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 ۱۷۶۰ 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 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 ۱۸۲۰ 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 ۱۸۲۵ تا ۱۸۴۰ 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.
مشخصات فنی ریل راه آهن
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.
انواع ریل فولادی
ریل راه آهن فولادی به چهار روش زیر ریخته گری و تولید می شود:
- تصفیه فولاد و دمیدن اکسیژن
- زیمنس یا کوره های باز
- کوره الکتریکی
- توماس
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:
- ریل معدنی
- ریل جرثقیلی
- ریل راه آهن
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.
آنالیز آلیاژ ریل راه آهن
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 فولاد 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 ۰.۴۵ درصد کربن، ۰.۲۵ درصد سلیسیم و ۰.۶۵ 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.
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 ۲۵ 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:
- استاندارد اروپا یا تیپ S
- استاندارد روسیه یا تیپ R
- استاندارد ژاپن یا تیپ JIS
مراحل ساخت ریل راه آهن
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:
- میزان نیتروژن ذوب
نیتروژن ذوب معمولاً در ساخت میله های فولادی دیگر کمتر از ۱۲۰ ppm در نظر گرفته می شود اما در ریل راه آهن نباید بیشتر از ۹۰ppm باشد.
- میزان هیدروژن ذوب
میزان هیدروژن در ریل ها باید کمتر از ۵.۲ ppm باشد. مقدار این ماده بسیار مهم است و به همین دلیل در مرحله آخر ریخته گری مجدداً مقدار آن اندازه گیری می شود.
- میزان اکسیژن ذوب
حداکثر میزان اکسیژن ذوب برای ساخت ریل طبق این استاندارد ۲۰ ppm است.
- تست سولفور پرینت
این تست برای اندازه گیری میزان پراکندگی و توزیع ترکیبات گوگردی انجام شده و با استانداردهای مشخص مقایسه می شود.
- آزمون سختی
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.
- عمق دکربوره
این پارامتر نیز باید بعد از ساخت کنترل شود که معیاری برای سختی سنجی ریل فولادی است.
- ناخالصی‌های اکسیدی
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 ۹۵ درصد نمونه ها
K3<20 برای حداکثر ۵ درصد نمونه ها
وضعیت خط ریل راه آهن ایران و جهان
ریلی که در ذوب آهن ایران تولید می شود U33 نام دارد، اما ریلی که برای شرایط جوی و باربری ایران مناسب است UIC60 می باشد. در سال ۸۶ 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 ۱۷ 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 ۵۵۰ هزار تن ریل تولید می کند. بعد از آن کشورهای ژاپن، آمریکا و اتریش تولیدکنندگان فعال جهان هستند.
میزان واردات و مصرف ریل در ایران
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 ۱۲۰ 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.
نظری نیست.