ریل راه آهن چیست؛ کاربرد و انواع آن

ریل‌های اولیه که از جنس چوب بودند از تنه‌ی درخت ساخته می‌شدند. تا قبل از سال ۱۷۶۰ از چوب‌های بلوط برای ساخت ریل‌ها استفاده می‌کردند. برای افزایش استحکام این ریل‌ها، بر روی آن‌ها نوارهای نازک چدن نصب می‌شد و هدف از استفاده‌ ریل‌های با جنس چدن افزایش استحکام و کاهش اصطکاک بود. استفاده از این تسمه‌ها مشکلاتی داشت که می‌توان به جدا شدن آن‌ها از چوب‌ اشاره نمود. سال‌ها بعد ریل چدنی به طول ۸ کیلومتر برای حمل ذغال سنگ به کار گرفته شد و بعد از آن ریل‌های تاج‌دار اختراع گردید، جنس این ریل‌ها از چدن بود که به دلیل شکل خاص این ریل‌ها به آن ریل گرده ماهی نیز می‌گفتند این ریل‌ها مقاومت کمی داشتند و سریع می‌شکستند. استفاده از این ریل‌ها ادامه پیدا کرد تا اینکه دستگاه‌های نورد اختراع شد. با اختراع این دستگاه‌ها ریل‌های طویل از جنس آهن ساخته شد. اولین ریل فولادی در سال ۱۸۵۷ در شهر دربی میدلند انگلستان ساخته شد. تاریخچه‌ راه‌آهن را به صورت خلاصه برای شما مطرح کردیم تا دیدی از موضوعاتی که در ادامه مطرح خواهد شد، داشته باشید.
در این مطلب به بررسی این موارد پرداخته‌ایم: ریل فولادی چیست، دسته‌بندی ریل‌ها بر اساس کاربرد، میزان ریل مصرفی سالانه در خطوط ریلی در ایران.

ریل فولادی با هدف تحمل و هدایت بار در کاربردهایی مثل راه آهن و قطار، مسیر حرکت جرثقیل و واگن و درب‌های کشویی مورد استفاده قرار می‌گیرد و علاوه بر فولاد CK45 و CK55، چهارپهلو و تسمه ST37 و ST52 نیز برای ساخت ریل فولادی بسته به کاربرد، استفاده می‌شود.

ریل راه‌ آهن چیست؟

ریل راه‌آهن به مقاطع فلزی طویلی گفته می‌شود که برای ایجاد مسیر حرکت قطارها و تحمل بارهای سنگین دینامیکی و استاتیکی طراحی شده‌اند. این ریل‌ها، نقش انتقال نیرو از چرخ‌های قطار به خط را بر عهده دارند و باعث پایداری، ایمنی و هدایت دقیق وسیله‌ی نقلیه ریلی می‌شوند. جنس ریل‌های راه‌آهن معمولاً از فولادهای پرکربن با استحکام بالا انتخاب می‌شود تا در برابر سایش مستمر، ضربات چرخ و تنش‌های حرارتی مقاومت کافی داشته باشند. سطح مقطع این ریل‌ها اغلب به شکل T معکوس یا I طراحی می‌شود که موجب افزایش پایداری و بهینه‌سازی توزیع تنش‌ها در مقطع می‌شود. ریل‌های راه‌آهن بسته به نوع کاربری، سرعت حرکت قطارها و میزان بارگذاری، در ابعاد، وزن و استانداردهای متفاوتی مانند UIC60، UIC54 یا S49 تولید و استفاده می‌شوند.
ریل آهنی، یکی از مهم‌ترین اجزای شبکه‌های ریلی است که برای هدایت و تحمل وزن قطارها به کار می‌رود. این نوع ریل، عمدتاً از آلیاژهای آهنی ساخته می‌شود که در برابر فشار، سایش و تغییرات دمایی مقاومت بالایی دارند. ریل‌های آهنی به گونه‌ای طراحی شده‌اند که وزن واگن‌ها را به طور یکنواخت به زیرسازی منتقل کرده و حرکت ایمن و روان قطارها را فراهم کنند.

ریل فولادی چیست؟

ریل فولادی یکی از مهمترین انصار های ساخت زیرساخت راه‌آهن است که وظیفه هدایت و توزیع موزون نیروی وارد از قطار به زیرساخت را بر عهده دارد. این مقطع فولادی با وزنی مناسب و مقاومت بالای مکانیکی طراحی می‌شود تا بتواند فشار و سایش مستمر قطارها را تحمل کند. ریل فولادی پس از آن که عملیات نورد بر روی این ریل‌ها صورت گرفت، دو قطعه موازی با سطح مقطع معین و طول بلند که بین آن‌ها ریل‌بندهایی به صورت عمودی قرار دارد، تشکیل می‌دهد که معمولا به علت نیاز به مقاومت به سایش از جنس CK45 و CK55 است و در راه آهن و متروها مورد استفاده قرار می‌گیرد. ریل فولادی با هدف تحمل و هدایت بار در کاربردهایی مثل راه آهن و قطار، مسیر حرکت جرثقیل و واگن و درب‌های کشویی مورد استفاده قرار می‌گیرد و علاوه بر فولاد CK45 و CK55، چهارپهلو و تسمه ST37 و ST52 نیز برای ساخت ریل فولادی بسته به کاربرد، استفاده می‌شود.

معرفی فولاد CK45

میزان کربن به کار رفته شده در این فولاد در حد متوسط (بین ۰/۴ تا ۰/۵) است. از خصوصیات این فولاد پرکاربرد می‌توان به استحکام کششی مناسب آن اشاره نمود. دمای فولاد آستنیته شدن این فولاد بین ۸۲۰ تا ۸۵۵ درجه‌ سانتی‌گراد است. از کاربردهای این فولاد می‌توان به استفاده از آن در ساخت چرخ‌دنده‌ها، محورها و غلتک‌ها اشاره نمود. وظیفه‌ اصلی ریل‌های فولادی هدایت و تحمل بار است. فولادهایی که برای ساخت ریل‌ها استفاده می‌شود از سطح مقطع و شکل هندسی خاصی برخوردارند. هدف از ساختار خاص در نظر گرفته شده برای ریل بدین منظور می‌باشد که بتواند وزن وارد شده از سوی بار را تحمل نماید و اصطکاک کمی برای حرکت بار مدنظر ایجاد نماید تا مانع از حرکت نشود.

انواع ریل راه‌ آهن

ریل‌های راه‌آهن براساس وزن، ابعاد و نوع کاربری به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند. انتخاب نوع ریل بسته به حجم بارگذاری، سرعت قطار و شرایط مسیر انجام می‌شود. در ادامه، رایج‌ترین انواع ریل راه‌آهن را معرفی می‌کنیم:

• ریل UIC60: ریل UIC60 با وزن تقریبی ۶۰ کیلوگرم در هر متر، از سنگین‌ترین و مقاوم‌ترین انواع ریل است. این نوع ریل برای خطوط پرترافیک، قطارهای پرسرعت و مسیرهای بین‌شهری طراحی شده و به دلیل استحکام بالا، عمر مفید طولانی‌تری دارد.
• ریل UIC54: ریل UIC54 با وزن ۵۴ کیلوگرم در متر، گزینه‌ای مناسب برای مسیرهای با ترافیک متوسط و قطارهای مسافربری و باری سبک‌تر است. این ریل تعادل خوبی بین وزن، مقاومت و هزینه ایجاد می‌کند و در بسیاری از خطوط ریلی رایج است.
• ریل S49: ریل S49 که وزن آن ۴۹ کیلوگرم در متر است، بیشتر در خطوط ریلی سبک، شبکه‌های شهری و مسیرهای کم‌بار استفاده می‌شود. این نوع ریل به دلیل وزن کمتر و نصب آسان، برای متروها و راه‌آهن‌های محلی گزینه‌ای مقرون‌به‌صرفه محسوب می‌شود.
• ریل‌های سبک (ریل معدنی): ریل‌ معدنی با وزن‌های پایین‌تر، برای کاربردهایی چون معادن، کارخانه‌ها و مسیرهای کوتاه صنعتی به کار می‌روند. این ریل‌ها تحمل بارهای سبک را دارند و نصب و جابه‌جایی آن‌ها به‌راحتی انجام می‌شود.

دسته‌بندی ریل‌ها بر اساس کاربرد

ریل‌ها از نظر کاربرد در سه دسته‌ی ریل‌های راه آهن، ریل‌های جرثقیلی و ریل‌های معدنی قرار می‌گیرند که در قسمت زیر تیپ‌های مهم هر دسته را به تفکیک بیان کرده‌ایم.

• ریل‌های راه آهن یا Rail Road در تیپ‌های R، UIC، P و S
• ریل‌های جرثقیلی یا Crain Rail در تیپ‌های MRS، CR، QC، KP
• ریل‌های معدنی در تیپ‌های JIS، S، R موجود

از تیپ‌های مختلف ریل‌های مطرح شده به چند مورد در این قسمت اشاره می‌نماییم.

• تیپ UIC 60: مورد استفاده در پروژه‌های راه‌آهن بین شهری (سبک) و درون شهری (سنگین)
• تیپ S54: مورد استفاده در پروژ‌ه‌های مترو (سبک) بار قابل حمل ۱۴ تن است.
• تیپ S49: مورد استفاده در پروژه‌های قطار (سبک) بار قابل حمل می‌تواند بین ۸ تا ۱۰ تن باشد.

ریل‌های R و S به عنوان بیشترین نوع مصرفی ریل راه آهن و معدن

برای شناسایی ریل‌های R و S که خرید و فروش آن‌ها نسبت به بقیه موارد بالاتر است، از یک عدد دو رقمی در کنار حرف معرف استاندارد استفاده می‌شود که مقدار جرم ریل به ازای یک متر طول از آن است و نشان‌دهنده استحکام و تحمل ریل فولادی است. این ریل‌ها که بیشتر برای مترو یا قطار درون‌شهری و حمل و نقل برون‌شهری مورد استفاده قرار می‌گیرند، دارای سطح مقطع مشابه اما ابعاد متفاوت هستنند. با توجه به این که سطح مقطع ریل معمولا از کف، ارتفاع، بال، تاج و قوس‌های آن تشکیل می‌شود، ریل‌های R و S در این ابعاد با توجه به کاربرد و تحمل بار خواسته شده متفاوت‌اند و البته گاهی از آلیاژهای متفاوتی از فولاد ساخته می‌شوند.

میزان ریل مصرفی سالانه در خطوط ریلی در ایران

میزان ریل مصرفی در ایران وابسته به ساخت خطوط ریلی جدید و یا ترمیم یا تعمیر خطوط ریلی قدیمی است. بیشترین پروفیل‌های مصرفی در ساخت خطوط راه‌ آهن در ایران از نوع UIC54 و UIC60 است. این پروفیل وزنی معادل با ۶۰ کیلوگرم دارد. بنابراین به منظور ریل‌گذاری برای هر کیلومتر ۱۲۰ تن ریل مورد نیاز است. تاکنون خطوط ریلی مورد نیاز ایران معمولا از کشورهایی مانند هند، روسیه، اتریش و چین تامین می‌شد. خطوط ریلی که در ایران مورد استفاده قرار می‌گیرد طولی معادل بر ۹ هزار کیلومتر دارند که بر اساس برآوردهای انجام شده این میزان در چند سال اخیر به ۲۵ هزار کیلومتر خواهد رسید. از سویی طبق برنامه‌ریزی‌های انجام شده باید در سال، ۱۳۳۳ کیلومتر خط راه آهن ساخته شود و ۳۰۰ کیلومتر از خطوط ریلی قدیمی نیز نیاز به بازسازی دارد.