كيفية تصميم منحنيات السكك الحديدية

تتبع خطوط السكك الحديدية دائمًا مسارًا مستقيمًا ومستويًا، لتستهلك القطارات طاقة أقل، وتتخذ سرعات أعلى، ويقل تآكل المعدات عندما يمكن للسكك الحديدية أن تبنى على خط مستقيم، لكن يجب تجنب العقبات ويتطلب ذلك منحنيات لإعادة توجيه اتجاه مسارات هذه السكك، ويتم تصميم هذه المنحنيات حسب علاقات تحدد مقدار الإنحناء اللازم لضمان الأمان على السرعات التصميمية وهنا سوف نعرض لكم أهم هذه العلاقات.

كيفية حساب درجة الإنحناء عند تصميم السكك

تكون المنحنيات على السكك الحديدية دائرية بشكل عام، أي يجب أن يكون لكل منحنى نفس نصف القطر على كل جزء منه، وتعرّف درجة الانحناء بأنها الزاوية المائلة في المركز بقوس مقداره (30) متراً، ومقدار درجة الإنحناء يعطى بالعلاقة التالية:

حيث أن:

(R): نصف قطر المنحنى بالأمتار.

(D): درجة الانحناء؛ ويمكن تعريفها أيضًا على أنها الزاوية المائلة في المركز على وتر طوله (100 قدم) أو (30.48 متر).

ملاحظة:عادةً لا ينصح باستخدام المنحنيات على السكك الحديدية لأنها قد تتسبب في إعادة توجيه السرعة، وعدم وجود قاطرة ثقيلة وقيود على طول القطار، وأيضًا الانحراف قد يسبب الحوادث.

إرتفاع القطعة الدائرية: وهي المسافة العمودية (V) من وتر المنحنى إلى المنحنى وعادةً عند نقطة منتصف الوتر، وتحسب بالعلاقة التالية:

حيث أن:

(C): الوتر بالمتر.

(R): نصف القطر بالمتر.

(V): ارتفاع القطعة الدائرية بالسنتيمتر.

كيفية حساب الارتفاعات الإضافية Super elevation

عندما يتحرك قطار حول منحنى، فإنه يتعرض لقوة طرد مركزي تؤثر بشكل دوري في مركز ثقل كل مركبة شعاعيًا بعيدًا عن مركز المنحنى، وهذا يزيد الوزن على السكة الخارجية المواجهة لتأثير قوة الطرد المركزي، ويتم رفع مستوى القضبان الخارجية للسكة للأعلى مقارنة بالقضبان الداخلية التي لها بمقدار معين لتوجيه قوة الجاذبية نحو المركز، وهذا الفرق في الارتفاع بين القضبان الداخلية والخارجية عند منحنى أفقي يسمى “الارتفاع الإضافي فوق سطح الأرض”، ولحساب هذا الارتفاع تستخدم المعادلة التالية:

حيث أن :

(e): الارتفاع الإضافي على السكة الخارجية “سم”.

(G): مقياس السكة (Gauge) وهو أقل مسافة أفقية بين قضيبي السكة “بالمتر”.

(R): نصف قطر المنحنى “بالمتر”.

(V): السرعة “كم/ الساعة”.

قيم (Gauge) حسب نوع السكة:

• 1.676م = (Broad Gauge) B.G

• 1.000م = M.G (Metre Gauge)

• 0.762م = (Narrow Gauge) N.G

حساب الارتفاع الإضافي (e) حسب نوع المسافة الأفقية للسكة:

ما هي حدود الارتفاع الإضافي Limits of super elevation

هناك حدود لمقدار الارتفاع الإضافي الذي يمكن توفيره بشكل آمن، بالعادة يكون الحد الأقصى لقيمة الارتفاع المضاف من جانب السكة وفقًا لمشروع السكك الحديدية هو ( 1/10 إلى 1/12) من المسافة الأفقية بين قضيبي السكة، حيث أن:

• أقصى ارتفاع إضافي لـ (1/10) من المسافة الأفقية لسكة من نوع (B.G) يساوي (16.7) سم.

• أقصى ارتفاع إضافي لـ (1/10) من المسافة الأفقية لسكة من نوع (M.G) يساوي (10) سم.

• أقصى ارتفاع الإضافي لـ (1/10)من المسافة الأفقية لسكة من نوع (N.G) يساوي (7.62) سم.