حوزه های صنعتـــی
حوزه های صنعتـــی
مشاهده گزارش

روسازی خط، بستری برای فناوری نانو؛ بخش ۳

تاریخ : ۱۳۹۸/۰۵/۰۵ تعداد بازدید :‌ ۵۳۴۴
همان طور که در بخش اول این یادداشت ذکر شد، در میان اتصالات روسازی، پابند جزو ادواتی است که می‌توان به بهبود آن به کمک فناوری نانو امیدوار بود. پابندها ادوات اتصال ریل به تراورس هستند که ثابت ماندن هندسه خط و پایداری ریل را تضمین می‌کنند. این یادداشت نیز در جهت آشناسازی فعالان حوزه فناوری نانو با مقوله پابندهای ریلی، توجه خود را معطوف معرفی پابندهای وسلو و پاندرول نموده است.

همان طور که در بخش اول این یادداشت ذکر شد، در میان اتصالات روسازی، پابند جزو ادواتی است که می‌توان به بهبود آن به کمک فناوری نانو امیدوار بود. پابندها ادوات اتصال ریل به تراورس هستند که ثابت ماندن هندسه خط و پایداری ریل را تضمین می‌کنند. در ایران شناخته‌شده‌ترین انواع پابند عبارتند از: وسلو، پاندرول و پابند K. هر کدام از این انواع پابند مصارف و شرایط استفاده خود را داشته و در شرایط متفاوتی به کار گرفته می‌شوند. علیرغم حضور مؤثر، به خصوص در بخش تحقیقاتی، پابند K در عمل در استانداردها و کدهای راه‌آهن جمهوری اسلامی ایران نادیده گرفته شده است، بنابراین این یادداشت نیز در جهت آشناسازی فعالان حوزه فناوری نانو با مقوله پابندهای ریلی، توجه خود را معطوف معرفی پابندهای وسلو و پاندرول نموده است. در این یادداشت، به طور مجزا به هر کدام از این انواع پرداخته و بر اساس ویژگی‌های آنها، زمینه‌ای که فناوری نانو می‌تواند مفید واقع شود، مشخص و ارائه می‌گردد.

 

1. پابند وسلو

 

این پابندها طراحی شرکت وسلو آلمان بوده و از نوع فنری هستند، به این معنا که ساختار عملکرد آنها برای جذب ارتعاشات و ضربات وارده بر خط بر اساس قواعد انتقال نیرو و جذب در فنر است. معمول‌ترین نمونه‌های پابند وسلو در ایران با کد SKL1 و SKL14 شناخته می‌شوند که هر دو از جنس فولاد فنر ارائه شده در استاندارد DIN17221 بوده و شباهت بسیاری به یکدیگر دارند. همچنین، میلگرد مورد استفاده در تولید این نوع پابند باید فولاد 38Si7 به شماره 1.0970 باشد که درصد ترکیبات آن بر اساس استاندارد، شامل موارد ذیل است:

  • کربن: 0.35 – 0.42
  • منگنز: 0.5 – 0.6
  • سیلیسیم: 1.5 – 1.8
  • گوگرد: حداکثر 0.045
  • فسفر: حداکثر 0.045

فولاد میلگرد پس از انجام عملیات حرارتی کوئنچ – تمپر، می‌بایست استحکام تسلیمی‌در حدود 1180 الی 1370 نیوتن بر میلی‌متر مربع و سختی HVN 400 الی 460 داشته باشد. این عملیات ساختار فلزی آنها را به مارتنزیت تمپر شده تبدیل خواهد کرد که امری قابل توجه محسوب می‌شود. وزن پابند در صورت استفاده از میلگردی که 13 میلی‌متر قطر داشته باشد، به 462 گرم می‌رسد. پابند بیش از حد سبک بر اثر ارتعاشات از تراورس جدا می‌شود و پابند بیش از حد سنگین به مرور زمان میزان فرسایش تراورس و ریزقطعات اتصالی میان پابند و تراورس (مانند گایدپلیت و پیچ‌ها) را بالا می‌برد. لذا مقدار وزن در این بخش امری است که تقریباً ثابت نگه داشته می‌شود.

در ادامه، نقشه پابند فنری وسلو مدل SKL14 آورده شده است. همان طور که مشخص است، ساخت این پابند عملاً چندان دشوار نیست و در حال حاضر در کشور، تولیدکنندگان این نوع پابند به وفور یافت می‌شوند.

 

 

 

 

2. پابند پاندرول

پابند پاندرول نیز همانند سری وسلو، یک پابند فنری است. جنس این سری از پابندها، فولاد فنری سیلیسیم منگنزدار است که تحت عملیات حرارتی قرار گرفته است. ترکیب شیمیایی آن شامل درصد مواد زیر است:

  • کربن: 0.55 – 0.62
  • منگنز: 0.7 – 1
  • سیلیسیم: 1.7 – 2.1
  • فسفر: حداکثر 0.05
  • گوگرد: حداکثر 0.05

از نظر گوگرد و فسفر، پاندرول تقریباً مشابه وسلو می‌باشد، اما از نظر میزان کربن، منگنز و سیلیسیم مشخصاً پاندرول شامل مقدار بیشتری مواد غیرفلزی است. این امر بیشتر به نحوه طراحی پاندرول توسط انگلستان بازمیگردد که طی سال‌ها تقریباً دست نخورده باقی مانده است. فولاد این پابند در استاندارد DIN با شماره استاندارد 1.0909 شناخته می‌شود که معادل فولاد 60Si7 در این استاندارد است. استحکام کششی آن باید 1320 الی 1570 نیوتن بر میلی‌متر مربع و سختی راکول آن نیز 40 الی 44 باشد. یک بار دیگر، عملیات حرارتی ساختار مکانیکی فولاد را به مارتنزیت تمپر شده تیدبل می‌کند.

میلگردهای این پابند از نوع وسلو قطورتر بوده و اغلب 20 میلی‌متر قطر دارند. عملیات شکل دهی به صورت گرم بوده و در درجه حرارت 950 درجه سانتی‌گراد آغاز می‌شود. پس از شکل دهی، عملیات کوئنچ باید در دمای 60 درجه سانتی‌گراد صورت گیرد. عملیات تمپر نیز در دمای 520 درجه سانتی‌گراد اجرا می‌گردد.

این پابند نیز در داخل کشور تولید می‌شود و در ادامه می‌توانید نقشه‌های آن را مشاهده کنید. با این حال، علیرغم تولید در داخل، به دلیل اهمیت کیفی این محصول، هنوز واردات آن مشاهده می‌شود.

 

 

 

زمینه بهبود به کمک نانو

پابندهای وسلو الزاماً دارای پوشش نیستند، اما مشاهده پوشش گالوانیزه، صمغی یا رنگ‌های کوره‌ای چندان غیرمعمول نیست که به سفارشات مشتریان تولیدکننده بستگی دارد. در طرف دیگر، پابند پاندرول بر اساس استاندارد باید پوششی برای جلوگیری از خوردگی و زنگ‌زدگی داشته باشد که عموماً زاجکاری برای آن پیشنهاد می‌شود. این امر که چرا پوشش دهی برای پابند وسلو الزامی‌نبوده و برای پاندرول الزامی است موضوعی بحث برانگیز است، به خصوص با توجه به ساختار شیمیایی این دو پابند که تا حد بسیار زیادی مشابه است. اما در این یادداشت فرصت پرداختن بیشتر به این موضوع وجود ندارد. آنچه که مشخص است، بخش عمده پابندهای مورد استفاده در خطوط کشور به زحمت دارای پوشش‌هایی هستند که تجهیزات را تنها در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی محافظت می‌کنند. این امر با توجه به شرایط اقلیمی ایران، باعث به وجود آمدن مشکلاتی می‌شود که راه را برای به کارگیری فناوری نانو باز می‌کند.

پیش از این در خصوص اهمیت وزن و ساختار شیمیایی و مکانیکی فولاد پابند صحبت شد. نتیجه این مباحث این است که در این زمینه‌ها، پتانسیل استفاده از فناوری نانو با توجه به اختلاف هزینه روش‌های موجود و این فناوری، عملاً صرفه اقتصادی ندارد. با این حال، پوشش ضعیف پابندها، به خصوص پابندهای تولید داخل، مسئله‌ای است که می‌توان به کمک فناوری نانو آن را بهبود بخشید.

در خطوطی که از مناطق بیابانی و کویری یا مناطق حجم بالای خاک ریزدانه عبور می‌کنند (مانند خط آهن شمال شرق)، بحث سایش سطح موضوعی جدی است. گرچه برای بسیاری از قطعات خط این امر در درازمدت چندان اهمیتی ندارد، برای پابندی که به طور ممتد تحت فشار بوده و خرابی آن می‌تواند برای ثبات هندسه خط فاجعه‌بار باشد، سایش سطح به خاطر ذرات شن و ماسه به سرعت راه را برای فرسایش، زنگ‌زدگی و خوردگی باز می‌کند. در واقع تعویض پابندهایی که ابتدا پوشش و سپس بدنه اصلی آنها به خاطر خاک ساییده شده است، ایراد معمولی در ایران محسوب می‌شود. در خطوط جنوبی، این مشکل با مسئله خوردگی به خاطر رطوبت جایگزین می‌شود، اما پوشش کنونی ذکر شده در استاندارد پابندهای پاندرول (زاجکاری) کمابیش برای رفع مشکل کفایت می‌کند.

بحث پوشش پابند اهمیت بیشتری نسبت به پوشش ریل دارد. ریل از فولاد بسیار سخت تهیه شده و ساختار خط به گونه‌ای طراحی می‌شود که تا حد امکان فشار کمتری به آن وارد شود. تراورس و زیرسازی، گرچه فشار زیادی را تحمل می‌کنند، اما عمر مفید طراحی آنها باعث تضمین کیفیت برای مدت زمانی طویل می‌شود. اما پابند به عنوان اصلی‌ترین پل انتقال نیرو و انرژی از ریل به زمین، همواره تحت فشار قابل توجهی قرار دارد که به خودی خود طراحان این قطعه را مجبور می‌کند تا جای ممکن از آسیب‌پذیری آن بکاهند. با این تفاسیر، پوشش سطح پابند از جمله مواردی است که فناوری نانو می‌تواند وارد شده و کمک شایانی به کارفرمایان ریلی در این بخش برساند.

ادوات جانبی پابند، مانند پیچ، گاید پلیت (نشیمنگاه پابند وسلو) و اینسولیت (عایق الکتریکی پابند پاندرول در برابر ریل) همگی از جمله دیگر تجهیزاتی هستند که پتانسیل بهبود آنها با فناوری نانو وجود دارد، اما فقدان صرفه اقتصادی در این بخش، بهبود آنها را بدل به اولویت ثانویه می‌کند که از نظر کارفرمایان ریلی گرچه وجود آن مفید است، اما به خودی خود اهمیت چندانی ندارد. برای آشنایی علاقمندان با این قسمت، یک بار دیگر نشریه 355 راه‌آهن جمهوری اسلامی ایران پیشنهاد می‌شود.

نظرات

پاسخ به نظــر بازگشت به حالت عادی ثبت نظر

نظر شما
security code