مقاله در مورد طراحی مسیر راه‌آهن

word قابل ویرایش
13 صفحه
8700 تومان
87,000 ریال – خرید و دانلود

مقدمه
نخستین قطارها پیش از انقلاب صنعتی با نیروی اسب جابجا می‌گردید. ریل‌های این مسیرها ابتدا از چوب و سپس از چدند بودند. در هفتم سپتامبر ۱۸۲۵، نخستین خط آهن جهان بین Darlington و Stockton در انگلستان به طول ۳۹ کیلومتر توسط ژرژ استفنسون ساخته شد. پس از آن ساخت راه‌آهن در دیگر کشورهای جهان بویژه در اروپا آغاز گشته و در کمترین زمان گسترش یافت. خط

آهن بروکسل به مالین (Malines) به طول ۲۰ کیلومتر در سال ۱۸۳۵، خط آهن نورنبرگ به فورت به طور ۷ کیلومتر در سال ۱۸۳۶، مسیر پاریس به پک به طول ۱۹ کیلومتر در سال ۱۸۳۸ نمونه‌هایی از پیروی از کشور انگلستان می‌باشند. پس از جنگ جهانی اول، راه‌آهن‌سازی شاخص پیشرفته هر کشور می‌باشند. خط pacific بین Montreal-Vancouver و سپس شهرهای Bunes Aires Valparaiso شبکه خطوط راه‌آهن را بر روی کره زمین فرا گیرد، به گونه‌ای که دورترین شهرهای گیتی به شبه خطوط راه‌آهن پیوست.

این گستردگی در سال ۱۹۱۷ تا بندر Vladivostock نیز رسید. امریکا با اینکه در سال ۱۸۳۰ ساخت راه‌آهن را آغاز نمود، با این حال از ابتدا گسترش زیادی یافت. در سال ۱۸۴۰، طول خطوط راه‌آهن با ۴۵۰۰ کیلومتر، در سال ۱۸۵۲ به ۲۰۰۰ کیلومتر، در سال ۱۸۵۷ به ۴۰۰۰ کیلومتر و در سال ۱۸۷۵ به ۱۲۰۰۰ کیلومتر رسید. در سال ۱۸۶۹، مسیر خط آهن پاسیفیک بین دو اقیانوس از Missouri به طول ۴۵۰۰ کیلومتر آغاز و در سال ۱۸۷۲ به پایان رسید. ساخت راه‌آهن در آن سال‌ها برای هر کشوری نمادی از قهرمانی و عزم ملی به حساب می‌آمد. در سال ۱۹۳۸، طول خطوط راه‌آهن کشورهای پیشرفته برابر:

فرانسه ۴۲۰۰۰ ، سوییس ۳۰۰۰، نروژ ۳۱۰۰، هلند ۳۰۰۰، بلژیک ۵۰۰۰، سوئد ۸۰۰۰، اسپانیا ۱۱۰۰۰، ایتالیا ۱۶۵۰۰، انگلستان ۳۱۰۰۰، آلمات ۶۱۶۰۰، کانادا ۶۶۰۰۰، شوروی ۱۱۰۰۰۰ و امریکا ۳۷۵۰۰۰ کیلومتر بود.

مسیریابی
۱٫ گام‌های طراحی
نخستین گام در ساخت مسیر راه‌آهن، شناخت نیاز و انگیزه ساخت می‌باشد. این نیاز بستگی به اهداف دولت در زمینه گسترش صنعت و توانمندی ترابری کشور دارد. از این رو، مسیر را در چندین گام (مرحله) بررسی، طراحی و محاسبه می‌نمایند. در ابتدا ارگان‌های دولتی و دست‌اندرکاران برنامه‌ریز کشور پس از مشاوره نیاز به ساخت مسیر راه‌آهن بین دو شهر را مورد بررسی قرار می‌دهند. سپس طرح پیشنهادی را به مشاورین و برنامه‌ریزان کلان کشور سپرده می‌شود تا مسیر پیشنهادی از دیدگاه‌های گوناگون (اجتماعی، صنعتی، سیاسی و به ویژه اقتصادی) نیز بررسی گردد.
چون پروژه‌های ساخت مسیر راه‌آهن و سرمایه‌گذاری در این زمینه برای زمان‌های

بلندمدت انجام می‌گیرد (پاره‌ای از پروژ‌ه‌ها به ۱۰۰ سال می‌رسد) و یکی از مهمترین طرح‌های ملی و زیربنایی هر کشور است، پیش‌بینی‌ها و بررسی‌های این مشاورین و برنامه‌ریزان می‌تواند نقش بارزی در چگونگی مسیر داشته باشد. در حالت کلان این برنامه‌ریزان پارامترهایی را باید درنظر داشته باشند که پار‌ه‌ای از آنها در زیر آمده است:
• حجم سرمایه‌گذاری (نسبت بین حجم کل سرمایه به ترافیک آینده) و مدت زمان برگشت سرمایه؛
• ترافیک سالانه و رشد آن در آینده؛
• تعداد ایستگاه‌های میانی و تاسیسات آنها و سطح زمین مورد نیاز؛

• مدت زمان ساخت، نیروی کار مورد نیاز برای ساخت و ماشین‌آلات مکانیزه مورد نیاز؛
• چگونگی بهره‌برداری و نگهداری مسیر راه‌آهن؛
• توجیه اقتصادی سرمایه‌گذاری و مقایسه آن با دیگر روش‌های ترابری (جاده‌ای، هوایی و …)؛
• چگونگی ناوگان ریلی (تعداد و ویژگی‌های لوکوموتیوها، واگن‌ها) و تامی سوخت آنها.
گام نخست و دوم توسط برنامه‌ریزان کشور و مهندسی مشتاور ارشد و دیگر گام‌های طراحی توسط مهندسین مسیریاب تهیه می‌گردد. ارزیابی‌های نخستین چند مسیر پیشنهاد می‌گردد.

داده‌های طراحی مسیرهای پیشنهادی جم

ع‌بندی می‌گردد. سپس با کمک مهندسین مشاور ارشد، یک مسیر بین چند مسیر پیشنهادی با توجه به ویژگی‌های هر کدام برای ساخت برگزیده می‌گردد.
۲٫ ابزارهای مسیریابی
کار مسیریابی (تعیین نقاط اجباری مسیر و بهبود فرم مهندسی مسیر) با کمک پاره‌ای داده‌های فنی آغاز می‌گردد. برای دسترسی به این داده‌ها نیازمند ابزار (نقشه‌ها) می‌باشیم که در زیر کاربرد و روش دستیابی به این داده‌ها بیان شده است.

• نقشه‌های توپوگرافی:
در ایران این نقشه‌ها با مقیاس گوناگون توسط سازمان نقشه‌برداری کشور تهیه می‌شود. برای بررسی مسیرها و برداشت‌های نخستین مسیر و اطراف آن، نقشه‌های ناهمواری‌های زمین با منحنی ترازهای ۱۰ متر بکار گرفته می‌شود تا دریابیم پستی و بلندی‌های زمین در حالت کلی بین ابتدا و انتهای مسیر چگونه است؟ روش کار با این نقشه‌ها در زیر آمده است:
شناسایی زمین‌های نامناسب برای مسیر (مانند مرداب، باتلاق، صخره، زمین‌های سیل‌خیز و بهمن‌ریز)؛

برآورد پتانسیل مسیر (آزمایش‌های منحنی‌های تراز در رابطه با شیب طولی پیش‌بینی شده در نواحی کوهستانی بر حسب فاصله با مقیاس نقشه و تعداد منحنی‌های تراز)؛
شناسایی رودخانه‌ها، نهرها و دیگر فرورفتگی‌ها که نیاز به ساخت پل یا دیگر ابنیه فنی باشد.
یافتن جنس زمین و چگونگی خاک در نزدیکی مسیرهای قابل دسترسی.
پس از انجام چهار گام بالا، چکیده بررسی‌ها و دیگر داده‌های گردآوری شده از کسانی که ناحیه را خوب می‌شناسند، را نیز در نقشه‌ها آورده تا بتوان مسیرها را از دیدگاه هندسی نیز سنجیده (امکان‌سنجی).
• عکس‌های هوایی:

این عکس‌ها که به روش فتوگرامتری تهیه می‌شود، به دو گونه است: عکس‌های استروگرافی (Stereographic) و عکس‌های اریب (Oblique). عکس‌های استروگرافی با همان مقیاس نقشه‌های توپوگرافی تهیه می‌شوند و برای شناسایی زمین‌شناسی، آب و هوا، زمین‌های کشاورزی بکار برده می‌شود. در طراحی مسیر با نرم‌افزارهای رایانه‌ای می‌توان از این عکس‌ها نیز استفاده نمود. عکس‌های اریب، ابزار کمکی روش‌ استروگرافی هستند. با عکس‌های هوایی بررسی زیر در مسیریابی انجام می‌گیرد.
با دستگاه استروسکوپ، عکس‌‌های هوایی مورد بررسی قرار می‌گیرد، به ویژه جاهایی که در نقشه توپوگرافی پرسش برانگیز و ناشناخته بوده است. در این عکس‌ها، شاید یک‌سری

فعالیت‌های کشاورزی، دامداری و صنعتی یا وجود باتلاق دیده شود که در نقشه‌های توپوگرافی دیده نشده باشد و یا زمانی که نقشه‌های توپوگرافی را تهیه می‌کرده‌اند، این موارد نبوده است. در پاره‌ای موارد در اینگونه عکس‌ها دیده می‌شود که جانوران یا پرندگان در منطقه‌ای زیست می‌کند که گذراندن راه از آنجا، زندگی و آشیانه آنها را دگرگون می‌نماید.
با کمک عکس‌های اریب نیز می‌توان چهره دیگری از بافت زمین را نیز دید و مورد بررسی قرار داد،‌ به ویژه در رابطه با شیب طولی مسیرهای پیشنهادی این عکس‌ها کارآمد هستند.

اندازه سرسبزی ناحیه (درختان، نهال و بوته‌ها)، فشردگی یا پراکندگی درختکاری ناحیه از دیدگاه محیط زیستی مهم می‌باشد.
• نقشه‌های زمین‌شناسی و جنس خاک:
در این گام باید جنس خاک را در چند متری زیر زمین شناخت. کاربرد دیگر آن، هنگام بررسی‌های جابجایی خاک (منحنی بروکنر) می‌باشد.
• نقشه‌های منحنی‌های همباران:

با کمک این نقشه‌ها میزان بارندگی سالانه و دبی رودخانه‌های فصلی پس از بارندگی را می‌توان پیش‌بینی نمود. گذراندن پل از روی رودخانه در محل مناسبی و ایجاد خاکریز بلند که احتمال داده می‌شود هنگام بارندگی همانند سدی در برابر جابجایی آنها عمل نماید، از مواردی هستند که با دسترسی به این گونه نقشه‌ها می‌توان روی آنها مطالعه نمود.
• پیمایش زمینی:
در پاره‌ای موارد مهندسین برای شناسایی بهتر باید از نزدیک زمین را ببیند (زمین‌های صخره‌ای، زمین‌های باتلاقی و شوره‌زار و گستردگی آنها).
۳٫ مسیر شکسته
پروژه طراحی مسیر راه‌آهن با تعیین نقاط اجباری به مهندسین مشاور مسیریاب داده می‌شود. بی

ن نقاط اجباری که ممکن است مسیر به چند صد کیلومتر برسد، باید فرم هندسی مسیر را طراحی نمود. نخستین کار رسم مسیر شکسته بین دو نقطه اجباری می‌باشد. رسم مسیر شکسته از مهمترین بخش‌های مسیریابی می‌باشد که آن را در دفتر کار و بر روی نقشه‌های توپوگرافی انجام می‌دهند. مقیاس نقشه‌ها در این گام می‌تواند ۱:۲۰۰۰۰ تا ۱:۲۰۰۰ باشد.
نحوه رسم مسیر شکسته بر روی نقشه‌های توپوگرافی با منحنی میزان‌های ۱۰-۵ متر، بدین گونه

است که دهانه یک پرگار را به اندازه d باز نموده و از ابتدا (یکی از نقاط اجباری مسیر پرش) برای نمونه از o به سمت نقطه اجباری دیگر پیشروی می‌نماییم. ابتدا دهانه پرگار را به اندار d (این اندازه نسبت به شیب طولی مجاز طراحی، اختلاف ارتفاع منحنی‌های تراز نقشه و مقیاس نقشه بدست می‌آید)، ‌باز نموده و نوک سوزنی پرگار را روی منحنی میزان نقطه o می‌گذاریم و سپس نوک مدادی پرگار را به طرف منحنی میزان کناری می‌چرخانیم.

همانگونه که در شکل دیده می‌شود، پرگار در دو نقطه می‌توان منحنی میزان کناری را قطع نماید. نوک پرگار را دوباره بر روی ۱۱ یا ۲۱ گذاشته و آنرا می‌چرخانیم تا نقطه ۱۲ و ۱۳ بر روی منحنی میزان کناری بدست آید. به همین ترتیب بین منحنی میزان‌ها با روش پرگار پیشروی می‌نماییم تا به انتها برسیم. بدیهی است که بین دو نقطه اجباری می‌توان صدها مسیر شکسته بدست آورد. با توجه به پارامترهای طراحی و بهره‌برداری، بهترین آنها گزیده می‌شود.
۴٫ ایستگاه‌های میانی راه‌آهن

در مسیرهای یک‌خطه راه‌آهن به غیر از ایستگاه‌های ابتدا، انتها و ایستگاه‌های شهرستان‌هایی که مسیر از آنها باید بگذرد، یکسرس ایستگاه‌ در فاصله‌های ۲۵-۷ کیلومتری ساخته می‌شود. هدف از طراحی این ایستگاه‌ها، آسانتر شدن آمد و شد قطارها از دو سمت روبرو می‌باشد. کاربرد دیگر این ایستگاه‌‌ها، پیشی گرفتن (سبقت) قطار تندرو از قطار کندروست. این استگاه‌ها را ایستگاه میانی می‌نامیم. در این گام از طراحی با در دست داشتن پارامترهای فنی ایستگاه میانی باید محل آنها را در نقشه منظور نمود تا بتوان مسیر شکسته و راستاها را رسم نمود. در این گام باید پارامترهای زیر ر منظور نمود:

• گنجایش خط برای بیشترین ترافیک احتمالی آینده (فاصله بین ایستگاه‌های میانی بدست می آید)؛
• دگاژ درازترین قطار ممکن است در آینده بهره‌برداری (درازای ایستگاه میانی بدست می‌آید)؛
• امکان ساخت انبار، خطوط تخلیه، بارگیری و باسکول قطارهای باری (پهنای ایستگاه میانی)؛
• مانور، دریافت، جداسازی واگن، تعمیرات، سرویس، ساختمان مسافر و دیگر ساختمان‌های مورد نیاز (تعداد خطوط ایستگاه میانی بدست می‌آید)؛
• نزدیک بودن محل ایستگاه میانی به روستا، واحد تولیدی و …؛

• شیب طول ایستگاه میانی بهتر است ۰ o/oo باشد (به ویژه در بخش دوراهی‌ها و سوزن‌ها)؛
• ایستگاه میانی در قوس قرار نگیرد؛
• شیب طولی (قوس‌های قائم) و قوس‌های افقی که در کنار ایستگاه طراحی می‌گردد، به گونه‌ای باشند که فاصله تا درز اولین دو راهی (سوزن) همانند شکل زیر درنظر گرفته شده باشد؛
• در صورتی که شیب طولی کناری ایستگاه بیش از ۴ o/oo باشد، بهتر است تکه پروفیل طولی به درازای بیش از ۲۰۰ متر در میان‌ آنها قرار گیرید،
• بدست آوردن تعداد خطوط فرعی ایستگاه (۲ تا ۳ خط فرعی می‌تواند روزانه ۳۰ قطار را بپذیرد)؛
• اگر احتمال گسترش ایستگاه در آینده باشد، ایستگاه در کنار پل، دره و صخره طراحی نشود.
۵٫ پروفیل‌های عرضی
از دیدگاه مهندسی در کنار نقشه پلان و پروفیل طولی و دیگر نقشه‌های اجرایی، باید نقشه‌های پروفیل‌های عرضی از مسیر تهیه گردد. پروفیل عرضی را می‌توان برشی بر بدنه مسیر (زیرسازی و روسازی) پنداشت. با در دست داشتن پروفیل‌های عرضی می‌توان حجم خاکبرداری و خاکریز را بدست آورد و چگونگی زیرسازی (شیب شیروانی، بلندی خاکریز، کف مسیر و پهنای بستر مسیر) و روسازی و دیگر اجزای ابنیه فنی را شناخت.

۶٫ قوس‌های قائم
پس از طراحی پروفیل طولی و بهبود خط پروژه با توجه به ویژگی‌های حرکت قطارها، باید در محل برخورد شیب‌های طولی قوس قائم طراحی نمود. هدف از اجرای قوس قائم در مسیر راه‌آهن، جلوگیری از کاهش سرعت قطار هنگام گذر از یک شیب به شیب دیگر و جلوگیری از خارج شدن قطار (لبه بانداژ چرخ‌های جلویی بوژی از ریل بالاتر برود)، می‌باشد. قوس‌های قائم دو دسته می‌باشند:
• قوس قائم کوژ (Crest)
• قوس قائم کاس (Sag)

نیمی از درازای قوس قائم (Lv/2) در یک شیب و نیمه دیگر در شیب کناری قرار می‌گیرد.
۷٫ جایگاه پل‌ها
در طراحی مسیر راه‌آهن، به علت اینکه شیب طولی بسیار کم است و از طرفی بلندی خاکریزها نمی‌تواند بیش از ۱۰ متر باشد، بکارگیری پل‌ها در طرح مسیر چشمگیر است. پس برای هدایت آب باران باید پل یا آبرو طراحی گردد. پهنای دهانه آبرو کمتر از ۶ متر را کانال و پهنای دهانه آبرو بیشتر از ۶ متر را پل می‌نامیم. اندازه دهانه پل (L) را با دو روش ساده بدست می‌توان بدست آورد:
۱٫ با در دست داشتن نقشه‌های توپوگرافی؛
۲٫ بر پایه درازای رودخانه یا نهر؛
تماس چرخ با ریل

پهنای خط
قطارها بر روی مسیری حرکت می‌کنند که از دو ریل موازی قرار گرفته بر روی یکسری تراورس تشکیل یافته است. فاصله دو ریل از یکدیگر را پهنای خط یا عرض خط می‌نامند این فاصله بین دو نقطه از کناره درونی کلاهک ریل‌هاست.
اندازه پهنای خط در تمامی خطوط راه‌آهن‌های کشورهای جهان یکسان نمی‌باشد. بیشتر کشورهای جهان دارای پهنای خط نرمال (استاندارد) می‌باشند. بر روی خطوطی که دارای پهنای خط نرمال هستند، فقط قطارهایی می‌توانند حرکت کنند که فاصله چرخ‌های بوژی آنها هماهنگ با پهنای خط نرمال باشد. تعداد پهنای خط‌ها در راه‌آهن‌های جهان زیاد است. پهنای خط نرمال برابر e=1435mm می‌باشد. ۷۵درصد از کشورهای جهان دارای خطوط راه‌آهن با پهنای خط نرمال و حدود ۱۱درصد با پهنای خط e=1524mm هستند.

حرکت چرخ بر روی ریل
بیشتر خودروهای ریلی (لوکوکموتیو و واگن) بر روی دو بوژی قرار می‌گیرند. یک بوژی تشکیل یافته است از یک کارد فلزی که بر روی آن دو آسه (محور)، چفت، بست و فنرها نصب شده است. یک آسه (محور) تشکیل یافته است از یک میله توپر که در طرفین آن دو چرخ فولای نصب شده است. دو چرخ و میله توپر با یکدیگر یکپارچه و صلب می‌باشند.
یک چرخ بوژی به تنهایی دارای لبه بانداژ، بانداژ و قطعات دیگر می‌باشد. نیروهای عمودی از طریق تماس بانداژ چرخ با کلاهک ریل، به روسازی راه‌آهن رسیده و سپس بطور همگن پخش می‌گردند. لبه بانداژ در تماس با کناره کلاهک ریل نیروهای جانبی را به روسازی می‌رسانند و هم مسیر قوسی شکل را به قطار دیکته می‌کند.
چرهش چرخ‌های بوژی بر روی کلاهک ریل‌ها دارای یک مکانیسم حرکتی ویژه و ناهمانند می‌باشد که نیاز به بررسی ویژه دارد. هرچه ابعاد هندسی کلاهک ریل و چرخ‌های بوژی سالمتر باشد (کمتر فرسوده شده باشد)، حرکت بوژی بر روی ریل‌ها به بهترین گونه‌ صورت خواهد گرفت و تکان‌های جانبی در حرکت پدیدار نمی‌گردد. از طرفی مقاومت و نیروهای بازندارنده حرکت کاهش یافته و امکان دستیابی به سرعت بیشتر فراهم می‌گردد. با این حال هنگام بهره‌برداری، کلاهک ریل و چرخ‌های بوژی (به ویژه لبه بانداژ) نسبت به زمان فرسوده می‌گردند.

نتیجه‌گیری:
بررسی نیاز به سخت مسیر راه‌آهن و آنالیز اقتصادی در راستای توجیه سرمایه‌گذری ساخت مسیر توسط برنامه‌ریزان کشور و مهندسی مشاور ارشد و دیگر گام‌های طراحی توسط مهندسین مسیریاب تهیه می‌گردد. در ارزیابی‌های نخستین چند مسیر پیشنهاد می‌گردد. داده‌های طراحی مسیرهای پیشنهادی جمع‌بندی می‌گردد. سپس با کمک مهندسین مشاور ارشد یک مسیر بین چند مسیر پیشنهادی با توجه به ویژگی‌های هر کدام برای ساخت برگزیده می‌گردد.

مراجع:
طراحی مسیر راه‌آهن، دکتر سعید منجم.

 

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 13 صفحه
87,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد