خلاصه اختراع

دستگاه بارگذاري طولي خط ريلي بالاستي با هدف سنجش مقاومت طولي خط و بررسي اثر پارامتر‌هاي مختلف بر آن طراحي و ساخته شد. مقاومت طولي خط مشخصه‌ي مهمي در تامين پايداري جانبي خط راه‌‌آهن به خصوص در پديده‌هايي چون كمانش و ديلم خط مي‌باشد و درك آن منجر به ارائه راهكارهاي مناسب در رفع مشكلات حاصله در بهره‌برداري از خط راه آهن و در نتيجه افزايش ايمني و بهبود عملكرد آن مي‌شود. تا كنون روش مشخصي به جهت سنجش مقاومت طولي خط ارائه نشده است. بنابراين نياز به طراحي و ساخت اين دستگاه در كشور احساس مي‌شود. از اين دستگاه مي‌توان در اندازه‌گيري سختي طولي خط راه آهن با تغيير هندسه خط، نوع پابند، جنس و نوع تراورس، بالاست و پد زير ريل، فاصله تراورس‌ها و نيروي پيش بار پابندها استفاده كرد و مقاومت طولي ريل، پابند و تراورس را به صورت جداگانه با استفاده از ابزاربندي هر يك به دست آورد. در اين صورت مي‌توان بهترين شرايط سازه‌اي براي خط ريلي بالاستي را تعيين نمود.

حوزه کاربرد (زمینه فنی)

این اختراع در حوزه در زمینه انجام عملیات مختلف، حمل و نقل و ترابری در شاخه زیرساخت خط راه آهن قرار می گیرد.

مشکل فنی موجود و هدف از این اختراع:

مقاومت طولی خط مشخصه‌ی مهمی در تامین پایداری جانبی خط راه‌‌آهن به خصوص در کمانش و دیلم خط و جابجایی خط تحت تنش حرارتی و بارهای ناشی از قطار می‌باشد. تا کنون روش مشخص و مدونی به منظور شناسایی و اندازه‌گیری سختی خط در راستای طولی آن مطرح نشده است. در صورت عدم کنترل و کاهش نیروهای طولی وارده به خط ریلی، خط دچار تغییر مکان‌ طولی و جانبی گردیده و علاوه بر افزایش هزینه‌های تعمیر و نگهداری منجر به تاخیر در تردد قطارها، کاهش حاشیه اطمینان و بی اعتمادی به صنعت حمل و نقل ریلی می‌شود و در نهایت امکان عبور و مرور ایمن قطار از بین می‌برد. هدف از ساخت این دستگاه تعیین مشخصات مکانیکی خطوط ریلی بالاستی و بررسی پارامتر‌های مختلف خط بر افزایش یا کاهش سختی خط در راستای طولی می‌‌باشد. با این حال دستگاه به گونه‌ای طراحی گردیده است که قابلیت تغییر در مشخصات خط را نیز فراهم نماید تا بتوان پارامتر‌های تاثیر گذار را با درصد افزایش یا کاهش مقاومت طولی خط ریلی مشخص نمود. با شناخت و درک بهتر از این مولفه از خط می‌توان راهکارهایی به جهت رفع مشکلات ناشی از آن ارائه نمود.

ارایه راه حل برای مشکل فنی موجود همراه با شرح دقیق و کافی و یکپارچه اختراع

بعد از روش ارائه شده توسط دانشگاه دلف هلند تاکنون روش جدیدی در تعیین مقاومت طولی خط بالاستی ارائه و توسعه داده نشده است. از اين رو با توجه به کاستي ياد شده و خلاء موجود در تحقيقات حاضر در خصوص روش‌ تعیین مقاومت طولی خط بالاستی، نیاز به یک دستگاه آزمایش آزمایشگاهی در این زمینه احساس می‌شود. به همین منظور دستگاهی تحت عنوان ” دستگاه بارگذاري طولی خط ریلی بالاستي” در دانشکده مهندسی راه‌آهن در دانشگاه علم و صنعت طراحی و ساخته شد. این سازه، به دلیل تحمل بار افقی تنها و نه باربری قائم یک سازه خاص محسوب می‌شود به همین منظور طراحی به گونه‌ای انجام شد تا شرایط مورد نیاز را فراهم نماید. اصول طراحی دستگاه مبتنی به یک قاب بارگذاری متشکل از دو شمع مرکب (بتنی و فولادی) یکسان می‌باشد که با توجه به ساختار خط بالاستی کاملا قرینه طراحی و اجرا گردید. فاصله مرکز به مرکز این شمع‌ها برابر 1.5 متر و به اندازه مرکز تا مرکز دو سر ریل با عرض خط استاندارد می‌باشد. هر یک از شمع‌ها به منظور تحمل مقدار بار افقی 30 تن که در فاصله یک متری از کف وارد می‌شود طراحی گردید. علت بالا بودن بار طراحی علاوه بر افزایش اطمینان از عملکرد آزمایش، ایجاد کردن شرایطی است تا بتوان در حضور بار قائم (شرایط واقعی خط) نیز مقاومت طولی خط را مورد بررسی قرار داد. مقطع سازه از کف تا ارتفاع یک متری به صورت یک مقطع فولادی (IPB300 دوبل) طراحی و اجرا شد. در مجموع مقطع هر یک از شمع‌ها به صورت یک ستون مستطیلی به ابعاد 100×80 سانتی‌متر ساخته شد. عمق این شمع‌ها از تراز کف آزمایشگاه برابر 3 متر می‌باشد. دو متر از این شمع‌ها به صورت مرکب با قرارگیری مقطع دوبل IPB 300 اجرا شد و یک متر انتهایی شمع تنها به صورت یه ستون مسلح بتنی طراحی گردید. علت این امر طول شاخه‌های پروفیل فولادی موجود می‌باشد که با توجه به 12 متری بودن آن و مقطع دوبل فولادی به صورت دو پروفیل دوبل به ارتفاع 3 متر طراحی و برش داده شد. این کار به اقتصادی شدن ساخت دستگاه نیز کمک می‌کند. پروفیل‌های فولادی با استفاده از 58 پیچ به قطر 18 میلی‌متر در دو طرف بال به یکدیگر متصل شده اند. فاصله‌ی مرکز به مرکز پیچ‌ها 10 سانتی‌متر می‌باشد. همانطور که گفته شد تنها 2 متر از مقاطع فولادی در یک شمع بتنی مسلح مستغرق می‌شود. 1 متر از این مقاطع از کف آزمایشگاه که محل قرار گیری جک‌های هیدرولیکی است به صورت مقطع فولادی تنها اجرا شده است. مقدار آرماتور خمشی در تار کششی 7 @ 25 ∅ استفاده شد که در دو طرف ستون و با کاور 5 سانتی‌متر قرار گرفت. آرماتورهای برشی نیز 15 @ 10 ∅ انتخاب شده است. همچنین برای هر شمع به منظور برقراری اتصال بین بتن و فولاد از 4 عدد نبشی 140 در قسمتی که مقاطع فولادی داخل بتن قرار می‌گیرند استفاده شده است. به منظور انجام آزمایش یک مجموعه شامل دو جک بارگذاری که حال می‌تواند به صورت برقی و یا دستی باشد مورد استفاده قرار می‌گیرد. این دو جک در تراز ارتفاعی یکسان از کف و متناسب با هندسه خط بر روی تکیه‌گاه‌های فولادی نصب شده و پیستون بارگذاری به دو سر ریل در هنگام تست نیرو وارد می‌کند. در نهایت با توجه به ابزاربندی خط (ریل، تراورس و یا پابند‌ها) می‌توان مقادیر جابجایی در هر یک و مقاومت طولی خط را به دست آورد. این جک‌ها قابلیت توقف و ادامه ‌بارگذاری به منظور بررسی دقیق رفتار خط در راستای طولی را دارند.