Kerosakan Rel Biasa

2024-10-08

Rel merupakan salah satu bahagian galas yang paling penting dalam sistem kereta api. Daya tarikan dan brek kereta api direalisasikan oleh geseran antara roda dan rel. Oleh itu, keadaan rel yang baik adalah prasyarat untuk memastikan perjalanan kereta api yang selamat dan lancar. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh tegasan sentuhan berselang-seli, bahan rel sering mengalami kerosakan haus atau lesu. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, jenis utama kerosakan rel termasuk: retakan lesu, pengelupasan, haus beralun, penghancuran dan haus sisi rel, yang menyumbang lebih daripada 80% daripada semua kerosakan rel. Dengan peningkatan kelajuan larian kereta api dan beban gandar, masalah keletihan dan haus rel menjadi semakin serius, yang menyebabkan permintaan untuk teknologi pengisaran rel meningkat dengan mendadak.

1. Retakan keletihan sentuhan bergolek. Retakan lesu sentuhan bergolek merupakan salah satu bentuk kerosakan yang paling biasa pada rel kereta api berkelajuan tinggi [1], seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2. Secara amnya, retakan tidak akan memanjang ke bawah sepenuhnya, tetapi memanjang ke permukaan rel dalam lengkungan untuk membentuk rupa pengelupasan rel, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2. Permukaan atas rel tertekan akibat pengelupasan, dan tegasan hentaman terbentuk apabila roda kereta api melintas, yang memburukkan lagi getaran dan bunyi bising. Dalam beberapa kes, retakan cabang di lubang pengelupasan boleh mengembang di bawah rel dan menyebabkan keretakan rel, yang boleh menyebabkan kemalangan keselamatan utama [2].

2. Haus beralun relHaus beralun rel merujuk kepada fenomena permukaan haus yang tidak sekata secara berkala pada rel dalam julat membujur tertentu [3, 4], seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3. Haus beralun akan meningkatkan getaran dan hingar kereta api, menjejaskan keselesaan perjalanan, dan mengurangkan jangka hayat lesu lokomotif dan bahagian kenderaan. Mengikut panjang gelombang haus beralun, ia dibahagikan kepada beralun gelombang pendek (panjang gelombang 25~80 mm) dan beralun gelombang panjang (panjang gelombang lebih besar daripada 100 mm). Punca utama beralun termasuk teori dinamik dan bukan dinamik. Teori dinamik percaya bahawa getaran sistem roda-rel membawa kepada beralun, termasuk getaran teruja sendiri, resonans dan getaran maklum balas [5]. Teori bukan dinamik bahawa pembentukan beralun terutamanya berkaitan dengan bahan rel dan proses peleburan, dsb.; dan walaupun daya antara roda-rel adalah malar, rel juga akan berlaku beralun disebabkan oleh aliran plastiknya yang tidak sekata [6,7].

3. Penghancuran rel. Penghancuran rel ialah fenomena di mana bahan atas rel kelihatan ubah bentuk plastik dan bunga rel menjadi leper, yang biasanya diperhatikan pada rel di bahagian melengkung landasan kereta api tugas berat [8], seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4. Penghancuran rel mengubah bentuk kepala rel, daya sentuhan roda-rel berubah, yang akan memburukkan lagi getaran dan bunyi bising. Di samping itu, penghancuran rel sering disertai dengan kerosakan retakan akibat pelucutan atau keletihan. Had kestabilan sering digunakan sebagai kriteria untuk menilai sama ada kerosakan penghancuran berlaku di rel, dan peningkatan had alah bahan boleh mencegah atau memperlahankan kerosakan jenis ini.

4. Haus sisi rel. Haus sisi rel merupakan bentuk kerosakan utama rel dengan lengkungan jejari kecil [9], seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5. Dalam kereta api China, 98% rel lengkung jejari kecil telah dikikis kerana haus sisi yang berlebihan. Apabila lokomotif dan kenderaan memasuki bahagian lengkungan, kereta api bergerak ke hadapan disebabkan oleh inersia, tetapi landasan memaksa badan kereta api untuk berpusing. Dalam kes ini, roda akan memberi impak kepada rel dan haus sisi yang serius akan berlaku. Terutamanya, apabila daya emparan dan daya memusat kereta api tidak seimbang, beban rel dalam dan luar akan menjadi berat sebelah, yang akan memburukkan lagi haus sisi [10, 11]. Adalah dipercayai secara meluas bahawa haus sisi rel memendekkan hayat perkhidmatan rel, dan perubahan profil rel menjadikan interaksi roda/rel lebih teruk, menjejaskan kestabilan kereta api yang melalui lengkungan.

$E:\Seksyen Tinjauan Kejuruteraan Keretapi--2018.12.18\Garis Menurun Jalan Lingkaran Selatan\Seksyen Melengkung\Rel Luar\IMG_20181218_105719.jpg$

Rajah 1 Retakan keletihan.

$E:\Seksyen Tinjauan Kejuruteraan Keretapi--2018.12.18\Laluan Houxi\Laluan Naik\Rel Dalam\IMG_20181218_083551.jpg$

Rajah 2 Pengelupasan rel.

Rajah 3 Haus beralun rel.

Rajah 4 Penghancuran rel.

Rajah 5 Haus sisi rel.

Rujukan

K. Zhou. Penyelidikan tentang Peraturan dan Mekanisme Penyingkiran Bahan semasa Pengisaran Rel [D]. Chengdu: Disertasi Kedoktoran Universiti Jiaotong Barat Daya, 2020.
X. Zhao, ZL Li. Penyelesaian unsur terhingga tiga dimensi bagi sentuhan gulungan roda-rel geseran dalam elasto-plastik [J]. Prosiding Institusi Jurutera Mekanikal, Bahagian J: Jurnal Tribologi Kejuruteraan, 2015, 229(1): 86-100.
W. Zhong, J. Hu, P. Shen, dkk. Penyiasatan eksperimen antara keletihan sentuhan gulungan dan haus kereta api berkelajuan tinggi dan pengangkutan berat serta pemilihan bahan rel [J]. Haus, 2011, 271(9-10): 2485-2493.
S. Grassie, J. Kalousek. Kerutan rel: ciri-ciri, punca dan rawatan [J]. Prosiding Institusi Jurutera Mekanikal, Bahagian F: Jurnal Rel dan Transit Pantas, 1993, 207(1): 57-68.
Y. Gu. Kajian tentang mekanisme kerutan rel pada landasan kereta api berkelajuan tinggi tanpa balas [D]. Beijing: Disertasi Kedoktoran Universiti Jiaotong Beijing, 2017.
X. Jin, X. Li, W. Li, dkk. Kajian kemajuan kerutan rel [J]. Jurnal Universiti Jiaotong Barat Daya, 2016, 51(2-3): 264-273.
S. Li, D. Liu, P. Liu, dsb. Pembentukan kerutan dan evolusi mikrostruktur keluli rel U75V [J]. Jurnal Universiti Dalian Jiaotong, 2019, 40(5): 66-71.
Z. Li, Z. Yan, S. Li. Pengaruh kerutan rel terhadap prestasi dinamik sistem pusingan kenderaan berkelajuan tinggi [J]. Jurnal Universiti Central South (Sains dan Teknologi), 2003, 25(1): 104-108.
W. Wang, H. Guo, X. Du, dkk. Penyiasatan tentang mekanisme kerosakan dan pencegahan landasan kereta api jarak berat [J]. Analisis Kegagalan Kejuruteraan, 2013, 35: 206-218.
Y. Zhou, S. Wang, T. Wang, dsb. Penyiasatan lapangan dan makmal tentang hubungan antara pemeriksaan kepala rel dan haus dalam kereta api pengangkutan berat [J]. Haus, 2014, 315(1-2): 68-77.
I. Povilaitiene, I. Kamaitis, I. Podagelis. Pengaruh lebar tolok pada haus sisi rel pada lengkung landasan [J]. Jurnal Kejuruteraan Awam dan Pengurusan, 2006, 12(3): 255-260.
W. Zhai, J. Gao, P. Liu, dsb. Mengurangkan haus sisi rel pada lengkungan kereta api pengangkutan berat berdasarkan interaksi dinamik roda-rel [J]. Dinamik Sistem Kenderaan, 2014, 52(sup1): 440-454.