12 Aralık 2011 Pazartesi
Ray Profil Tipleri
S 49 Ray Profili
UIC 60 Ray Profili
Ri 59-60 Ray Profili
S 54 Ray Profili
Rayın Cinsi Taban Genişliği Yüksekliği Mantar Genişliği Gövde Kalınlığı
60.000 Kg/m. 150 mm. 172 mm. 72 mm. 16.5 mm.
49.050 Kğ./m. 125 mm. 148 mm. 67 mm. 14 mm.
49.430 Kğ./m 125 mm. 149 mm. 67 mm. 14 mm.
46.303 Kğ./m 134 mm. 145 mm. 64 mm. 15 mm.
39.520 Kğ./m. 120 mm. 138 mm. 62 mm. 12 mm.
Karşılaştırmalı Ray Tipleri
60.000 Kg/m. 150 mm. 172 mm. 72 mm. 16.5 mm.
49.050 Kğ./m. 125 mm. 148 mm. 67 mm. 14 mm.
49.430 Kğ./m 125 mm. 149 mm. 67 mm. 14 mm.
46.303 Kğ./m 134 mm. 145 mm. 64 mm. 15 mm.
39.520 Kğ./m. 120 mm. 138 mm. 62 mm. 12 mm.
Karşılaştırmalı Ray Tipleri
2.RAY BAĞLANTILARI
2.1. Bağlantı Malzemelerinin Tanımı ve Görevleri
2.1.1. Bağlantı Malzemelerinin Tanımı
Rayları, raylara ve traverslere bağlayarak stabilitesi yüksek bir çerçeve oluşturan, raylar ve ray ile travers arasında kuvvet aktarımını sağlayan, rayların şekil ve yer değiştirmelerini önleyen, üstyapıya gelen etkileri elastik şekil değiştirmelerle azaltan, cebire, krapo, ergo, bulon, tirfon ve selet gibi malzemelere bağlantı malzemeleri denir.
2.1.2. Bağlantı Malzemelerinin Görevleri
Stabilitesi yüksek bir çerçeve oluşumunu sağlamak
Raylardan etkiyen yatay ve düşey kuvvetleri azaltarak raya ve traverse aktarmak
Ekartmanın korunmasını sağlamak
Rayların şekil değiştirmesini önlemek
2.2. Bağlantı Malzemelerinde Aranılacak Özellikler
Basınca, burulmaya ve devrilmeye karşı mukavemetli olmalı, sağlam yanal ve düşey tutuş sağlamalı
Rayla travers arasında sürekli bir elastiki bağlantı sağlamalı, böylece yükün sürekli ve milyonlarca kez etki eden bir ulaşım yükünün zarar görmeden taşınmasını mümkün kılmalı
Birbiriyle karıştırılması olanaksız ve mümkün olduğu kadar az tekil parçadan oluşmalı ve montajı ile sökülmesi gerek elle gerekse makine ile kolayca yapılabilmeli
Traverslere ön montajı mümkün olmalı
Laçkalaşmayan ve aşınmayan (dişsiz) yapıya sahip olmalı
Traversi zayıflatan dübel, vida ve vidalı cıvata için az delik gerektirmeli
Uzun ömürlü olmalı
2.3. Bağlantı Malzemelerinin Sınıflandırılması
2.3.1. Rijit Bağlantılar
Başlangıcından itibaren raylı sistemlerde özellikle de ray-travers bağlantılarında rijit sistemler kullanılmıştır. Ahşap traverslere rayların doğrudan bağlanması, demir travers bağlantısı ile "N" tipi rijit bağlantı sistemleridir. Ancak üstyapı elastikiyeti dolayısıyla her dingil geçişte yatay ve düşey deplasmanlar yapmaktadır. Buna karşılık rijit bağlantılar bu deplasmanlara uyum sağlayamamaktadır. Bu nedenle klasik bağlantı sistemlerinin hepsi zamanla laçkalaşmakta ve önemli bakım ve onarım sorunları çıkarmaktadır.
2.3.2. Esnek Bağlantılar
Bu sorunların önüne geçebilmek amacıyla üstyapının elastikiyeti ile uyumlu bağlantı sistemleri gerçekleştirilmiştir. İlk önceleri yaylı tek katlı, çift katlı üç katlı rondelalı sistemler ile "tek elastikiyet" gerçekleştirilmiştir. Zaman içerisinde ise çelik seletlerin üzerinde önce ahşap sonraları plastik seletler kullanılmış olup sonucunda çelik seletlerin yerine kullanılabilecek plastik seletler üretilmiştir.
Çifte elastik bağlantı sistemleri elastik bağlantıların en başarılı olanıdır. Bu bağlantılar ray pateni altına konulan kauçuk sömel ve magnezyumlu çelikten yapılmış esnek iki katlı krapolar ile karakterize edilebilir.
"HM" bağlantıda olduğu gibi kauçuk sömeller raydan gelen bütün titreşimleri emdikleri için özellikle betonarme traverste çok başarılı olmuştur. Ayrıca bu bağlantı sisteminde "rayların şöminmanı" olayı da önlenmekte veya en aza indirilmektedir.
Elastik açıdan birbiri ile uyumlu olan bağlantı malzemeleri ve plastik seletler kullanılmalıdır.
2.4. Rayı-Raya Bağlayan Malzemeler
Rayları iki ucundan birbirlerine bağlamak için kullanılan demir çubuklara cebire
denir.
Cebireler, yumuşak çelikten, haddeden geçirilmek suretiyle yapılır. Yol içinde ve dışında kalan kısımları, aynı veya farklı şekilde olabilir. Delik sayısı, ray başlarındaki delik sayısına göre 4 veya 6 olur.
2.4.2 İzoleli Cebire
Sinyalli bölgelerde veya ray devrelerinin ayrıldığı otomatik kumandalı hat kesimlerindeki hemzemin geçitlerde oluşturulan izole contalarda kullanılan cebiredir. Bu cebireler ray ile temas etmemesi için plastik malzeme ile izole edilmiştir.
Baş, gövde ve somundan ibarettir. Bulon somunları yol kontrolünde, kolaylıkla görülebilmesi için yolun iç kısmına gelecek şekilde bağlanarak kullanılır.
2.4.4. Rondela
Hem ray ile rayın bağlantılarında hem de rayla traversin bağlantısında kullanılır. Tek katlı, çift katlı, üç katlı tipleri vardır. Cebire ile cebire bulonu somunu arasına konulur. Bağlantının sürekli gergin ve sıkı olmasını sağlar. Aşağıda 3 tip rondela resmi görülmektedir.
2.5.1. Demir Travers bağlantısı
Ergo, krapo, travers blonu ve rondeladan oluşan rijit bir bağlantı sistemidir. İsminden de anlaşılacağı üzere sadece demir traverslerde ergolu ve krapolu bağlantısı olan bir sistemdir. Karşılıklı iki ray arasında elektrik akımını geçirdiğinden sinyalizasyonlu ve ray devreli hatlarda kullanılmamaktadır. Ayrıca bakım maliyeti yüksek, yüksek hıza müsait olmayıp, konforsuz seyahat imkanı sağlayan bir sistemdir. Özellikle plastik selet kullanılmadığından rayların vuruntu olan kesimlerinde ray, travers ve bağlantı malzemelerinin kırılmalarına
Çelik selet, blon-tirfon, krapo, rondela, plastik seletden oluşan rijit bir bağlantıdır. Ahşap, beton, plastik traverslerde ve traverssiz beton bağlantılarda kullanılabilen bir bağlantı sistemidir. Tirfonla travers blonu bir bütün olup diğer malzemeler K tipi bağlantının aynısıdır. Trenlerin normalin üzerinde hız yaptığı yerlerde bu tirfonlar merkezkaç kuvvetini karşılayamadığından sık sık kırılmakta veya tirfon yatakları laçkalaştığından traversler kullanılamaz duruma gelmektedir. Bu olumsuzluklar yoldaki malzeme ve bakım masraflarını artırdığından ve esnek bir bağlantı sistemi olmadığından bu bağlantı sistemi tercih edilmemektedir.
2.5.3. "N" Tipi Bağlantı
Çelik selet, tirfon, krapo, krapo bulonu, çift katlı rondela, plastik seletten oluşur. Elastik bir bağlantı olup, ahşap, beton, plastik traverslerde ve traverssiz beton bağlantılarda kullanılabilen bir bağlantı sistemidir. Beton traverslerde bir selette sadece iki tirfonla bağlantı yapılır. Bu bağlantıda yatay kurplardaki merkezkaç kuvvetini bu iki tirfon karşılamaktadır. Blon-tirfon" tipi bağlantı sistemindeki olumsuzluklar bu sistem için de geçerlidir. Sadece konvansiyonel (hızın 200 km/s'den düşük olduğu hatlar) hatlarda bulunan ahşap traversli makaslarda hız düşük olduğunda kullanımı devam etmektedir.
"K" tipi ve blon-tirfon tipi bağlantılar rondela, ray altı ve selet altı plastik seletleri ile yumuşatılarak elastik bağlantı haline getirilmiştir. Bu bağlantılarda plastik seletler kullanılmazsa rijit bağlantı durumuna geçerler.
Gergi kıskacı, açı kılavuzu, ara plastik selet, tirfon ve besleme rondelasından oluşan, sadece beton traverslerde kullanılan, tek elastik sistemdir. Diğer sistemlerdeki olumsuzlukların tamamı bu sistemde giderilmiştir. Kurplardaki merkezkaç kuvvetleri beton traverslerin inşası esnasında oluşturulan omuzlar vasıtasıyla karşılandığından malzeme kırılmaları ve laçkalıkları görülmemektedir. Merkezkaç kuvvetinin oluşturduğu 10-12 tonluk fazla yükte, malzemenin yatay ve düşey eksendeki, elastikiyetinden kaynaklanan 10 mm'lik yol açıklığı oluşmakta, daha büyük kuvvetlerde ise yol açıklığı sabit kalmakta daha fazla açıklık oluşturmamaktadır. Bu sistemde tirfonlar tirfonöz motoru ile tork ayarına uygun olarak sıkıldığı takdirde traverslerin ömrü uzun ve bakım masrafları az olmaktadır.
Bağlantı malzemeleri ne kadar fazla elastik olursa traverslerdeki yük dağılımı dengesizliği doğru orantılı olarak ortadan kalkar. Elastik olmayan bir yolda yükleri iki veya üç travers karşılarken, yoldaki elastik arttıkça yola gelen yükleri karşılayan travers sayısı da artar. Mevcut yük daha geniş alana yayıldığı için altyapı ve üstyapı elamanları daha uzun ömürlü olur.
Doğru yollarda her iki tekerleğin yuvarlanma mesafeleri aynıdır.
Ancak kurplarda iç ray dizisi dış ray dizisine nazaran daha kısa olduğundan, dış rayda yol alan tekerleğin iç raydaki tekerleğe nazaran daha uzun bir mesafeyi kat etmesi gerekmektedir.
Bunu temin için tekerlek bandajları konik şekilde imal edilmiştir.
Kurplarda merkezkaç kuvveti etkisiyle dış ray dizisindeki tekerleğin yuvarlanma yüzündeki koniklik sebebiyle konik kısmın büyük çapı üzerinde, iç ray dizisindeki tekerlek konik kısmın küçük çapı üzerinde dönmek sureti ile bu olumsuzluk giderilmeye çalışılmıştır.
Bandajların konik, rayların düşey durumda olması halinde tekerlek rayla çizgi teması yapacağından ray üzerinde büyük basınçlar oluşur.
Tekerlek ray ilişkisini düzeltmek için, raylar yol içerisine doğru 1/40 eğimli olarak döşenmektedir.
Ayrıca verilen eğimle rayların yanal kuvvetler nedeniyle devrilmeleri de güçleştirilmiş olur.
Bu eğimlerin verilme usulleri şu şekildedir:
Demir traversli yollarda: Seletsiz tiplerde 1/20 eğim travers üst yüzeyine imalat esnasında verilmiştir. Seletli tiplerde ise travers üst yüzeyi düz olup, seletlerin üst yüzeyine verilen eğimle verilmiştir.
Ahşap traversli yollarda: Ray tabanına gelen kısmın önceden 1/20 eğimde yontularak sabotesi ile veya seletli tip ve "K" tipi bağlantılarda (selet eğimli olduğundan) seletin üst yüzeyi ile verilmiştir.
Beton traversli yollarda: Teker eğimleri 1/20 iken, Avrupa'da ve UICD'ye bağlı ülkelerde 1/50 eğimli teker kullanılmaya başlandığından, kuruluşumuzda da yaklaşık 80'li yıllardan beri 1/50 eğimli teker alınmaya başlanmıştır. Bu nedenle beton traversler 1/40 eğimli olarak imal edilmektedir. Bu eğim düz selet kullanılarak imalat esnasında beton travers üst yüzeyine verilir. Beton traversli yollardaki contalarda ahşap travers kullanıldığında travers üzerine 1/40 eğim verilmelidir
KAYNAK :
Demiryolu Üstyapı Tekniği- Osman Berke
Üstyapı bilgisi ve Tekniği- İlhan Kaçer
Üstyapı ve Demiryolu tekniği-Feridun Kumbasar
2.1.1. Bağlantı Malzemelerinin Tanımı
Rayları, raylara ve traverslere bağlayarak stabilitesi yüksek bir çerçeve oluşturan, raylar ve ray ile travers arasında kuvvet aktarımını sağlayan, rayların şekil ve yer değiştirmelerini önleyen, üstyapıya gelen etkileri elastik şekil değiştirmelerle azaltan, cebire, krapo, ergo, bulon, tirfon ve selet gibi malzemelere bağlantı malzemeleri denir.
2.1.2. Bağlantı Malzemelerinin Görevleri
Stabilitesi yüksek bir çerçeve oluşumunu sağlamak
Raylardan etkiyen yatay ve düşey kuvvetleri azaltarak raya ve traverse aktarmak
Ekartmanın korunmasını sağlamak
Rayların şekil değiştirmesini önlemek
2.2. Bağlantı Malzemelerinde Aranılacak Özellikler
Basınca, burulmaya ve devrilmeye karşı mukavemetli olmalı, sağlam yanal ve düşey tutuş sağlamalı
Rayla travers arasında sürekli bir elastiki bağlantı sağlamalı, böylece yükün sürekli ve milyonlarca kez etki eden bir ulaşım yükünün zarar görmeden taşınmasını mümkün kılmalı
Birbiriyle karıştırılması olanaksız ve mümkün olduğu kadar az tekil parçadan oluşmalı ve montajı ile sökülmesi gerek elle gerekse makine ile kolayca yapılabilmeli
Traverslere ön montajı mümkün olmalı
Laçkalaşmayan ve aşınmayan (dişsiz) yapıya sahip olmalı
Traversi zayıflatan dübel, vida ve vidalı cıvata için az delik gerektirmeli
Uzun ömürlü olmalı
2.3. Bağlantı Malzemelerinin Sınıflandırılması
2.3.1. Rijit Bağlantılar
Başlangıcından itibaren raylı sistemlerde özellikle de ray-travers bağlantılarında rijit sistemler kullanılmıştır. Ahşap traverslere rayların doğrudan bağlanması, demir travers bağlantısı ile "N" tipi rijit bağlantı sistemleridir. Ancak üstyapı elastikiyeti dolayısıyla her dingil geçişte yatay ve düşey deplasmanlar yapmaktadır. Buna karşılık rijit bağlantılar bu deplasmanlara uyum sağlayamamaktadır. Bu nedenle klasik bağlantı sistemlerinin hepsi zamanla laçkalaşmakta ve önemli bakım ve onarım sorunları çıkarmaktadır.
2.3.2. Esnek Bağlantılar
Bu sorunların önüne geçebilmek amacıyla üstyapının elastikiyeti ile uyumlu bağlantı sistemleri gerçekleştirilmiştir. İlk önceleri yaylı tek katlı, çift katlı üç katlı rondelalı sistemler ile "tek elastikiyet" gerçekleştirilmiştir. Zaman içerisinde ise çelik seletlerin üzerinde önce ahşap sonraları plastik seletler kullanılmış olup sonucunda çelik seletlerin yerine kullanılabilecek plastik seletler üretilmiştir.
Çifte elastik bağlantı sistemleri elastik bağlantıların en başarılı olanıdır. Bu bağlantılar ray pateni altına konulan kauçuk sömel ve magnezyumlu çelikten yapılmış esnek iki katlı krapolar ile karakterize edilebilir.
"HM" bağlantıda olduğu gibi kauçuk sömeller raydan gelen bütün titreşimleri emdikleri için özellikle betonarme traverste çok başarılı olmuştur. Ayrıca bu bağlantı sisteminde "rayların şöminmanı" olayı da önlenmekte veya en aza indirilmektedir.
Elastik açıdan birbiri ile uyumlu olan bağlantı malzemeleri ve plastik seletler kullanılmalıdır.
2.4. Rayı-Raya Bağlayan Malzemeler
2.4.1. Cebire
Rayları iki ucundan birbirlerine bağlamak için kullanılan demir çubuklara cebire
denir.
Cebireler, yumuşak çelikten, haddeden geçirilmek suretiyle yapılır. Yol içinde ve dışında kalan kısımları, aynı veya farklı şekilde olabilir. Delik sayısı, ray başlarındaki delik sayısına göre 4 veya 6 olur.
CEBİRE BLONU Şekil 2.1: Cebire ve blonu
2.4.2 İzoleli Cebire
Sinyalli bölgelerde veya ray devrelerinin ayrıldığı otomatik kumandalı hat kesimlerindeki hemzemin geçitlerde oluşturulan izole contalarda kullanılan cebiredir. Bu cebireler ray ile temas etmemesi için plastik malzeme ile izole edilmiştir.
Resim 2.2: İzoleli cebire
2.4.3. Cebire Bulonu
Baş, gövde ve somundan ibarettir. Bulon somunları yol kontrolünde, kolaylıkla görülebilmesi için yolun iç kısmına gelecek şekilde bağlanarak kullanılır.
2.4.4. Rondela
Bağlantılarına göre:
2.5.1. Demir Travers bağlantısı
Ergo, krapo, travers blonu ve rondeladan oluşan rijit bir bağlantı sistemidir. İsminden de anlaşılacağı üzere sadece demir traverslerde ergolu ve krapolu bağlantısı olan bir sistemdir. Karşılıklı iki ray arasında elektrik akımını geçirdiğinden sinyalizasyonlu ve ray devreli hatlarda kullanılmamaktadır. Ayrıca bakım maliyeti yüksek, yüksek hıza müsait olmayıp, konforsuz seyahat imkanı sağlayan bir sistemdir. Özellikle plastik selet kullanılmadığından rayların vuruntu olan kesimlerinde ray, travers ve bağlantı malzemelerinin kırılmalarına
2.5.2. Blon-Tirfon" Tipi Bağlantı
Çelik selet, blon-tirfon, krapo, rondela, plastik seletden oluşan rijit bir bağlantıdır. Ahşap, beton, plastik traverslerde ve traverssiz beton bağlantılarda kullanılabilen bir bağlantı sistemidir. Tirfonla travers blonu bir bütün olup diğer malzemeler K tipi bağlantının aynısıdır. Trenlerin normalin üzerinde hız yaptığı yerlerde bu tirfonlar merkezkaç kuvvetini karşılayamadığından sık sık kırılmakta veya tirfon yatakları laçkalaştığından traversler kullanılamaz duruma gelmektedir. Bu olumsuzluklar yoldaki malzeme ve bakım masraflarını artırdığından ve esnek bir bağlantı sistemi olmadığından bu bağlantı sistemi tercih edilmemektedir.
2.5.3. "N" Tipi Bağlantı
Çelik selet, tirfondan oluşan rijit bir bağlantıdır. Özellikle plastik selet kullanılmadığından rayların vuruntu olan kesimlerinde ray, travers ve bağlantı malzemelerinin kırılmalarına neden olmaktadır. Sadece ahşap traverslerde kullanılır. Tirfon delikleri laçkalaştığında traverslerde ayrıca delik açılması zorunluluğu getirmektedir. Bu durum traverslerin ömrünü kısalttığı gibi bakım masraflarını da arttırdığından trafiğin yoğun olduğu hatlarda kullanılmamaktadır.
2.5.4. "K" Ttipi Bağlantı
"K" tipi ve blon-tirfon tipi bağlantılar rondela, ray altı ve selet altı plastik seletleri ile yumuşatılarak elastik bağlantı haline getirilmiştir. Bu bağlantılarda plastik seletler kullanılmazsa rijit bağlantı durumuna geçerler.
2.5.5. "HM" tipi bağlantı
Bağlantı malzemeleri ne kadar fazla elastik olursa traverslerdeki yük dağılımı dengesizliği doğru orantılı olarak ortadan kalkar. Elastik olmayan bir yolda yükleri iki veya üç travers karşılarken, yoldaki elastik arttıkça yola gelen yükleri karşılayan travers sayısı da artar. Mevcut yük daha geniş alana yayıldığı için altyapı ve üstyapı elamanları daha uzun ömürlü olur.
"HM" bağlantıların tirfonları tirfonez motoru ile ve 200 Knivtonluk (20 kg'a tekabül eder.) basınçla sıkılmalıdır. Sıkım esnasında gergi kıskacının altı ile açı klavuzu arasında 0,5 mm'lik boşluk kalmalıdır. Belirtilen basınçla sıkım yapıldığında bu boşluk kalır.
2.6. Raylara Traverslerle Eğim Verilmesi
Doğru yollarda her iki tekerleğin yuvarlanma mesafeleri aynıdır.
Ancak kurplarda iç ray dizisi dış ray dizisine nazaran daha kısa olduğundan, dış rayda yol alan tekerleğin iç raydaki tekerleğe nazaran daha uzun bir mesafeyi kat etmesi gerekmektedir.
Bunu temin için tekerlek bandajları konik şekilde imal edilmiştir.
Kurplarda merkezkaç kuvveti etkisiyle dış ray dizisindeki tekerleğin yuvarlanma yüzündeki koniklik sebebiyle konik kısmın büyük çapı üzerinde, iç ray dizisindeki tekerlek konik kısmın küçük çapı üzerinde dönmek sureti ile bu olumsuzluk giderilmeye çalışılmıştır.
Bandajların konik, rayların düşey durumda olması halinde tekerlek rayla çizgi teması yapacağından ray üzerinde büyük basınçlar oluşur.
Tekerlek ray ilişkisini düzeltmek için, raylar yol içerisine doğru 1/40 eğimli olarak döşenmektedir.
Ayrıca verilen eğimle rayların yanal kuvvetler nedeniyle devrilmeleri de güçleştirilmiş olur.
Bu eğimlerin verilme usulleri şu şekildedir:
Makaslarda: Makaslarda eğim verilmez. Makaslara giriş ve çıkış contalarını takip eden komşu ilk çerçevede bağlı yol 1/20 eğimli ise 1/40 eğim verilerek ağızlık sağlanır. Şayet bağlı yol 1/40 eğimli ise ilk çerçevelerde eğim verilmez.
Demir traversli yollarda: Seletsiz tiplerde 1/20 eğim travers üst yüzeyine imalat esnasında verilmiştir. Seletli tiplerde ise travers üst yüzeyi düz olup, seletlerin üst yüzeyine verilen eğimle verilmiştir.
Ahşap traversli yollarda: Ray tabanına gelen kısmın önceden 1/20 eğimde yontularak sabotesi ile veya seletli tip ve "K" tipi bağlantılarda (selet eğimli olduğundan) seletin üst yüzeyi ile verilmiştir.
Beton traversli yollarda: Teker eğimleri 1/20 iken, Avrupa'da ve UICD'ye bağlı ülkelerde 1/50 eğimli teker kullanılmaya başlandığından, kuruluşumuzda da yaklaşık 80'li yıllardan beri 1/50 eğimli teker alınmaya başlanmıştır. Bu nedenle beton traversler 1/40 eğimli olarak imal edilmektedir. Bu eğim düz selet kullanılarak imalat esnasında beton travers üst yüzeyine verilir. Beton traversli yollardaki contalarda ahşap travers kullanıldığında travers üzerine 1/40 eğim verilmelidir
KAYNAK :
Demiryolu Üstyapı Tekniği- Osman Berke
Üstyapı bilgisi ve Tekniği- İlhan Kaçer
Üstyapı ve Demiryolu tekniği-Feridun Kumbasar
1. RAYLARIN TEŞKİLİ
1.1. Üstyapının Tanımı ve Görevleri
Demir yolunda; altyapı platformu üzerine oturan, üzerinde demir yolu taşıtlarının hareket etmesini sağlayan, taşıtlardan etki eden kuvvetleri platforma aktaran yapı kısmına "üstyapı" denir.
1.1.1. Üstyapının Görevleri
Raylı ulaştırma sistemlerinde üstyapı, yol ve taşıyıcı sistem olmak üzere iki büyük görev yapmaktadır.
Yol olarak, bir yandan taşıt tekerleklerine düzgün ve pürüzsüz bir yuvarlanma yüzeyi sunması diğer yandan taşıtların yanal yöndeki hareketlerini kısıtlayarak ve geometrisini bozmayarak kılavuzluk görevi yapmasıdır.
Taşıyıcı sistem olarak ise, tekerlekler tarafından iletilen düşey dinamik yükleri güvenlikle karşılayıp, kısmen azaltarak ve yayarak taban zemine iletmesi,taşıtların konforlu olarak seyirlerini sağlayan elastik bir yatak sunmasıdır.
Bu bilgiler ışığında üstyapının görevleri şunlardır:
Demir yolu taşıtlarının hareketini sağlayacak,sürtünmenin en aza indirildiği bir yuvarlanma yüzeyi sağlamak
Demir yolu taşıtlarından gelen yükleri platforma aktarmak
Demir yolu yatay ve düşey eksenlerini ve yol açıklığını korumak
1.2. Üstyapı Elemanlarında Aranılan Özellikler
Üstyapının kendisini etkileyen kuvvetlere dayanabilmesi için üstyapı elemanlarının sahip olması gereken özellikler şunlardır:
Ray kesitlerinin bu kuvvetleri karşılayacak şekilde seçilmesi gerekir.
Rayların birbirleriyle ve traverslerle bağlantıları yeterince rijit olmalıdır.
Traversler, etkisi altında kalacağı yüklere dayanacak kesitlere sahip olmalı ve yeterli bir sıklıkla yerleştirilmelidir.
Balast kohezyonu iyi olmalı, travers-ray çerçevesi yatay kuvvetlere dayanmalı ve yola gerekli esnekliği sağlamalıdır.
Yolun bakımı, yolun sürekli olarak belirli düzgünlükte korunmasını sağlamalıdır.
1.3. Üstyapının Esnekliği
Bir raylı sistem üstyapısı, her birinin kendine özgü esnekliği olan elemanlar zincirinden oluşmaktadır. Bu zincir; Platform-Balast-Travers-Selet-Ray şeklinde ifade edilebilir.
Üstyapı elemanlarına ilişkin esneklik kat sayıları aşağıda verilen düzeylerdedir.
Ray 5000-10000 t/mm
Gövdesi Ahşap 50-80 t/mm
Travers Beton 1200-1500 t/mm
Travers Balast (Gevşetilmiş) 10-30 t/mm
Gerçekte balast ve platform esnekliği üstyapı genel esnekliğini belirleyici
niteliktedir. Yolun genel esnekliği platform ve balast cinsine göre 1,50-10 t/mm
arasında değişir.Balast ve Donmuş Toprak : 8-10 t/mm
Kaya Platform : 2-8 t/mm
Killi Platform : 1.5-2 t/mm
Bataklık Platform : 0,5-1,5 t/mm
Sanat yapılarında elastiklik değeri 12-15 t/mm olup bunlardan geçilmesi sırasında önemli düşey esneklik farkları doğmaktadır.
Platform en küçük esneklik kat sayısına sahip olduğu için genellikle platform düzeyindeki basınç üstyapıdaki çökmeyi belirlemektedir. Platform düzeyindeki basınç, balast ve varsa temel alt tabakalarının kalınlıkları arttıkça artar. Hesap sonuçları, zemin cinsinin kötüleşmesi ölçüsünde balast kalınlığını arttırmanın yararını doğrulamaktadır. Ayrıca esneklik kat sayıları hız arttıkça büyümektedir. Çünkü hız artışıyla kuvvetlerin uygulama süreleri kısalmaktadır.
1.4. Üstyapının Bölümleri
Klasik anlamda ifade edilen bir demir yolunda;
Demir yolu taşıtlarının tekerlekleri "ray" adı verilen sürekli, iki sıra metalik çubuk üzerinde yuvarlanma hareketi yaparlar. Raylar da "travers" adı verilen ve rayların altında, onlara dik yönde, belirli aralıklarla yer alan sömellere oturtularak tespit edilmişlerdir. Böylece raylarla traversler çerçeveleri oluşturur. Traversler ise "balast" denen bir kırma taş tabakası içine üst yüzeylerine kadar gömülmüşlerdir. Balast tabakası altyapı platformu üzerine serilmiştir. Ayrıca gerek rayların birbirine bağlantısı ve gerekse rayların traverslere tespiti için "bağlantı malzemesi" adı verilen malzemeler bulunur.
Böylece üstyapıyı oluşturan elemanlar;
Raylar
Traversler
Balast
Bağlantı malzemeleri şeklinde gruplandırılabilir.
1.5. Rayların Tarihçesi
Demir yolu araçlarının tekerleklerine en az direnimi gösterecek bir yuvarlanma yüzeyi sağlayan ve tekerlekleri kılavuzlayan, ayrıca dingillerden aktarılan kuvvetleri traverslere aktaran dökme çelikten yapılmış üstyapı malzemesine ray denir.
İnsanların üretim sistemindeki fabrikasyon sistemini geliştirmeleri endüstri alanında ham madde ihtiyacının sağlanması aynı zamanda endüstrinin geliştiği kentlerin göç akımına uğraması nüfusun hızla artmasına yol açmış beraberinde kent içi ulaşımı büyük bir sorun oluşturmaya başlamış ve günümüzde mal ve hizmetlerin karşılığının altın ya da gümüş yerine kg/petrol ile ölçülmesi de enerjinin önemini ve iktisatlı kullanılmasını gündeme getirmiştir.
Kara yolu öyle duruma gelmiştir ki hem çevre sağlığı açısından hem de yolların çok geniş alanları kaplamasından ayrıca kapasitelerinin çok üstünde araç sayısının hemen aynı saatlerde kara yoluna çıkmaları çekilmez bir hayat tarzı oluşturmuş ve çözüm toplu taşıma araçlarına yönelmekte bulunulmuştur.
Raylı sistemlerde kullanılan raylar bir bilgi birikimi deneme yanılma yolu ile teknolojinin gelişmesine paralel olarak her geçen yıl daha iyiye gidilmektedir. Öyle ki artık dünyanın bir yerinde kullanılan raylar başka bir yerde kullanıldığında arızalara yol açacağı görülmüş iklim şartları ray ısısı ve benzeri teknik özellikler göz önünde bulundurulması gereken özellikler artık devreye girmiştir.
Rayı ve lokomotifi ilk kullanan Fransız Nicolas Cugnot 1769 yılında ilk denemesinde hüsrana uğrayınca 10 yıl tutuklanmıştır ancak bu buluşu İngiliz William Murdock buhar gücü kara yolu ulaşımında denemiştir . 1801 yılında ise Richard Trevichick buhar gücünü demir yolunda denemiş ancak fazla ağırlık nedeni ile raylar kırılmış lokomotifin yapıldığı malzeme de mukavim olmadığı için çalışmalarını ertelemiştir. Bu konuda asıl gelişme Gerorge Stephenson tarafından yapılmıştır. Stephenson daha sağlam ray ve lokomotif yapmayı başarmış, bunu takiben Darlington maden ocağını Stocton Limanına bağlayan hattın yapımını gerçekleştirmiştir.
Mantar başlı ilk ray 1789 tarihinde Jessop tarafından yapılmış deneme yanılma yolu ile 1920 yılından sonra haddeden çekilmiş iki başlı (mantarlı) olarak imal edilmiş montajı sırasında yaşanan zorluklar nedeni ile adıyla anılan vinyol (patenli) tip ray üretilmiş dünyada da rağbet görmüştür.
1.6. Rayların Görevleri Ve Çeşitleri
Raylarıın görevleri;
Demir yolu araçlarına, sürtünmenin en aza indirildiği bir yuvarlanma yüzeyi sağlamak
Demir yolu araçlarının tekerleklerini kılavuzlamak
Demir yolu araçlarından intikal eden kuvvetleri traverse aktarmak
Rayların çeşitleri şunlardır:
Oluklu raylar.
Çift mantarlı raylar.
Patenli raylar (vinyol tipi raylar).
1.6.1. Oluklu Raylar
Oluklu raylar tramvay hatlarında kullanılır. Ayrıca diğer şase kaplamaları ile uyuşabildiği için demir yolu ve kara yolunun aynı seviyede kesiştiği yerlerde (hemzemin geçit) kara yolu, yaya yolu, demir yolunun aynı güzergâh içinde bulunması durumunda ve özellikle rıhtım hatlarında kullanılır. Sakıncalı yönü ise boden yataklarının çeşitli malzemelerle dolması yolun sürekli bakım ve temizliğe ihtiyacı vardır zira boden yataklarının dolması deray sebebi olabilir.
Bu raylar simetrik bir şekil arz edip bir alt bir de üst mantardan meydana gelir. Bu rayın ortaya atılışındaki fikir üst mantarın aşınmasından sonra rayın çevrilmesiyle alt mantarın kullanılması idi.Ne var ki üst mantarla beraber alt mantarın da sürtünmeler nedeniyle aşınmasından ötürü kullanılmasının imkansızlığı anlaşıldı.
En son bu rayı kullanan İngilizler de 1938 yılında bundan vazgeçtiler. Şimdi sadece Fransa'nın bazı bölgelerinde ikinci derecede hatlarda kullanılmaktadır.
1.6.3. Patenli Raylar
Ray, traverse bağlantısını sağlayan ve paten ismini alan genişlemiş bir dayanma tablası ile tek yuvarlanma yüzeyinden oluşur. Bunu bulan İngiliz mühendisin adı ile Vinyol rayları diye de tanınır. Çift mantarlı rayların birçok sakıncasını ortadan kaldırmaktadır. Kolaylıkla traversler üzerine monte edilebilir. Demir traverslerde doğrudan traverse oturur ahşap ve betonarme traverslere seletler yardımıyla oturtulur.
1.7. Rayların Bölümleri
Üç bölümden oluşur. Mantar, gövde ve tabandır. Tekerlekle doğrudan doğruya temasta bulunan mantar, yuvarlanma sathının bombeliği, yüksekliği ve yanaklarının eğimi ile belirtilir. Bombelik yarıçapı 200-500 mm arasında ve mantar yanakları eğimi 1/20 olmalıdır. Ray mantarı üst köşelerinin yarıçapı bandaj boğaz yarıçapı ile eşit olup R= 13 mm'dir.Raylar daha önceleri kullanıldıkları hat bölgesine göre isimlendirilmiştir. Günümüzde UIC standartlarına uyularak, bir metresinin ağırlığına göre isimlendirilmektedir.
Ray çeliğinin bileşiminde demirden başka karbon, silis, manganez, fosfor ve kükürt bulunur. Bunlardan karbon, silis ve manganezin belli miktarlarda bulunması, rayı daha mukavemetli hale getirmesi açısından faydalıdır. Fosfor ve kükürt ise çelik bünyesinden tamamen çıkarılamayan zararlı elementlerdir.
Karbon; çeliğin mukavemetini artırır, ancak malzemenin daha gevrek olmasına neden olur. Ray çeliği içindeki karbon miktarı on binde 40-60 arasında olmalıdır.
Silis; çeliğin oksidasyonunu zorlaştıran bir element olup ayrıca malzemenin daha akıcı, yoğun ve ince zerreli, homojen olmasına neden olur. Ray çeliği içindeki silis miktarı on binde 35-50 arasında olmalıdır.
Manganez; çeliği sert ve mukavemetli yapar. Ray çeliği içindeki manganez miktarı karbonun 2-3 katı, on binde 80-210 arasında olmalıdır.
Fosfor; çeliğin daha sert olmasını sağlamasına rağmen, elastikiyetin azalmasında karbondan daha çok etkilidir. Bu nedenle ray çeliği içindeki fosfor miktarı on binde 3-8'den fazla olmamalıdır.
Kükürt; ray çeliğinin içinde kükürt bulunması istenmez. Ancak tamamen çıkarılmasındaki zorluklar nedeniyle, on binde 6'ya kadarı kabul edilir.
Günümüzde taşıma gücünü artırarak daha fazla dingil basıncı ile yüksek hızlarda işletmecilik yapmak ihtiyacı ray kesitinin büyütülmesi ile sağlanabilmektedir. UIC standartlarına göre ray çeliğinin çekme mukavemeti 70-85 kg/mm2 olarak tayin edilmiştir. Ray aşınmayacak kadar sert fakat kırılmayacak kadar esnek yapıda olmalıdır.
Mantar kısmı sertleştirilen raylar on binde 78 oranında karbon ve on binde 90 oranında manganez içermektedir. Rayların mantar kısmı elektrik veya gaz kullanılarak 1050 C dereceye kadar ısıtılır ve daha sonra sıcaklık saniyede 3-4 C derece oranında azaltılarak 500 C dereceye düşürülür. Bu şekilde sertlik oranı 280 BHN'den 360 BHN (Brinell sertlik sayısı) değerine yükseltilir. Sertlik değerleri 300-400 BHN arasında değişir. Bu sayede rayda derin bir sertleşme elde edilir. Ray uçlarında ve mantarında bu şekilde yapılan sertleştirmeler genellikle 14 mm ile 40 mm arasında bir derinlik bölgesi elde edilir. Kimyasal birleşimlerinde değişiklik yapılarak rayın mukavemet gücü artırılabilirse de bu durumda;
Rayın yüksek mukavemetli olması bandajın daha çabuk aşınmasına neden olur.
Karbon ve manganez miktarının artırılması rayı daha gevrek hâle getireceğinden kırılmalara neden olur.
1.9. Ray Üzerindeki İşaretlerin Anlamları
Örneğin: KARDEMİR - 07-1 TURC 100.A.10
KARDEMİR : İmalatı yapan firmayı,
07.3 : İmalat tarihini ( 2007'nin 3.ayı)
TÜRKİYE : Türkiye için imal edildiğini
100.A.10 : Pota adedini, çekilen rayın potadan çekilen kaçıncı ray olduğunu
gösterir.
Çeliğin kalitesi ile ilgili olarak ;
TCDD'ce kullanılan rayların ebatları aşağıdaki tabloda verilmiş olup demir yollarında konvansiyonel hatlarda 49'luk ray kullanılmaktadır. Demir yollarının hızlı tren hatlarında ise 60'lık ray kullanılmaktadır. Hafif raylı sistemlerde ise farklı ve daha küçük kesitte raylar kullanılmaktadır.
Rayın cinsi Taban Genişliği Yüksekliği Mantar Genişliği Gövde Kalınlığı
60.340 kg/m 150 mm 172 mm 72 mm 16,5 mm
49.050 kg/m 125 mm 148 mm 67 mm 14 mm
49.430 kg/m 125 mm 149 mm 67 mm 14 mm
46.303 kg/m 134 mm 145 mm 64 mm 15 mm
39.520 kg/m 120 mm 138 mm 62 mm 12 mm
1.11. Birleşik Raylar ve Kullanıldığı Yerler
Genel olarak birleşik raylar, bodenlerin gitmesi gereken yöne gitmelerine yardımcı olmak üzere kullanılır. Bunlara kontrray da denir.
Birleşik raylar makaslarda yanındaki raya monte edilir. Ancak eş düzey (hemzemin) geçitlerde, köprülerde, tünellerde ve yüksek dolgularda kullanılan birleşik raylar ahşap traverslere monte edilir.
Birleşik raylar beton, demir ve plastik traverslere monte edilemediğinden, bu traverslerden teşkil edilmiş yollarda kullanılmaz.
Hemzemin geçitlerde ve makaslarda; ray ile birleşik ray arasındaki açıklık 45 mm'den, derinlik 38 mm' den az olmamalıdır.
Köprülerde (uzunluğu 50 m'den büyük), Tünellerde ve yüksek dolgularda kullanılan birleşik rayların raya mesafesi 200 mm olmalıdır.
Birleşik raylar köprü, tünel veya yüksek imlayı çıktıktan sonra, doğru yolda en az 6 m, kurp halinde ise en az 12 m devam ederek uçları birleştirilir. Ayrıca bu kontrray uçları ahşap takozla takviye edilir.
Kontrrayları tutan malzemeler tam ve iyi sıkılmış olmalıdır.
Birleşik raylar aşağıda belirtilen yerlerde kullanılır:
Yüksek dolgularda : Yüksek dolgu üzerinde muhtemel deray olaylarında deraylı vagonun raydan düştükten sonra yoldan fazla uzaklaşarak dolgu üzerinde devrilmesini engellemek amacıyla yapılır.
Köprülerde : Toplam uzunluğu 50 m'den büyük olan köprü üzerinde muhtemel deray olaylarında, deraylı vagonun raydan düştükten sonra yoldan uzaklaşarak köprüye zarar vermesini ve devrilmesini engellemek amacıyla yapılır.
Çeşitli uzunluktaki rayların birbirlerine bağlandığı yolun ek yerlerine conta denir. Contalar düşey ve yatay eksende yolun en çok bozulan, malzemeleri sık sık kırılan, yolun bakım masrafı yüksek kesimleridir. Raylar genel olarak 12-18-24-36-54-72 metre uzunluklarında üretilmektedir. Ülkemizde 2007 yılından itibaren 72 m Uzunluğunda ray üretimine başlayan dünyada da sayılı tek fabrika KARDEMİR'dir. Contalardaki bakım masraflarından kaçınmak ve yolun konforunu, hızını artırabilmek için contalar kaynaklanarak uzun kaynaklı raylar elde edilmektedir. Bu nedenle rayların ilk teşkili esnasında ne kadar uzun ray kullanılırsa kaynaklama masrafı da o derecede azalır.
Conta teşkili yapılırken karşılıklı iki dizideki ray başları aynı hizada olmalıdır. Contaların karşılıklı olmaması halinde oluşacak çapraz düşey eksen arızaları (nivelman arızaları) araçlarda, seyir esnasında burulmalara ve dolayısı ile deraylara neden olur. Contalar karşılıklı iki dizideki ray başlarının gönye farkına göre 2 şekilde düzenlenir:
1.12.1.1. Karşılıklı Conta
Her iki ray dizisinde ray başları aynı hizadadır. Yolun genel bakımı ve contaların düşük olmaması kaydı ile en ideal conta teşkil sistemi karşılıklı contadır. Bu sistemde eğer dizinin her ikisinde de contada düşüklük varsa çok şiddetli sarsıntı ve vuruntular oluşacağından, yolun üzerinde seyreden araçların sustaları kırılabilir. Bu sistemde contalar da dirsek (fleş hatası) çokça görülür. Karşılıklı contada ray başı gönye farkı 70 mm'den fazla olmamalıdır.
Kısa raylı contalardaki dirsekleri önlemek için bir ray dizisinde teşkil edilen conta diğer dizideki rayın ortasında ya da orta noktanın 55 cm ilersine, gerisine gelecek şekilde conta oluşturulmasına şaşırtma conta denir. Şaşırtma conta sistemi uygulanan yollarda, contalarda meydana gelecek çapraz düşüklükler nedeniyle üzerinde seyreden araçlarda lase (yalpalama) hareketlerine neden olur.
55 cm.den fazla olmamalıdır.
Ekartman daha çabuk bozulur.
Yol üstyapı malzemelerine zarar verir. Aşınmasına, kırılmasına, laçkalaşmasına neden olur.
Yolda dresaja neden olur.
Üzerinde seyreden araçlarda aşınma, kırılma vb. arızalar meydana getirir.
Demir yolu taşımacılığında konfor bozulur.
1.12.2. Contalarda Rayların Traverslere Oturma Şekilleri
Contalar, rayların travers üzerine oturmalarına göre mesnetli, konsol ve sakin conta olarak uygulanır.
1.12.2.1. Mesnetli Conta
Mesnetli contalarda travers conta altında mesnet teşkil ettiğinden, trenlerin geçişi esnasında meydana gelen vuruntular sebebiyle; ray başlarında ezilmeler, traverslerde çatlama ve kırılma, balastta yıpranma ve toz haline gelme, yolda daha çabuk bozulma meydana gelir. Ayrıca esneklik çok az olduğundan tekerlere intikal eden dinamik kuvetlerde artış meydana gelir. Bu nedenlerle uygulanması doğru olmayan bir bağlantı şeklidir.
Contalarda iki traversin yan yana getirilip birleştirilmesine denir. Birleştirilen bu traverslerin yükseklikleri birbirine eşit olmalıdır. Travers altlarının balastla sıkıştırılması (buraj) her iki traverste tek yanlı yapılabildiğinden zamanla traverslerin yan dönmesine, çatlamalarına, kırılmalarına ve bağlantı malzemelerinin gevşeme ve kırılmalarına neden olduğundan tercih edilmemektedir.
Elastikiyeti nedeniyle contalardaki vuruntuları iyi bir şekilde yok eder. Vasıtaları ve hattı zararlı dinamik tesirlerden korur. Mesnetli ve sakin contanın olumsuz etkileri bu bağlantı sisteminde görülmediğinden raylı sistemlerde genellikle konsol conta uygulanmaktadır. Konsol contaların sakıncası ise cebirelerde eğilme ve kırılmalar meydana gelmesidir. Ancak ray ve traverse göre cebire daha düşük maliyetli olduğundan bu durum göz ardı edilmektedir.
Karşılıklı conta uygulanan hatlardaki kurplarda contaların karşı karşıya gelebilmesi için , iç rayın dış raya göre daha kısa boyda olması gerekir. Çünkü iç ray dizisinin yarıçapı dış ray dizisinin yarıçapından 1,50 m daha küçüktür. Yani yol açıklığı kadar iç ray çapı dış ray çapından kısadır. Buna göre kısalma miktarı aşağıdaki formülle hesaplanır. Kurplarda kısa ray kullanıldığında contalarda meydana gelen şaşma miktarı ray boylarındaki standart şaşma miktarının 1/2 sinden fazla olamaz. Kurp yarıçapı yol mihverinden geçer.
KAYNAK :
Demiryolu Üstyapı Tekniği- Osman Berke
Üstyapı bilgisi ve Tekniği- İlhan Kaçer
Üstyapı ve Demiryolu tekniği-Feridun Kumbasar
Demir yolunda; altyapı platformu üzerine oturan, üzerinde demir yolu taşıtlarının hareket etmesini sağlayan, taşıtlardan etki eden kuvvetleri platforma aktaran yapı kısmına "üstyapı" denir.
1.1.1. Üstyapının Görevleri
Raylı ulaştırma sistemlerinde üstyapı, yol ve taşıyıcı sistem olmak üzere iki büyük görev yapmaktadır.
Yol olarak, bir yandan taşıt tekerleklerine düzgün ve pürüzsüz bir yuvarlanma yüzeyi sunması diğer yandan taşıtların yanal yöndeki hareketlerini kısıtlayarak ve geometrisini bozmayarak kılavuzluk görevi yapmasıdır.
Taşıyıcı sistem olarak ise, tekerlekler tarafından iletilen düşey dinamik yükleri güvenlikle karşılayıp, kısmen azaltarak ve yayarak taban zemine iletmesi,taşıtların konforlu olarak seyirlerini sağlayan elastik bir yatak sunmasıdır.
Bu bilgiler ışığında üstyapının görevleri şunlardır:
Demir yolu taşıtlarının hareketini sağlayacak,sürtünmenin en aza indirildiği bir yuvarlanma yüzeyi sağlamak
Demir yolu taşıtlarından gelen yükleri platforma aktarmak
Demir yolu yatay ve düşey eksenlerini ve yol açıklığını korumak
1.2. Üstyapı Elemanlarında Aranılan Özellikler
Üstyapının kendisini etkileyen kuvvetlere dayanabilmesi için üstyapı elemanlarının sahip olması gereken özellikler şunlardır:
Ray kesitlerinin bu kuvvetleri karşılayacak şekilde seçilmesi gerekir.
Rayların birbirleriyle ve traverslerle bağlantıları yeterince rijit olmalıdır.
Traversler, etkisi altında kalacağı yüklere dayanacak kesitlere sahip olmalı ve yeterli bir sıklıkla yerleştirilmelidir.
Balast kohezyonu iyi olmalı, travers-ray çerçevesi yatay kuvvetlere dayanmalı ve yola gerekli esnekliği sağlamalıdır.
Yolun bakımı, yolun sürekli olarak belirli düzgünlükte korunmasını sağlamalıdır.
1.3. Üstyapının Esnekliği
Bir raylı sistem üstyapısı, her birinin kendine özgü esnekliği olan elemanlar zincirinden oluşmaktadır. Bu zincir; Platform-Balast-Travers-Selet-Ray şeklinde ifade edilebilir.
Üstyapı elemanlarına ilişkin esneklik kat sayıları aşağıda verilen düzeylerdedir.
Ray 5000-10000 t/mm
Gövdesi Ahşap 50-80 t/mm
Travers Beton 1200-1500 t/mm
Travers Balast (Gevşetilmiş) 10-30 t/mm
Gerçekte balast ve platform esnekliği üstyapı genel esnekliğini belirleyici
niteliktedir. Yolun genel esnekliği platform ve balast cinsine göre 1,50-10 t/mm
arasında değişir.Balast ve Donmuş Toprak : 8-10 t/mm
Kaya Platform : 2-8 t/mm
Killi Platform : 1.5-2 t/mm
Bataklık Platform : 0,5-1,5 t/mm
Sanat yapılarında elastiklik değeri 12-15 t/mm olup bunlardan geçilmesi sırasında önemli düşey esneklik farkları doğmaktadır.
Platform en küçük esneklik kat sayısına sahip olduğu için genellikle platform düzeyindeki basınç üstyapıdaki çökmeyi belirlemektedir. Platform düzeyindeki basınç, balast ve varsa temel alt tabakalarının kalınlıkları arttıkça artar. Hesap sonuçları, zemin cinsinin kötüleşmesi ölçüsünde balast kalınlığını arttırmanın yararını doğrulamaktadır. Ayrıca esneklik kat sayıları hız arttıkça büyümektedir. Çünkü hız artışıyla kuvvetlerin uygulama süreleri kısalmaktadır.
1.4. Üstyapının Bölümleri
Klasik anlamda ifade edilen bir demir yolunda;
Demir yolu taşıtlarının tekerlekleri "ray" adı verilen sürekli, iki sıra metalik çubuk üzerinde yuvarlanma hareketi yaparlar. Raylar da "travers" adı verilen ve rayların altında, onlara dik yönde, belirli aralıklarla yer alan sömellere oturtularak tespit edilmişlerdir. Böylece raylarla traversler çerçeveleri oluşturur. Traversler ise "balast" denen bir kırma taş tabakası içine üst yüzeylerine kadar gömülmüşlerdir. Balast tabakası altyapı platformu üzerine serilmiştir. Ayrıca gerek rayların birbirine bağlantısı ve gerekse rayların traverslere tespiti için "bağlantı malzemesi" adı verilen malzemeler bulunur.
Böylece üstyapıyı oluşturan elemanlar;
Raylar
Traversler
Balast
Bağlantı malzemeleri şeklinde gruplandırılabilir.
1.5. Rayların Tarihçesi
Demir yolu araçlarının tekerleklerine en az direnimi gösterecek bir yuvarlanma yüzeyi sağlayan ve tekerlekleri kılavuzlayan, ayrıca dingillerden aktarılan kuvvetleri traverslere aktaran dökme çelikten yapılmış üstyapı malzemesine ray denir.
İnsanların üretim sistemindeki fabrikasyon sistemini geliştirmeleri endüstri alanında ham madde ihtiyacının sağlanması aynı zamanda endüstrinin geliştiği kentlerin göç akımına uğraması nüfusun hızla artmasına yol açmış beraberinde kent içi ulaşımı büyük bir sorun oluşturmaya başlamış ve günümüzde mal ve hizmetlerin karşılığının altın ya da gümüş yerine kg/petrol ile ölçülmesi de enerjinin önemini ve iktisatlı kullanılmasını gündeme getirmiştir.
Kara yolu öyle duruma gelmiştir ki hem çevre sağlığı açısından hem de yolların çok geniş alanları kaplamasından ayrıca kapasitelerinin çok üstünde araç sayısının hemen aynı saatlerde kara yoluna çıkmaları çekilmez bir hayat tarzı oluşturmuş ve çözüm toplu taşıma araçlarına yönelmekte bulunulmuştur.
Raylı sistemlerde kullanılan raylar bir bilgi birikimi deneme yanılma yolu ile teknolojinin gelişmesine paralel olarak her geçen yıl daha iyiye gidilmektedir. Öyle ki artık dünyanın bir yerinde kullanılan raylar başka bir yerde kullanıldığında arızalara yol açacağı görülmüş iklim şartları ray ısısı ve benzeri teknik özellikler göz önünde bulundurulması gereken özellikler artık devreye girmiştir.
Rayı ve lokomotifi ilk kullanan Fransız Nicolas Cugnot 1769 yılında ilk denemesinde hüsrana uğrayınca 10 yıl tutuklanmıştır ancak bu buluşu İngiliz William Murdock buhar gücü kara yolu ulaşımında denemiştir . 1801 yılında ise Richard Trevichick buhar gücünü demir yolunda denemiş ancak fazla ağırlık nedeni ile raylar kırılmış lokomotifin yapıldığı malzeme de mukavim olmadığı için çalışmalarını ertelemiştir. Bu konuda asıl gelişme Gerorge Stephenson tarafından yapılmıştır. Stephenson daha sağlam ray ve lokomotif yapmayı başarmış, bunu takiben Darlington maden ocağını Stocton Limanına bağlayan hattın yapımını gerçekleştirmiştir.
Mantar başlı ilk ray 1789 tarihinde Jessop tarafından yapılmış deneme yanılma yolu ile 1920 yılından sonra haddeden çekilmiş iki başlı (mantarlı) olarak imal edilmiş montajı sırasında yaşanan zorluklar nedeni ile adıyla anılan vinyol (patenli) tip ray üretilmiş dünyada da rağbet görmüştür.
1.6. Rayların Görevleri Ve Çeşitleri
Raylarıın görevleri;
Demir yolu araçlarına, sürtünmenin en aza indirildiği bir yuvarlanma yüzeyi sağlamak
Demir yolu araçlarının tekerleklerini kılavuzlamak
Demir yolu araçlarından intikal eden kuvvetleri traverse aktarmak
Rayların çeşitleri şunlardır:
Oluklu raylar.
Çift mantarlı raylar.
Patenli raylar (vinyol tipi raylar).
1.6.1. Oluklu Raylar
Oluklu raylar tramvay hatlarında kullanılır. Ayrıca diğer şase kaplamaları ile uyuşabildiği için demir yolu ve kara yolunun aynı seviyede kesiştiği yerlerde (hemzemin geçit) kara yolu, yaya yolu, demir yolunun aynı güzergâh içinde bulunması durumunda ve özellikle rıhtım hatlarında kullanılır. Sakıncalı yönü ise boden yataklarının çeşitli malzemelerle dolması yolun sürekli bakım ve temizliğe ihtiyacı vardır zira boden yataklarının dolması deray sebebi olabilir.
1.6.2. Çift Mantarlı Raylar
Bu raylar simetrik bir şekil arz edip bir alt bir de üst mantardan meydana gelir. Bu rayın ortaya atılışındaki fikir üst mantarın aşınmasından sonra rayın çevrilmesiyle alt mantarın kullanılması idi.Ne var ki üst mantarla beraber alt mantarın da sürtünmeler nedeniyle aşınmasından ötürü kullanılmasının imkansızlığı anlaşıldı.
En son bu rayı kullanan İngilizler de 1938 yılında bundan vazgeçtiler. Şimdi sadece Fransa'nın bazı bölgelerinde ikinci derecede hatlarda kullanılmaktadır.
1.6.3. Patenli Raylar
Ray, traverse bağlantısını sağlayan ve paten ismini alan genişlemiş bir dayanma tablası ile tek yuvarlanma yüzeyinden oluşur. Bunu bulan İngiliz mühendisin adı ile Vinyol rayları diye de tanınır. Çift mantarlı rayların birçok sakıncasını ortadan kaldırmaktadır. Kolaylıkla traversler üzerine monte edilebilir. Demir traverslerde doğrudan traverse oturur ahşap ve betonarme traverslere seletler yardımıyla oturtulur.
1.7. Rayların Bölümleri
Üç bölümden oluşur. Mantar, gövde ve tabandır. Tekerlekle doğrudan doğruya temasta bulunan mantar, yuvarlanma sathının bombeliği, yüksekliği ve yanaklarının eğimi ile belirtilir. Bombelik yarıçapı 200-500 mm arasında ve mantar yanakları eğimi 1/20 olmalıdır. Ray mantarı üst köşelerinin yarıçapı bandaj boğaz yarıçapı ile eşit olup R= 13 mm'dir.Raylar daha önceleri kullanıldıkları hat bölgesine göre isimlendirilmiştir. Günümüzde UIC standartlarına uyularak, bir metresinin ağırlığına göre isimlendirilmektedir.
Örneğin; Ankara tipi, Devlet 46.303 kg/mt., 49.050 Kg/m veya RI 54, RI 60 gibi.
1.8. Rayın Kimyasal Bileşimleri ve Ray Sertleştirmeleri
Ray çeliğinin bileşiminde demirden başka karbon, silis, manganez, fosfor ve kükürt bulunur. Bunlardan karbon, silis ve manganezin belli miktarlarda bulunması, rayı daha mukavemetli hale getirmesi açısından faydalıdır. Fosfor ve kükürt ise çelik bünyesinden tamamen çıkarılamayan zararlı elementlerdir.
Karbon; çeliğin mukavemetini artırır, ancak malzemenin daha gevrek olmasına neden olur. Ray çeliği içindeki karbon miktarı on binde 40-60 arasında olmalıdır.
Silis; çeliğin oksidasyonunu zorlaştıran bir element olup ayrıca malzemenin daha akıcı, yoğun ve ince zerreli, homojen olmasına neden olur. Ray çeliği içindeki silis miktarı on binde 35-50 arasında olmalıdır.
Manganez; çeliği sert ve mukavemetli yapar. Ray çeliği içindeki manganez miktarı karbonun 2-3 katı, on binde 80-210 arasında olmalıdır.
Fosfor; çeliğin daha sert olmasını sağlamasına rağmen, elastikiyetin azalmasında karbondan daha çok etkilidir. Bu nedenle ray çeliği içindeki fosfor miktarı on binde 3-8'den fazla olmamalıdır.
Kükürt; ray çeliğinin içinde kükürt bulunması istenmez. Ancak tamamen çıkarılmasındaki zorluklar nedeniyle, on binde 6'ya kadarı kabul edilir.
Günümüzde taşıma gücünü artırarak daha fazla dingil basıncı ile yüksek hızlarda işletmecilik yapmak ihtiyacı ray kesitinin büyütülmesi ile sağlanabilmektedir. UIC standartlarına göre ray çeliğinin çekme mukavemeti 70-85 kg/mm2 olarak tayin edilmiştir. Ray aşınmayacak kadar sert fakat kırılmayacak kadar esnek yapıda olmalıdır.
Mantar kısmı sertleştirilen raylar on binde 78 oranında karbon ve on binde 90 oranında manganez içermektedir. Rayların mantar kısmı elektrik veya gaz kullanılarak 1050 C dereceye kadar ısıtılır ve daha sonra sıcaklık saniyede 3-4 C derece oranında azaltılarak 500 C dereceye düşürülür. Bu şekilde sertlik oranı 280 BHN'den 360 BHN (Brinell sertlik sayısı) değerine yükseltilir. Sertlik değerleri 300-400 BHN arasında değişir. Bu sayede rayda derin bir sertleşme elde edilir. Ray uçlarında ve mantarında bu şekilde yapılan sertleştirmeler genellikle 14 mm ile 40 mm arasında bir derinlik bölgesi elde edilir. Kimyasal birleşimlerinde değişiklik yapılarak rayın mukavemet gücü artırılabilirse de bu durumda;
Rayın yüksek mukavemetli olması bandajın daha çabuk aşınmasına neden olur.
Karbon ve manganez miktarının artırılması rayı daha gevrek hâle getireceğinden kırılmalara neden olur.
1.9. Ray Üzerindeki İşaretlerin Anlamları
Örneğin: KARDEMİR - 07-1 TURC 100.A.10
KARDEMİR : İmalatı yapan firmayı,
07.3 : İmalat tarihini ( 2007'nin 3.ayı)
TÜRKİYE : Türkiye için imal edildiğini
100.A.10 : Pota adedini, çekilen rayın potadan çekilen kaçıncı ray olduğunu
gösterir.
Çeliğin kalitesi ile ilgili olarak ;
Ray üzerindeki işaretler
1.10 Ray Ebatları
TCDD'ce kullanılan rayların ebatları aşağıdaki tabloda verilmiş olup demir yollarında konvansiyonel hatlarda 49'luk ray kullanılmaktadır. Demir yollarının hızlı tren hatlarında ise 60'lık ray kullanılmaktadır. Hafif raylı sistemlerde ise farklı ve daha küçük kesitte raylar kullanılmaktadır.
Rayın cinsi Taban Genişliği Yüksekliği Mantar Genişliği Gövde Kalınlığı
60.340 kg/m 150 mm 172 mm 72 mm 16,5 mm
49.050 kg/m 125 mm 148 mm 67 mm 14 mm
49.430 kg/m 125 mm 149 mm 67 mm 14 mm
46.303 kg/m 134 mm 145 mm 64 mm 15 mm
39.520 kg/m 120 mm 138 mm 62 mm 12 mm
1.11. Birleşik Raylar ve Kullanıldığı Yerler
Genel olarak birleşik raylar, bodenlerin gitmesi gereken yöne gitmelerine yardımcı olmak üzere kullanılır. Bunlara kontrray da denir.
Birleşik raylar makaslarda yanındaki raya monte edilir. Ancak eş düzey (hemzemin) geçitlerde, köprülerde, tünellerde ve yüksek dolgularda kullanılan birleşik raylar ahşap traverslere monte edilir.
Birleşik raylar beton, demir ve plastik traverslere monte edilemediğinden, bu traverslerden teşkil edilmiş yollarda kullanılmaz.
Hemzemin geçitlerde ve makaslarda; ray ile birleşik ray arasındaki açıklık 45 mm'den, derinlik 38 mm' den az olmamalıdır.
Köprülerde (uzunluğu 50 m'den büyük), Tünellerde ve yüksek dolgularda kullanılan birleşik rayların raya mesafesi 200 mm olmalıdır.
Birleşik raylar köprü, tünel veya yüksek imlayı çıktıktan sonra, doğru yolda en az 6 m, kurp halinde ise en az 12 m devam ederek uçları birleştirilir. Ayrıca bu kontrray uçları ahşap takozla takviye edilir.
Kontrrayları tutan malzemeler tam ve iyi sıkılmış olmalıdır.
Birleşik raylar aşağıda belirtilen yerlerde kullanılır:
Eşdüzey (hemzemin) geçitlerde: Kara yolu araçlarının geçmesi esnasında boden boşluklarının dolması neticesi trenlerin geçitler üzerinde deraylarının önlenmesi amacıyla eş düzey (hemzemin) geçitler üzerinde birleşik raylar kullanılır.
Makaslarda : Bodenlerin makas göbek iğne ucu boşluklarından deray etmeden geçmelerini temin için göbeğin karşı dizisinde her iki tarafına (doğru yolda, sapan yolda) iki adet birleşik ray (kontrray) kullanılır.
Tünellerde : Tünel içerisinde muhtemel deray olaylarında deraylı vagonun raydan düştükten sonra yoldan fazla uzaklaşarak tünel içerisinde devrilmesini ve tünel duvarlarına çarpmasını engellemek amacıyla yapılır.Yüksek dolgularda : Yüksek dolgu üzerinde muhtemel deray olaylarında deraylı vagonun raydan düştükten sonra yoldan fazla uzaklaşarak dolgu üzerinde devrilmesini engellemek amacıyla yapılır.
Köprülerde : Toplam uzunluğu 50 m'den büyük olan köprü üzerinde muhtemel deray olaylarında, deraylı vagonun raydan düştükten sonra yoldan uzaklaşarak köprüye zarar vermesini ve devrilmesini engellemek amacıyla yapılır.
1.12. Conta Teşkili ve Düzenlemeleri
1.12.1. Conta Düzenleme Şekilleri
1.12.1.1. Karşılıklı Conta
Her iki ray dizisinde ray başları aynı hizadadır. Yolun genel bakımı ve contaların düşük olmaması kaydı ile en ideal conta teşkil sistemi karşılıklı contadır. Bu sistemde eğer dizinin her ikisinde de contada düşüklük varsa çok şiddetli sarsıntı ve vuruntular oluşacağından, yolun üzerinde seyreden araçların sustaları kırılabilir. Bu sistemde contalar da dirsek (fleş hatası) çokça görülür. Karşılıklı contada ray başı gönye farkı 70 mm'den fazla olmamalıdır.
Karşılıklı conta ve toleransı
1.12.1.2. Şaşırtma Conta
Kısa raylı contalardaki dirsekleri önlemek için bir ray dizisinde teşkil edilen conta diğer dizideki rayın ortasında ya da orta noktanın 55 cm ilersine, gerisine gelecek şekilde conta oluşturulmasına şaşırtma conta denir. Şaşırtma conta sistemi uygulanan yollarda, contalarda meydana gelecek çapraz düşüklükler nedeniyle üzerinde seyreden araçlarda lase (yalpalama) hareketlerine neden olur.
55 cm.den fazla olmamalıdır.
Bu nedenle;
Ekartman daha çabuk bozulur.
Yol üstyapı malzemelerine zarar verir. Aşınmasına, kırılmasına, laçkalaşmasına neden olur.
Yolda dresaja neden olur.
Üzerinde seyreden araçlarda aşınma, kırılma vb. arızalar meydana getirir.
Demir yolu taşımacılığında konfor bozulur.
1.12.2. Contalarda Rayların Traverslere Oturma Şekilleri
Contalar, rayların travers üzerine oturmalarına göre mesnetli, konsol ve sakin conta olarak uygulanır.
1.12.2.1. Mesnetli Conta
Mesnetli contalarda travers conta altında mesnet teşkil ettiğinden, trenlerin geçişi esnasında meydana gelen vuruntular sebebiyle; ray başlarında ezilmeler, traverslerde çatlama ve kırılma, balastta yıpranma ve toz haline gelme, yolda daha çabuk bozulma meydana gelir. Ayrıca esneklik çok az olduğundan tekerlere intikal eden dinamik kuvetlerde artış meydana gelir. Bu nedenlerle uygulanması doğru olmayan bir bağlantı şeklidir.
1.12.2.2. Sakin Conta
1.12.2.3. Konsol Contalar
1.13. Kurplarda Kısa Ray Hesabı ve Dağılımı
Karşılıklı conta uygulanan hatlardaki kurplarda contaların karşı karşıya gelebilmesi için , iç rayın dış raya göre daha kısa boyda olması gerekir. Çünkü iç ray dizisinin yarıçapı dış ray dizisinin yarıçapından 1,50 m daha küçüktür. Yani yol açıklığı kadar iç ray çapı dış ray çapından kısadır. Buna göre kısalma miktarı aşağıdaki formülle hesaplanır. Kurplarda kısa ray kullanıldığında contalarda meydana gelen şaşma miktarı ray boylarındaki standart şaşma miktarının 1/2 sinden fazla olamaz. Kurp yarıçapı yol mihverinden geçer.
KAYNAK :
Demiryolu Üstyapı Tekniği- Osman Berke
Üstyapı bilgisi ve Tekniği- İlhan Kaçer
Üstyapı ve Demiryolu tekniği-Feridun Kumbasar
Kaydol:
Kayıtlar (Atom)