مستقیم آنها حدود 330 میلیون دلار بوده است.
همچنین آمار ارائه شده توسط (Transport Safety Board) TSB، در مورد خروج از خطهاي راهآهن کانادا در سالهاي 1987 تا 1993 در شکل 2 نشان داده شده است. با توجه به مدارك ارائه شده، بطور متوسط نزدیک به 10 مورد خروج از خط فقط ناشی از داغی سر محور در هر سال توسط TSB شناسایی شده، که هزینه هر حادثه بطور متوسط 250 هزار دلار تخمین زده شده است.
.3 شناسایی اتوماتیک خروج از خط
همانطور که اشاره شد خروج از خط یکی از حوادث مهمی است که خسارات و هزینه هاي زیادي را بر سیستم حمل و نقل ریلی تحمیل میکند. امروزه این پدیده ناخواسته قسمت اعظم خسارات ناشی از سوانح را چه در کشورهاي پیشرفته و چه کشورهاي در حال توسعه به خود اختصاص داده است. مطالعات و تحقیقات وسیع انجام شده نشان میدهد که گرچه میتوان با تمهیداتی از تعداد بروز این پدیده کاست، ولی با توجه به تنوع عوامل مؤثر در بروز این سانحه و پیچیدگی نقش هر عامل در ایجاد آن، جلوگیري از بروز خروج از خط ناممکن است. بنا به دلایل فوق تشخیص اتوماتیک خروج از خط موضوعی است که از مدتها قبل مورد توجه و تحقیق راهآهنها و شرکتهاي مختلف مرتبط با صنعت حمل و نقل ریلی بوده است. این تحقیقات اخیراً نتایج مطلوب و مفیدي را از خود نشان داده و سیستمهایی به این منظور پیشنهاد شده است که عمدتاً بر اساس اندازهگیري شتابهاي عمودي اعمالی به واگن کار میکنند. در مقاله حاضر دو سیستم متفاوت از این نوع مورد بررسی قرار میگیرد که عبارتند از:
