Εκτροχιασμός

Στη σιδηροδρομική ορολογία εκτροχιασμός συμβαίνει όταν ένα (ή περισσσότερα) σιδηροδρομικό όχημα βγαίνει από τις σιδηροτροχιές του. Αν και πολλοί εκτροχιασμοί είναι δεν είναι σημαντικοί, όλοι οδηγούν σε προσωρινή διακοπή της σωστής λειτουργίας του σιδηροδρομικού δικτύου και αποτελούν δυνητικά σοβαρό κίνδυνο.

Ο εκτροχιασμός ενός οχήματος ή τρένου μπορεί να προκληθεί από αιτίες όπως σύγκρουση με άλλο αντικείμενο, λειτουργικό σφάλμα (όπως υπερβολική ταχύτητα μέσω μιας καμπύλης), μηχανική αστοχία σιδηροτροχιών (όπως σπασμένες σιδηροτροχιές) ή μηχανική βλάβη των τροχών, μεταξύ άλλων. Σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης, ο σκόπιμος εκτροχιασμός με μηχανισμό εκτροχιασμού ή σημεία παγίδευσης χρησιμοποιούνται μερικές φορές για την πρόληψη ενός πιο σοβαρού ατυχήματος.

Ιστορία
Κατά τη διάρκεια του 19ου αιώνα οι εκτροχιασμοί ήταν συνηθισμένοι, αλλά τα σταδιακά βελτιούμενα μέτρα ασφαλείας είχαν ως αποτέλεσμα ένα σταθερά χαμηλότερο επίπεδο τέτοιων περιστατικών. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, οι εκτροχιασμοί έχουν μειωθεί δραματικά από το 1980 από πάνω από 3.000 ετησίως (1980) σε 1.000 περίπου το 1986 και σε περίπου 500 το 2010.

Αιτίες

Οι εκτροχιασμοί προκύπτουν από ένα ή περισσότερα μιας σειράς διαφορετικών αιτίων. Αυτά μπορούν να ταξινομηθούν ως εξής:
Πρωτογενής μηχανική αστοχία ενός εξαρτήματος της γραμμής (για παράδειγμα σπασμένες σιδηροτροχιές, εξάπλωση του περιτυπώματος λόγω αστοχίας στρωτήρα (δεσίματος))

Πρωτογενής μηχανική βλάβη ενός στοιχείου του μηχανισμού κίνησης ενός οχήματος (για παράδειγμα αστοχία κιβωτίου άξονα, θραύση τροχού)
Σφάλμα στη γεωμετρία των εξαρτημάτων της γραμμής ή του μηχανισμού κίνησης που οδηγεί σε οιονεί στατική αστοχία κατά τη λειτουργία (για παράδειγμα αναρρίχηση σιδηροτροχιάς λόγω υπερβολικής φθοράς τροχών ή σιδηροτροχιών, ολίσθηση χωματουργικών εργασιών)
Δυναμική επίδραση της αλληλεπίδρασης τροχιάς-οχήματος (για παράδειγμα ακραία ταλάντωση, κάθετη αναπήδηση, μετατόπιση τροχιάς κάτω από τρένο, υπερβολική ταχύτητα)
Ακατάλληλη λειτουργία διακλαδώσεων ή μη τήρηση σημάτων που τις προστατεύουν (λάθη σήματοδιαίας)
Ως δευτερεύον συμβάν μετά από σύγκρουση με άλλα τρένα, οδικά οχήματα ή άλλα εμπόδια (σύγκρουση ισόπεδης διάβασης, εμπόδια στη γραμμή)
Κακός χειρισμός αμαξοστοιχίας (απότομες μετατοπίσεις λόγω ξαφνικών δυνάμεων έλξης ή πέδησης, που αναφέρονται ως "βραδεία δράση" στη Βόρεια Αμερική).

Θραύση σιδηροτροχιών
Η παραδοσιακή κατασκευή της σιδηροδρομικής γραμμής αποτελείται από δύο σιδηροτροχιές, στερεωμένες σε καθορισμένη απόσταση μεταξύ τους (γνωστή ως εύρος ) και στηρίζονται σε εγκάρσιους στρωτήρες (δεσμούς). Ορισμένες προηγμένες κατασκευές γραμμών υποστηρίζουν τις σιδηροτροχιές σε πλάκες από σκυρόδεμα ή ασφάλτινη πλάκα. Η επιφάνεια κίνησης των σιδηροτροχιών απαιτείται να είναι πρακτικά συνεχής και με σωστή γεωμετρική διάταξη.

Σε περίπτωση θραύσης ή ρωγμής σιδηροτροχιάς, η επιφάνεια κίνησης της σιδηροτροχιάς μπορεί να διαταραχθεί, εάν ένα κομμάτι έχει πέσει έξω ή έχει σφηνώσει σε λάθος θέση ή εάν προκύψει μεγάλο κενό μεταξύ των υπόλοιπων τμημάτων της σιδηροτροχιάς. 170 σπασμένες (όχι ραγισμένες) σιδηροτροχιές αναφέρθηκαν στο σιδηροδρομικό δίκτυο στο Ηνωμένο Βασίλειο το 2008, από το ανώτατο όριο των 988 το 1998/1999.

Στην αρθρωτή γραμμή, οι σιδηροτροχιές συνδέονται συνήθως με βιδωμένους αμφιδέτες (αρμούς). Ο ιστός της σιδηροτροχιάς δέχεται μεγάλες δυνάμεις διάτμησης και αυτές ενισχύονται γύρω από την οπή του μπουλονιού. Όπου η συντήρηση της γραμμής είναι ανεπαρκής, η κόπωση του μετάλλου μπορεί να οδηγήσει στη διέρυνση της αστερορειδούς ρωγμής γύρω από την οπή. Σε ακραίες καταστάσεις αυτό μπορεί να οδηγήσει σε αποκόλληση ενός τριγωνικού τμήματος σιδηροτροχιάς στην άρθρωση.

Μεταλλουργικές μεταβολές λαμβάνουν χώρα λόγω του φαινομένου ρωγμής στο άκρο (στο οποίο η μικρορωγμή, λόγω κόπωσης, διαδίδεται ταχύτερα από τη συνηθισμένη φθορά), καθώς και λόγω των επιπτώσεων του εγκλεισμού φυσαλίδας υδρογόνου κατά τη διαδικασία κατασκευής, που οδηγεί σε διάδοση ρωγμών υπό φόρτιση κόπωσης.
Τοπική ευθραυστότητα του μητρικού μετάλλου μπορεί να συμβεί λόγω περιστροφής του τροχού (οι μονάδες έλξης περιστρέφουν τους κινητήριους τροχούς χωρίς κίνηση κατά μήκος της τροχιάς).
Οι συγκολλήσεις σιδηροτροχιών (όπου τα τμήματα των σιδηροτροχιών ενώνονται με συγκόλληση) μπορεί να αποτύχουν λόγω κακής κατασκευής. Αυτό μπορεί να προκληθεί από εξαιρετικά κρύο καιρό ή από ακατάλληλη πίεση των συνεχώς συγκολλημένων σιδηροτροχιών, έτσι ώστε να δημιουργούνται υψηλές δυνάμεις εφελκυσμού στις σιδηροτροχιές.
Οι αμφιδέτες (αρμοί άρθρωσης) στην ενωμένη γραμή μπορεί να αστοχήσουν, επιτρέποντας στις σιδηροτροχιές να αποκολληθούν σε εξαιρετικά κρύο καιρό. Αυτό συνήθως συνδέεται με μη διορθωμένο ερπυσμό των σιδηροτροχιών.

Ο εκτροχιασμός μπορεί να συμβεί λόγω της υπερβολικής αύξησης εύρους, κατά την οποία οι στρωτήρες ή άλλοι σύνδεσμοι δεν μπορούν να διατηρήσουν το κατάλληλο εύρος. Σε ελαφρά σχεδιασμένη τροχιά όπου οι σιδηροτροχιές προσαρμόζονται με καρφιά σε ξύλινους στρωτήρες, η αστοχία συγκράτησης της ακίδας μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα την περιστροφή προς τα έξω από μια σιδηροτροχιά, συνήθως υπό την επιβαρυντική δράση του σπασίματος των φορείων (συμπλεγμάτων τροσών) στις καμπύλες.

Ο μηχανισμός διεύρυνσης περιτυπώματος είναι συνήθως σταδιακός και σχετικά αργός, αλλά εάν δεν εντοπιστεί, η τελική αστοχία συχνά λαμβάνει χώρα υπό την επίδραση κάποιου πρόσθετου παράγοντα, όπως η υπερβολική ταχύτητα, η κακή συντήρηση του μηχανισμού κίνησης σε ένα όχημα, η κακή ευθυγράμμιση των σιδηροτροχιών και ακραία φαινόμενα έλξης (όπως υψηλές δυνάμεις προώθησης). Το φαινόμενο που αναφέρεται παραπάνω είναι πιο έντονο σε ξηρές συνθήκες, όταν ο συντελεστής τριβής στη διεπαφή τροχού-σιδηροτροχιάς είναι υψηλός.

Ελαττωματικοί τροχοί

Ο εξοπλισμός κίνησης — ομάδα τροχών, φορεία και η ανάρτησή τους — μπορεί να αποτύχει. Ο πιο συνηθισμένος τρόπος ιστορικής αστοχίας είναι η κατάρρευση των απλών ρουλεμάν λόγω ελλιπούς λίπανσης και η αστοχία των φύλλων ελατηρίων. Τα ελαστικά τροχών είναι επίσης επιρρεπή σε αστοχία λόγω της μετάδοσης των ρωγμών στο μέταλλο.

Οι σύγχρονες τεχνολογίες έχουν μειώσει σημαντικά τη συχνότητα αυτών των αστοχιών, τόσο από το σχεδιασμό (ειδικά την αντικατάσταση των απλών ρουλεμάν) όσο και από την παρέμβαση (μη καταστροφική δοκιμή κατά τη λειτουργία).

Ασυνήθιστες αλληλεπιδράσεις στη γραμμή

Εάν μια κατακόρυφη, πλευρική ή διασταυρούμενη ανωμαλία είναι κυκλική και λαμβάνει χώρα σε μήκος κύματος που αντιστοιχεί στη φυσική συχνότητα ορισμένων οχημάτων που διανύουν το τμήμα διαδρομής, υπάρχει κίνδυνος συντονισμένης αρμονικής ταλάντωσης στα οχήματα, που οδηγεί σε ακραία ακατάλληλη κίνηση και πιθανόν εκτροχιασμό. Αυτό είναι πιο επικίνδυνο όταν μια κυκλική κύλιση ρυθμίζεται από διακυμάνσεις σταυρωτά επίπεδα, αλλά τα κατακόρυφα κυκλικά σφάλματα μπορεί επίσης να έχουν ως αποτέλεσμα την ανύψωση των οχημάτων από τη γραμμή. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα όταν τα οχήματα βρίσκονται σε κατάσταση απόβαρου (άδειο) και εάν η ανάρτηση δεν είναι σχεδιασμένη να έχει τα κατάλληλα χαρακτηριστικά. Η τελευταία προϋπόθεση ισχύει εάν το ελατήριο ανάρτησης έχει ακαμψία βελτιστοποιημένη για την κατάσταση φόρτισης ή για μια συμβιβαστική κατάσταση φόρτωσης, έτσι ώστε να είναι πολύ άκαμπτο στην κατάσταση χωρίς βάρος.

Οι τροχοί του οχήματος εκφορτώνονται στιγμιαία κατακόρυφα, έτσι ώστε η καθοδήγηση που απαιτείται από τις φλάντζες ή την επαφή του πέλματος του τροχού να είναι ανεπαρκής

Μια ειδική περίπτωση είναι η κάμψη που σχετίζεται με τη θερμότητα: σε θερμό καιρό ο χάλυβας της σιδηροτροχιάς διαστέλλεται. Αυτό επιτυγχάνεται με την πίεση των συνεχόμενων συγκολλημένων σιδηροτροχιών (πιέζονται μηχανικά για να είναι ουδέτερης τάσης σε μέτρια θερμοκρασία) και με την παροχή κατάλληλων κενών διαστολής στους αρμούς και τη διασφάλιση ότι οι πλάκες ψαριών λιπαίνονται σωστά. Επιπλέον, η πλευρική συγκράτηση παρέχεται από έναν κατάλληλο ώμο έρματος. Εάν κάποιο από αυτά τα μέτρα είναι ανεπαρκές, η γραμμή μπορεί να λυγίσει. Λαμβάνει χώρα μεγάλη πλευρική παραμόρφωση, την οποία τα τρένα δεν μπορούν να διαχειριστούν. (Τα εννέα χρόνια 2000/1 έως 2008/9 υπήρξαν 429 περιστατικά παραμορφωτικής κάμψης γραμμής στη Μεγάλη Βρετανία).

Εσφαλμένη λειτουργία συστημάτων ελέγχου

Οι διασταυρώσεις και άλλες αλλαγές της διαδρομής στους σιδηροδρόμους γίνονται γενικά μέσω σημείων ("διακόπτες" — κινητά τμήματα ικανά να αλλάξουν την πορεία των οχημάτων προς τα εμπρός). Στις πρώτες μέρες των σιδηροδρόμων, αυτοί μετακινούνταν ανεξάρτητα, από το τοπικό προσωπικό. Ατυχήματα —συνήθως συγκρούσεις— σημειώθηκαν όταν το προσωπικό ξέχασε για ποια διαδρομή είχαν καθοριστεί οι διακόπτες (διακλαδώσεις ή σημεία) ή παρέβλεψε την προσέγγιση ενός τρένου στην ίδια γραμμή. Εάν τα σημεία δεν είχαν ρυθμιστεί σωστά για καμία από τις γραμμή — ρυθμισμένα στη μέση διαδρομή — είναι πιθανό ένα τρένο που διέρχεται να εκτροχιαστεί.

Η πρώτη συγκέντρωση μοχλών για σήματα και σημεία που συγκεντρώθηκαν για λειτουργία ήταν στο "Bricklayer's Arms Junction" στο νοτιοανατολικό Λονδίνο την περίοδο 1843–1844. Η θέση ελέγχου του σήματος (πρόδρομος του σηματοδοσίας) βελτιώθηκε με την πρόβλεψη διασύνδεσης (αποτροπή καθορισμού σήματος ελεύθερης διέλευσης σε διαδρομή που ήταν κατειλημμένη) το 1856.

Για να αποφευχθεί η ακούσια κίνηση των εμπορικών οχημάτων από τις παρακαμπτήριες γραμμές προς τις γραμμές κανονικής κίνησης και άλλες ανάλογες ακατάλληλες κινήσεις, προβλέπονται σημεία παγίδευσης και εκτροχιασμοί στην έξοδο από τις παρακαμπτήριες. Σε ορισμένες περιπτώσεις, αυτά τοποθετούνται στη σύγκλιση των γραμμών λειτουργίας. Συμβαίνει περιστασιακά ένας οδηγός να πιστεύει εσφαλμένα ότι έχει την εξουσία να προχωρήσει πάνω από τα σημεία παγίδευσης ή ότι ο σηματωρόςπαρέχει κατά λάθος τέτοια άδεια. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τον εκτροχιασμό. Ο εκτροχιασμός που προκύπτει δεν προστατεύει πάντα πλήρως την άλλη γραμμή: ένας εκτροχιασμός σε σημείο παγίδευσης με ταχύτητα μπορεί κάλλιστα να οδηγήσει σε σημαντική ζημιά και εμπόδιο, και ακόμη και ένα μόνο όχημα μπορεί να εμποδίσει την ελεύθερη γραμμή.

Εκτροχιασμός μετά από σύγκρουση

Εάν ένα τρένο συγκρουστεί με μεγάλου μεγέθους αντικείμενο, είναι σαφές ότι μπορεί να συμβεί εκτροχιασμός της σωστής λειτουργίας των τροχών του οχήματος στη γραμμή. Αν και μπορεί κανείς να φανταστεί πολύ μεγάλα εμπόδια, είναι γνωστό ότι μια αγελάδα που παρέμεινε στη γραμμή εκτροχίας ένα επιβατικό τρένο με ταχύτητα όπως συνέβη στο σιδηροδρομικό δυστύχημα στο Πόλμοντ.

Τα πιο συνηθισμένα εμπόδια που συναντώνται είναι τα οδικά οχήματα σε ισόπεδες διαβάσεις. Κακόβουλα άτομα μερικές φορές τοποθετούν υλικά στις σιδηροτροχιές και, σε ορισμένες περιπτώσεις, σχετικά μικρά αντικείμενα προκαλούν εκτροχιασμό οδηγώντας έναν τροχό πάνω από τη σιδηροτροχιά (και όχι ύστερα από σοβαρή σύγκρουση).

Ο εκτροχιασμός έχει προκληθεί επίσης σε καταστάσεις πολέμου ή άλλης σύγκρουσης, όπως κατά τη διάρκεια των εχθροπραξιών από τους ιθαγενείς της Αμερικής, και ειδικότερα σε περιόδους κατά τις οποίες το στρατιωτικό προσωπικό και το υλικό μετακινούνταν σιδηροδρομικώς.

Αδέξια οδήγηση συρμού

Ο χειρισμός ενός συρμού μπορεί επίσης να προκαλέσει εκτροχιασμό. Τα οχήματα ενός συρμού συνδέονται με συνδέσμους. Στις πρώτες μέρες των σιδηροδρόμων αυτά είχαν μικρού μήκους αλυσίδα («χαλαρές συνδέσεις») που συνέδεαν τα παρακείμενα οχήματα με σημαντική χαλάρωση. Ακόμη και με μεταγενέστερες βελτιώσεις μπορεί να υπάρχει σημαντική χαλάρωση μεταξύ της κατάστασης έλξης (η μονάδα ισχύος τραβάει σφιχτά τους συνδέσμους) και το φρενάρισμα της μονάδας ισχύος (η μηχανή που εφαρμόζει φρένα και συμπιέζει τους προσκρουστήρες σε όλη την αμαξοστοιχία). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη διόγκωση της σύζευξης .

Οι πιο εξελιγμένες τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται σήμερα χρησιμοποιούν γενικά συνδέσμους που δεν έχουν χαλαρή σύνδεση, αν και υπάρχει ελαστική κίνηση στους συνδέσμους. Παρέχεται συνεχής πέδηση, έτσι ώστε κάθε όχημα στο τρένο να έχει φρένα ελεγχόμενα από τον μηχανοδηγό. Γενικά, αυτό χρησιμοποιεί πεπιεσμένο αέρα ως μέσο ελέγχου και υπάρχει μετρήσιμη χρονική καθυστέρηση καθώς το σήμα (για να ενεργοποιηθούν ή να απελευθερωθούνε τα φρένα) διαδίδεται κατά μήκος του τρένου.

Εάν ένας μηχανοδηγός ενεργοποιήσει τα φρένα της αμαξοστοιχίας ξαφνικά και έντονα, το μπροστινό μέρος της αμαξοστοιχίας υπόκειται πρώτα σε δυνάμεις πέδησης. (Όπου μόνον η μηχανή έχει φρένο, αυτό το φαινόμενο είναι προφανώς πιο ακραίο). Το πίσω μέρος της αμαξοστοιχίας μπορεί να ξεπεράσει το μπροστινό μέρος, και σε περιπτώσεις όπου η κατάσταση ζεύξης είναι ατελής, το προκύπτον ξαφνικό κλείσιμο (ένα φαινόμενο που αναφέρεται ως "πτώση επί") μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα ένα άδειο όχημα (άδειο φορτηγό όχημα) ανυψώθηκε στιγμιαία και εξήλθε της γραμμής. Αυτό το φαινόμενο ήταν σχετικά κοινό τον 19ο αιώνα.

Στα καμπύλα τμήματα, οι διαμήκεις δυνάμεις (έλξης ή πέδησης) μεταξύ των οχημάτων έχουν ένα στοιχείο προς τα μέσα ή προς τα έξω αντίστοιχα στην καμπύλη. Σε ακραίες καταστάσεις αυτές οι πλευρικές δυνάμεις μπορεί να είναι αρκετές για να προκαλέσουν εκτροχιασμό.

Μια ειδική περίπτωση προβλημάτων χειρισμού αμαξοστοιχίας είναι η υπερβολική ταχύτητα σε απότομες καμπύλες. Αυτό προκύπτει γενικά όταν ένας μηχανοδηγός αποτυγχάνει να επιβραδύνει την αμαξοστοιχία σε ένα απότομο καμπύλο τμήμα σε μια διαδρομή που διαφορετικά έχει συνθήκες υψηλότερης ταχύτητας. Στην ακραία περίπτωση, αυτό έχει ως αποτέλεσμα το τρένο να εισέρχεται σε μια καμπύλη με ταχύτητα που δεν μπορεί να διαχιριστεί την καμπύλη και λαμβάνει χώρα ευρύς εκτροχιασμός. Ο ειδικός μηχανισμός αυτού μπορεί να περιλαμβάνει σωματική ανατροπή (περιστροφή), αλλά είναι πιθανό να περιλαμβάνει διακοπή της δομής της τροχιάς και εκτροχιασμό ως το πρωταρχικό συμβάν αστοχίας, ακολουθούμενο από ανατροπή.

Μοιραίες περιπτώσεις περιλαμβάνουν τον εκτροχιασμό του Σαντιάγο ντε Κομποστέλα το 2013 και τον εκτροχιασμό τρένου στη Φιλαδέλφεια δύο χρόνια αργότερα με τρένα που ταξίδευαν περίπου 160 χ.α.ώ. Και στις δύο περιπτώσεις, οι συρμοί κινούνταν με περίπου διπλάσια ταχύτητα από τη μέγιστη επιτρεπόμενη για το καμπύλο τμήμα της γραμμής.

Αναρρίχηση φλάντζας

Το σύστημα καθοδήγησης των σιδηροδρομικών οχημάτων βασίζεται στην επίδραση διεύθυνσης της κωνικότητας των πέλματος του τροχού σε μέτριες καμπύλες (σε ακτίνα περίπου 500 μ., ή περίπου 1.500 πόδια). Σε πιο αιχμηρές καμπύλες λαμβάνει χώρα η επαφή της φλάντζας και το καθοδηγητικό αποτέλεσμα της φλάντζας βασίζεται σε κατακόρυφη δύναμη (το βάρος του οχήματος).

Μπορεί να προκληθεί εκτροχιασμός λόγω αναρρίχησης φλάντζας εάν η σχέση μεταξύ αυτών των δυνάμεων, L/V, είναι υπερβολική. Η πλευρική δύναμη L δεν προκύπτει μόνο από φυγόκεντρες επιδράσεις, αλλά ένα μεγάλο τμήμα προέρχεται από το κτύπημα ενός τροχού που έχει μη μηδενική γωνία προσβολής κατά τη διάρκεια του τρεξίματος με επαφή με φλάντζα. Η περίσσεια L/V μπορεί να προκύψει από την εκφόρτωση του τροχού ή από ακατάλληλα προφίλ ράγας ή πέλματος τροχού. Η φυσική αυτού περιγράφεται πληρέστερα παρακάτω, στην ενότητα αλληλεπίδραση τροχού-σιδηροτροχιάς .

Η εκφόρτωση του τροχού μπορεί να προκληθεί από συστροφή στην τροχιά. Αυτό μπορεί να προκύψει εάν η κλίση (σταυρωτό επίπεδο ή υπερύψωση) της διαδρομής ποικίλλει σημαντικά στο μεταξόνιο ενός οχήματος και η ανάρτηση του οχήματος είναι πολύ άκαμπτη σε στρέψη. Στην οιονεί στατική κατάσταση μπορεί να προκύψει σε ακραίες περιπτώσεις κακής κατανομής φορτίου ή σε ακραία απόκλιση σε χαμηλή ταχύτητα.

Εάν μια σιδηροτροχιά έχει υποστεί υπερβολική πλευρική φθορά ή μια φλάντζα τροχού έχει φθαρεί σε ακατάλληλη γωνία, είναι πιθανό η αναλογία L/V να υπερβεί την τιμή στην οποία μπορεί να αντισταθεί η γωνία της φλάντζας.

Εάν πραγματοποιηθεί επισκευή συγκόλλησης πλευρικών διακοπτών, είναι πιθανό η κακή κατασκευή να δημιουργήσει μια ράμπα στο προφίλ προς την κατεύθυνση που βλέπει, που εκτρέπει μια φλάντζα τροχού που πλησιάζει στην κεφαλή της σιδηροτροχιάς.

Σε ακραίες καταστάσεις, η υποδομή μπορεί να εμφανίσει κατάφωρη παραμόρφωση ή ακόμη και να απουσιάζει. Αυτό μπορεί να προκύψει από ποικίλες αιτίες, όπως μετακίνηση χωματουργικών εργασιών (ολισθήσεις επιχωμάτων και εκπλύσεις), σεισμούς και άλλες μεγάλες επίγειες διακοπές ή ελλιπή προστασία κατά τη διάρκεια εργασιών, μεταξύ άλλων.

Αλληλεπίδραση τροχού-σιδηροτροχιάς

Σχεδόν όλα τα πρακτικά σιδηροδρομικά συστήματα χρησιμοποιούν τροχούς στερεωμένους σε έναν κοινό άξονα: οι τροχοί και στις δύο πλευρές περιστρέφονται ομόφωνα. Τα τραμ που απαιτούν χαμηλά επίπεδα δαπέδου αποτελούν εξαίρεση, αλλά μεγάλο όφελος στην καθοδήγηση του οχήματος χάνεται με τους μη συνδεδεμένους τροχούς.

Το όφελος των συνδεδεμένων τροχών προέρχεται από την κωνικότητα των πέλματος των τροχών—τα πέλματα των τροχών δεν είναι κυλινδρικά, αλλά κωνικά .   Σε εξιδανικευμένη ευθεία γραμμή, ένα σετ τροχών θα έτρεχε κεντρικά, στο μέσον μεταξύ των σιδηροτροχιών.

Το παράδειγμα που παρουσιάζεται εδώ χρησιμοποιεί ένα τμήμα διαδρομής με δεξιά καμπύλη. Η εστίαση είναι στον αριστερό τροχό, ο οποίος εμπλέκεται περισσότερο με τις κρίσιμες δυνάμεις για την καθοδήγηση της αυτοκινητάμαξας μέσα από την καμπύλη.

Το διάγραμμα 1 παρακάτω δείχνει τον τροχό και τη ράγα με το σετ τροχών να τρέχει ευθεία και κεντρικά στην πίστα. Το σετ τροχών τρέχει μακριά από τον παρατηρητή. (Λάβετε υπόψη ότι η ράγα εμφανίζεται με κλίση προς τα μέσα· αυτό γίνεται σε μοντέρνα τροχιά για να ταιριάζει το προφίλ της κεφαλής της ράγας με το προφίλ του πέλματος του τροχού).

Το διάγραμμα 2 δείχνει το σετ τροχών μετατοπισμένο προς τα αριστερά, λόγω καμπυλότητας της τροχιάς ή γεωμετρικής ανωμαλίας. Ο αριστερός τροχός (εμφανίζεται εδώ) τώρα λειτουργεί σε ελαφρώς μεγαλύτερη διάμετρο. ο δεξιός τροχός απέναντι έχει μετακινηθεί και προς τα αριστερά, προς το κέντρο της πίστας, και τρέχει σε ελαφρώς μικρότερη διάμετρο. Καθώς οι δύο τροχοί περιστρέφονται με τον ίδιο ρυθμό, η ταχύτητα προς τα εμπρός του αριστερού τροχού είναι λίγο μεγαλύτερη από την προς τα εμπρός ταχύτητα του δεξιού τροχού. Αυτό κάνει το σετ τροχών να καμπυλώσει προς τα δεξιά, διορθώνοντας τη μετατόπιση. Αυτό γίνεται χωρίς επαφή με φλάντζα. Οι τροχοί οδηγούνται σε μέτριες καμπύλες χωρίς καμία επαφή με τη φλάντζα.

Όσο πιο έντονη είναι η καμπύλη, τόσο μεγαλύτερη είναι η πλευρική μετατόπιση που απαιτείται για την επίτευξη της καμπύλης. Σε πολύ έντονη καμπύλη (συνήθως λιγότερο από περίπου 500 m ή 1.500 ακτίνα ποδιών) το πλάτος του πέλματος του τροχού δεν είναι αρκετό για να επιτευχθεί το απαραίτητο αποτέλεσμα διεύθυνσης και η φλάντζα του τροχού έρχεται σε επαφή με την πρόσοψη της ψηλής σιδηροτροχιάς.

Το διάγραμμα 3 δείχνει τη λειτουργία των τροχών σε ένα φορείο ή ένα τετράτροχο όχημα. Το σετ τροχών δεν κινείται παράλληλα με την πίστα: περιορίζεται από το πλαίσιο του φορείου και την ανάρτηση και κουνιέται προς το εξωτερικό της καμπύλης. Δηλαδή, η φυσική του κατεύθυνση κύλισης θα οδηγούσε κατά μήκος μιας λιγότερο έντονης καμπύλης διαδρομής από την πραγματική καμπύλη της τροχιάς.

Η γωνία μεταξύ της φυσικής διαδρομής και της πραγματικής διαδρομής ονομάζεται γωνία προσβολής (ή γωνία εκτροπής). Καθώς το σετ τροχών κυλά προς τα εμπρός, αναγκάζεται να γλιστρήσει κατά μήκος της κεφαλής τροχιάς από την επαφή της φλάντζας. Όλο το σετ τροχών αναγκάζεται να το κάνει αυτό, επομένως ο τροχός στη χαμηλή σιδηροτροχιά αναγκάζεται επίσης να γλιστρήσει κατά μήκος της σιδηροτροχιάς του.

Αυτή η ολίσθηση απαιτεί σημαντική δύναμη για να πραγματοποιηθεί και η δύναμη τριβής που αντιστέκεται στην ολίσθηση ονομάζεται "L", η πλευρική δύναμη. Το σετ τροχών ασκεί μια δύναμη L προς τα έξω στις ράγες και οι ράγες ασκούν μια δύναμη L προς τα μέσα στους τροχούς. Σημειώστε ότι αυτό είναι εντελώς ανεξάρτητο από τη «φυγόκεντρη δύναμη».  Ωστόσο, σε υψηλότερες ταχύτητες, η φυγόκεντρος δύναμη προστίθεται στη δύναμη τριβής για να γίνει το L.

Το φορτίο (κάθετη δύναμη) στον εξωτερικό τροχό χαρακτηρίζεται V, έτσι ώστε στο Διάγραμμα 4 να φαίνονται οι δύο δυνάμεις L και V.

Η επαφή χάλυβα με χάλυβα έχει συντελεστή τριβής που μπορεί να φτάσει το 0,5 σε ξηρές συνθήκες, έτσι ώστε η πλευρική δύναμη να μπορεί να είναι έως και 0,5 του κατακόρυφου φορτίου του τροχού.

Κατά τη διάρκεια αυτής της επαφής με φλάντζα, ο τροχός στην ψηλή ράγα δέχεται την πλευρική δύναμη L, προς το εξωτερικό της καμπύλης. Καθώς ο τροχός περιστρέφεται, η φλάντζα τείνει να ανεβαίνει στη γωνία της φλάντζας. Συγκρατείται από το κατακόρυφο φορτίο στον τροχό V, έτσι ώστε αν το L/V υπερβεί την τριγωνομετρική εφαπτομένη της γωνίας επαφής της φλάντζας, θα πραγματοποιηθεί αναρρίχηση. Η φλάντζα του τροχού θα σκαρφαλώσει στην κεφαλή της ράγας όπου δεν υπάρχει πλευρική αντίσταση στην κίνηση κύλισης και συνήθως λαμβάνει χώρα εκτροχιασμός αναρρίχησης φλάντζας . Στο διάγραμμα 5 η γωνία επαφής της φλάντζας είναι αρκετά απότομη και η αναρρίχηση της φλάντζας είναι απίθανη. Ωστόσο, εάν η κεφαλή της ράγας είναι φθαρμένη στο πλάι (πλάγια κοπή) ή η φλάντζα έχει φθαρεί, όπως φαίνεται στο Διάγραμμα 6 η γωνία επαφής είναι πολύ πιο επίπεδη και η αναρρίχηση της φλάντζας είναι πιο πιθανή.

Μόλις η φλάντζα του τροχού σκαρφαλώσει εντελώς στην κεφαλή της ράγας, δεν υπάρχει πλευρική συγκράτηση και το σετ τροχών είναι πιθανό να ακολουθεί τη γωνία εκτροπής, με αποτέλεσμα ο τροχός να πέσει έξω από τη ράγα. Ένας λόγος L/V μεγαλύτερος από 0,6 θεωρείται επικίνδυνος.

Τονίζεται ότι αυτή είναι μια πολύ απλουστευμένη περιγραφή της φυσικής. Οι παράγοντες που περιπλέκουν είναι ο ερπυσμός, τα πραγματικά προφίλ τροχών και σιδηροτροχιών, τα δυναμικά φαινόμενα, η ακαμψία της διαμήκους συγκράτησης στους άξονες και η πλευρική συνιστώσα των διαμήκων δυνάμεων (έλξης και πέδησης).

Επανατοποθέτηση στις σιδηροτροχιές

Μετά τον εκτροχιασμό, είναι φυσικά απαραίτητο να επανέλθει το όχημα στη γραμμή. Εάν δεν υπάρχει σημαντική ζημιά στη γραμμή, αυτό μπορεί να είναι το μόνο που χρειάζεται. Ωστόσο, όταν τα τρένα σε κανονική λειτουργία εκτροχιάζονται με ταχύτητα, ένα σημαντικό μήκος της γραμμής μπορεί να υποστεί ζημιΆ ή να καταστραφεί. πολύ χειρότερη δευτερεύουσα ζημιά μπορεί να προκληθεί εάν υφίσταται και γέφυρα.

Με απλούς εκτροχιασμούς βαγονιών όπου η τελική θέση είναι κοντά στη σωστή θέση τροχιάς, είναι συνήθως δυνατό να επανέλθουν τα εκτροχιασμένα σετ τροχών πίσω στη γραμμή χρησιμοποιώντας ράμπες. Αυτά είναι μεταλλικά μπλοκ που έχουν σχεδιαστεί για να εφαρμόζουν πάνω από τις σιδηροτροχιές και να παρέχουν ανοδική διαδρομή επαναφοράς στη γραμμή. Μια μηχανή έλξης χρησιμοποιείται συνήθως για να τραβήξει το βαγόνι. Ένα τεράστιο μειονέκτημα του να γίνει αυτό είναι ότι οι ράμπες μπορούν να βλάψουν σοβαρά την υποδομή, εξαιτίας της οποίας αυτή η διαδικασία ενδέχεται να μην χρησιμοποιείται σε πολλές χώρες.

Εάν το εκτροχιασμένο όχημα βρίσκεται πιο μακριά από τη γραμμή ή η διαμόρφωσή του (όπως υψηλό κέντρο βάρους ή πολύ κοντό μεταξόνιο) καθιστά αδύνατη τη χρήση ράμπων, μπορούν να χρησιμοποιηθούν γρύλοι. Στην πιο ακατέργαστη μορφή του, η διαδικασία περιλαμβάνει την ανύψωση του πλαισίου του οχήματος και στη συνέχεια την αφαίρεση του, ώστε να πέσει από τον γρύλο προς τη γραμμή. Αυτό μπορεί να χρειαστεί να επαναληφθεί.

Μια πιο περίπλοκη διαδικασία Όταν απαιτούνται πιο περίπλοκες εργασίες επαναφοράς κιγκλιδώματος, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφοροι συνδυασμοί συστημάτων καλωδίων και τροχαλιών ή η χρήση ενός ή περισσότερων γερανών σιδηροτροχιάς για την ανύψωση μιας ατμομηχανής.   Σε ειδικές περιπτώσεις χρησιμοποιούνται γερανοί δρόμου, καθώς έχουν μεγαλύτερη ανυψωτική ικανότητα και ικανότητα πρόσβασης, εάν είναι εφικτή η οδική πρόσβαση στον χώρο.περιλαμβάνει μια ελεγχόμενη διαδικασία χρησιμοποιώντας επιπλέον γρύλους περιστροφής. Αυτός ο συνδυασμός ανύψωσης και ολίσθησης ονομάζεται "υδραυλικό σύστημα επαναφοράς στη γραμμή." Ένα σύστημα που αποτελείται από υδραυλικούς γρύλους ανύψωσης υψηλής πίεσης (που χρησιμοποιούνται για την ανύψωση της αμαξοστοιχίας), ώστε να μπορεί να τοποθετηθεί ένα συρόμενο σύστημα κάτω από το όχημα. Το συρόμενο σύστημα αποτελείται από μια δοκό (ονομάζεται επίσης γέφυρα) με έλκηθρα ή φέροντα τα οποία μετακινούνται πλευρικά με έναν οριζόντια τοποθετημένο υδραυλικό γρύλο υψηλής πίεσης για να ωθήσει το όχημα πίσω πάνω από την τροχιά. Μετά από αυτό κατεβαίνει ξανά στη γραμμή.

Οι φωτογραφίες των πρώιμων ατμομηχανών υποδεικνύουν συχνά έναν ή περισσότερους γρύλους που φέρονται στο πλαίσιο της ατμομηχανής για το σκοπό, που θεωρείται ότι είναι συχνό φαινόμενο.

Όταν απαιτούνται πιο περίπλοκες εργασίες επαναφοράς, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφοροι συνδυασμοί συστημάτων καλωδίων και τροχαλιών ή η χρήση ενός ή περισσότερων γερανών σιδηροτροχιάς για την ανύψωση μιας ατμομηχανής. Σε ειδικές περιπτώσεις χρησιμοποιούνται γερανοί δρόμου, καθώς έχουν μεγαλύτερη ανυψωτική ικανότητα και ικανότητα πρόσβασης, εάν είναι εφικτή η οδική πρόσβαση στον χώρο.

Σε ακραίες περιπτώσεις, ένα εκτροχιασμένο όχημα σε μια άβολη τοποθεσία μπορεί να διαλυθεί και να κοπεί επί τόπου ή απλά να εγκαταλειφθεί ως μη διασώσιμο.

Παραδείγματα

Πρωτογενής μηχανική βλάβη εξαρτήματος γραμμής

Στο σιδηροδρομικό δυστύχημα του Χάτφιλντ στην Αγγλία το 2000, στο οποίο σκοτώθηκαν τέσσερα άτομα, η κόπωση από την επαφή κύλισης είχε ως αποτέλεσμα ρωγμές στη γωνία πολλαπλών περιτύπων στην επιφάνεια. Στη συνέχεια βρέθηκαν 300 τέτοιες ρωγμές στην τοποθεσία. Η σιδηροτροχιά έσπασε κάτω από επιβατική αμαξοστοιχία υψηλής ταχύτητας, η οποία εκτροχιάστηκε.

Στην προηγούμενη σιδηροδρομική συντριβή στο Χίδερ Γκριν, ένα τριγωνικό τμήμα σιδηροτροχιάς σε μια άρθρωση μετατοπίστηκε και έμεινε στην άρθρωση. Εκτροχιάστηκε επιβατικό τρένο και 49 άνθρωποι έχασαν τη ζωή τους. Η κακή συντήρηση σε ένα τμήμα της διαδρομής που έχει έντονη χρήση ήταν η αιτία.

Πρωτογενής μηχανική βλάβη ενός εξαρτήματος του μηχανισμού κίνησης οχήματος

Στον εκτροχιασμό στο Εσχέντε στη Γερμανία, ένα επιβατικό τρένο υψηλής ταχύτητας εκτροχιάστηκε το 1998, σκοτώνοντας 101 άτομα. Η κύρια αιτία ήταν το κάταγμα από μεταλλική κόπωση ελαστικού τροχού. Το τρένο απέτυχε να διασχίσει δύο σετ σημείων και χτύπησε στον προβλήτα μιας υπεργέφυρας. Ήταν το πιο σοβαρό σιδηροδρομικό ατύχημα στη Γερμανία, και επίσης το πιο σοβαρό σε οποιαδήποτε μεγάλης ταχύτητας (πάνω από 200 χ.α.ώ.) γραμμή. Η εξέταση με υπερήχους απέτυχε να αποκαλύψει την αρχική ρωγμή.

Δυναμικά εφέ αλληλεπίδρασης οχήματος - γραμμής

Το 1967 στο Ηνωμένο Βασίλειο σημειώθηκαν τέσσερις εκτροχιασμοί λόγω λυγισμού συνεχούς συγκολλημένης γραμμής ("CWR"): στο Λίχφιλντ στις 10 Ιουνίου, ένα άδειο τρένο "carfla"t ( με επίπεδα βαγόνια για τη μεταφορά αυτοκινήτων). Στις 13 Ιουνίου ένα επιβατικό τρένο εξπρές εκτροχιάστηκε στο Σόμερτον. Στις 15 Ιουλίου, ένα τρένο εμπορευματοκιβωτίων εκτροχιάστηκε στο Λάμινγκτον και στις 23 Ιουλίου ένα επιβατικό τρένο εξπρές εκτροχιάστηκε στο Σάντυ. Η επίσημη έκθεση δεν ήταν εντελώς οριστική ως προς τα αίτια, αλλά παρατήρησε ότι το ετήσιο σύνολο των παραμορφώσεων λυγισμού ήταν 48 το 1969, με μονοψήφια στοιχεία κάθε προηγούμενο έτος, και ότι οι στρεβλώσεις (σχετιζόμενες με τη θερμότητα) ανά 1.000 μίλια ετησίως ήταν 10,42 για το CWR και 2,98 για την κοινή γραμμή το 1969, έχοντας το μέγιστο 1,78 και 1,21 τα προηγούμενα δέκα χρόνια. Το 90% των παραμορφώσεων θα μπορούσαν να αποδοθούν σε ένα από τα ακόλουθα:

μη συμμόρφωση με τις οδηγίες για την τοποθέτηση ή τη συντήρηση τροχιάς CWR

πρόσφατη παρέμβαση στην εδραίωση του έρματος

η επίδραση των ασυνεχειών στην τροχιά CWR όπως σημεία κ.λπ.

εξωγενείς παράγοντες όπως η καθίζηση σχηματισμού.

 Λανθασμένη λειτουργία συστημάτων ελέγχου

Στο σιδηροδρομικό δυστύχημα του Κόννινγκτον Σάουθ στις 5 Μαρτίου 1967 στην Αγγλία, ένας σηματωρός μετακίνησε τα σημεία αμέσως μπροστά από ένα τρένο που πλησίαζε. Η μηχανική σηματοδότηση ίσχυε στην τοποθεσία και πιστεύεται ότι αντικατέστησε εσφαλμένα το σήμα που προστατεύει τα σημεία σε κίνδυνο ακριβώς τη στιγμή που η μηχανή τα προσπέρασε. Αυτό απελευθέρωσε το κλείδωμα στα σημεία και τα κίνησε για να οδηγήσουν σε μια γραμμή βρόχου με περιορισμό χαμηλής ταχύτητας. Το τρένο, που ταξίδευε με 120 χ.α.ώ., δεν μπόρεσε να διέλθει από τα σημεία σε αυτή τη θέση και πέντε άτομα σκοτώθηκαν.

Δευτερεύοντα συμβάντα μετά από σύγκρουση

Ένα επιβατικό τρένο εκτροχιάστηκε στο σιδηροδρομικό δυστύχημα του Πόλμοντ στο Ηνωμένο Βασίλειο το 1984 όταν χτύπησε μια αγελάδα με ταχύτητα. Η διάταξη του τρένου είχε την ατμομηχανή στο πίσω μέρος (να προωθεί) με ένα ελαφρύ όχημα οδήγησης-ρυμουλκούμενου να οδηγεί. Η αγελάδα είχε περάσει στη γραμμή από παρακείμενη γεωργική γη, λόγω ελλιπούς περίφραξης. 13 άνθρωποι έχασαν τη ζωή τους στον εκτροχιασμό που προέκυψε.  Ωστόσο, αυτό πιστεύεται ότι ήταν το πρώτο περιστατικό από αυτήν την αιτία (στο Ηνωμένο Βασίλειο) από το 1948. However this was thought to be the first occurrence from this cause (in the UK) since 1948.

Αποτελέσματα χειρισμού αμαξοστοιχίας

Το σιδηροδρομικό δυστύχημα του Σόλσμπερι έλαβε χώρα την 1η Ιουλίου 1906. ένα ειδικό τρένο με βάρκα μόνο πρώτης θέσης από το Στόουνχαουζπουλ, Πλίμουθ, Αγγλία, διέσχιζε τον σταθμό του Σόλσμπερι με περίπου 100χ.α.ώ. Υπήρχε μια απότομη καμπύλη δέκα αλυσίδων (660 πόδια, 200 m) ακτίνα και περιορισμός ταχύτητας στα 48 km/h. Η ατμομηχανή ανατράπηκε εξ ολοκλήρουω και προσέκρουσε σε βαγόνια τρένου [πυ μετέφερε γάλα στην παρακείμενη γραμμή. Σκοτώθηκαν 28 άνθρωποι. Ο μηχανοδηγός ήταν νηφάλιος και κανονικά αξιόπιστος, αλλά δεν είχε οδηγήσει προηγουμένως τρένο χωρίς στάση μέσω του Σόλσμπερι.

Υπήρξαν αρκετοί άλλοι εκτροχιασμοί στο Ηνωμένο Βασίλειο λόγω των τρένων που εισέρχονταν σε τμήματα γραμμής περιορισμένης ταχύτητας με υπερβολική ταχύτητα. Οι αιτίες ήταν γενικά η απροσεξία του μηχανοδηγού λόγω αλκοόλ, κούρασης ή άλλων αιτιών. Σημαντικές περιπτώσεις ήταν το σιδηροδρομικό δυστύχημα του Νανίτον το 1975 (προσωρινός περιορισμός ταχύτητας σε ισχύ λόγω της εργασιών στη γραμμή, ο φωτισμός προειδοποιητικής πινακίδας απέτυχε),  το ατύχημα στο Μόρπεθ το 1984 (το τρένο της ταχείας με βαγκόν-λι έτρεχε με 80 km/h σε περιορισμένης ταχύτητας απότομη καμπύλη με πλήρη ταχύτητα. Ωστόσο, δεν σημαιώθηκε κανένας θάνατος, λόγω της βελτιωμένης ικανότητας πρόσκρουσης των οχημάτων.

Παραπομπές

Σιδηροδρομικά ατυχήματα και δυστυχήματα