خلاصه اختراع

تراورس ميخ دار نوعي از تراورس مسلح شده با ميخ است كه در خطوط بالاستي به كار مي رود و لذا كاربرد آن در زمينه مهندسي راه آهن، گرايش خطوط ريلي مي باشد. ضعف مقاومت جانبي در خطوط ريلي، به ويژه در محل قوس ها منشأ مشكلات عديده اي از جمله كمانش و فرار خط مي باشد. به منظور افزايش مقاومت جانبي خطوط ريلي و تثبيت خطوط مشكل دار، تراورس ميخ دار ابداع، طراحي و توليد گرديد. اين اختراع مبتني بر استفاده از شمع هاي فلزي با قطر كوچك (ريز شمع كوبشي) در تراورس هاي بتني B70 به منظور پايدارسازي هندسه خطوط ريلي و همچنين افزايش مقاومت جانبي آن است؛ كه شامل دو بخش اصلي تراورس و ميخ فولادي مي باشد. در بخش اول با انجام تغييرات در تراورس بتني B70 دو سوراخ به قطر 4 سانتيمتر در فاصله 40 سانتيمتر از مركز تراورس در طرفين تعبيه مي گردد. بخش دوم شامل دو ميخ فولادي نوك تيز به قطر 4 سانتيمتر و طول 1/5 متر مي باشد. ميخ ها از داخل سوراخ هاي ايجاد شده با عبور از لايه بالاست به داخل بستر ريلي كوبيده مي شوند. با توجه به اندركنش ميخ فولادي و بستر خطوط ريلي، اين دو ميخ در برابر بارهاي جانبي منشأ ايجاد مقاومت خواهند بود. طبق آزمايشات ميداني انجام شده استفاده از اين نوع تراورس در خطوط ريلي مقاومت جانبي را تا حدود 3/5 برابر افزايش داده است.

حوزه کاربرد (زمینه فنی)

این اختراع در حوزه مهندسی راه آهن ،گرایش خطوط ریلی کاربرد دارد.

مشکل فنی موجود و هدف از این اختراع:

 در خطوط ریلی بالاستی تأمین مقاومت جانبی یکی از مسائل مهم در مرحله طراحی و بهره برداری می باشد. در خطوط با سرعت بالا و در نواحی که قوس با شعاع کوچک وجود دارد مسئله مقاومت جانبی اهمیت قابل توجهی دارد. معمولاً دو علت عمده در پیدایش نیروهای جانبی در خطوط ریلی دخیل است؛ یکی مؤلفه های جانبی نیروی اصطکاک بین چرخ و ریل و دیگری نیروی جانبی وارد از لبه چرخ به ریل (نیروی هادی). عوامل مؤثر در پیدایش نیروی جانبی وارد از لبه چرخ به ریل را می توان در مواردی همچون واکنش قطار به تغییرات هندسه خط ریلی، جابجایی هایی که بر اثر ناپایداری بوژی در سرعت های زیاد به وجود می آید و نیروی گریز از مرکز در قوس ها خلاصه نمود. در خطوط بالاستی راه آهن، نیروهای جانبی از طریق چرخ وسایل نقلیه ریلی به ریل وارد شده و در مقابل توسط سیستم پابند، تراورس ها و بالاست تحمل می گردد. عواملی همچون نوع و شکل تراورس، فاصله بین تراورس ها، مشخصات بالاست، عرض بالاست شانه و… در میزان مقاومت جانبی تراورس موثر می باشند. به طور کلی مقاومت تراورس های معمولی در راستای افقی از اندرکنش بین تراورس و بالاست در سه ناحیه بالاست کف ، بالاست آخوری و بالاست شانه تأمین می گردد. چنانچه خط بالاستی قابلیت تحمل بارهای جانبی وارده از ناوگان عبوری را نداشته باشد منجر به جابجایی جانبی یا فرار خط خواهد شد و چنانچه عملیات تعمیر و نگهداری به منظور اصلاح شرایط هندسی خط انجام نگیرد می تواند منجر به خروج قطار از خط و وارد آمدن خسارات مالی و جانی گردد. از طرفی در خطوط مشکل دار به لحاظ مقاومت جانبی انجام عملیات تعمیر و نگهداری بازدهی و عملکرد خط را در دوره بهره برداری به شدت تحت تاثیر قرار می دهد و هزینه های فراوانی به همراه دارد. هدف استفاده از تراورس میخ دار افزایش مقاومت جانبی و همچنین تثبیت این خطوط در برابر جابجایی های جانبی و رفع مشکلات مذکور می باشد.

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

در این طرح هدف ایجاد اتصال بین تراورس و بستر خط ریلی به منظور استفاده از پتانسیل بستر در مهار جانبی تراورس و پایدارسازی هندسه خطوط ریلی و همچنین افزایش مقاومت جانبی بدون ایجاد محدودیت در تغییر مکان قائم آن می باشد. بدین منظور از دو المان فولادی به عنوان شمع های فلزی با قطر کوچک (ریز شمع کوبشی) با ایجاد دو سوراخ در تراورس به عنوان سر شمع استفاده شده است. ولذا تراورس میخ دار شامل دو بخش اصلی تراورس و میخ فولادی می باشد. برای پیاده سازی این طرح ابتدا در گام طراحی از توسعه مدل عددی اجزا محدود مقاومت جانبی تراورس میخ دار منفرد در نرم افزار ABAQUS استفاده شده است. از آنجا که رفتار مکانیکی تراورس میخ دار تحت بار جانبی متأثر از پارامترهای مختلفی اعم از قطر، طول و جانمایی میخ ها از یک سو واز سوی دیگر پارامترهای ژئوتکنیکی مصالح بالاست و بستر می باشد، لذا بر روی پارامترهای تاثیرگذار به منظور انتخاب مقادیر بهینه، تحلیل حساسیت صورت گرفته است. در نتیجه آنالیز حساسیت قطر میخ 40 میلیمتر و طول میخ 5/1 متر و محل قرارگیری میخ در فاصله 400 میلیمتر از مرکز تراورس به عنوان مقادیر بهینه انتخاب شدند. سپس نظیر این مقادیر تأثیر میخ بر رفتار خمشی-برشی تراورس ( عملکرد سازه ای این نوع تراورس ) مورد بررسی و تأیید قرار گرفت. در بررسی سازه ای تراورس میخ دار، تأثیر سازه ای حفره ایجاد شده در تراورس به منظور جاگذاری میخ مورد مطالعه قرار گرفت. بدین منظور کنترل لنگرهای خمشی و تنش¬های ایجاد شده در تراورس مطابق با آیین نامه استرالیا در سه گام و به شرح زیر صورت گرفت:
1) کنترل تنش ها در مرحله انتقال و پیش از وقوع افت های پیش تنیدگی
2) کنترل تنش ها در مرحله انتقال و پس از وقوع افت های پیش تنیدگی
3) کنترل تنش ها در مرحله بهره برداری و اعمال بار