books connected rails

تُصنع القضبان بأطوالٍ محددة وتحتاج إلى وصل نهايتها ببعضها البعض لعمل سطحٍ متصل تسير عليه القطارات، وتُعد الطريقة التقليدية لوصل القضبان هي عن طريق تثبيتها ببعضها البعض ببراغي وماسكات قضبان معدنية، وينتج عن هذا خط السكة الحديد المَفْصِلِيّ. وبالنسبة للاستخدام الحديث، وخاصة عندما تكون السرعات العالية مطلوبة، قد يتم لحم أطوال القضبان معًا لتكوين قضيب ملحوم متصل.

خط سكة الحديد المَفْصِلِيّ

يُصنع خط السكة الحديد المَفْصِلِيّ من أطوال من القضبان، يبلغ طولها عادةً 20 م (66 قدم) (في المملكة المتحدة) وتبلغ 39 أو 78 قدم (12 أو 24 م) في (أمريكا الشمالية)، حيث يتم تثبيتها معًا ببراغي باستخدام ألواحٍ فولاذية مُثقبة، تُعرف باسم ماسكات القضبان (بالمملكة المتحدة) أو ألواح الوصل (بأمريكا الشمالية).

يبلغ طول ماسكة القضبان عادةً 600 مـم (2 قدم)، وتُستخدم عند نهاياتي كل قضيب وتكون مثبتة بالبراغي ببعضها البعض (عادةً أربعة براغي لكل وصلة وفي بعض الأحيان ستة)، وقد يتم تركيب البراغي في اتجاه عكسي نحو بعضها البعض، وذلك لأنه في حالة خروج القطار عن مساره واصطدام شفة العجلة بالوصلة، يتم كسر بعض من البراغي، الأمر الذي يحد من احتمالية الاصطفاف الخاطئ للقضبان مع بعضها البعض وتفاقم خطورة هذا الخروج عن السكة الحديد، (لا تُطبق هذه التقنية عالميًا، حيث تضع التصميمات البريطانية جميع رؤوس البراغي على نفس الجانب من القضيب.) وتُترَك فجوات صغيرة تُعرف باسم وصلات التمدد بشكلٍ مقصود بين القضبان لكي تسمح بتمدد القضبان في الطقس الحار، وتكون هذه الفتحات التي تمر خلالها براغي ماسكات القضبان بيضاوية الشكل لكي تسمح بحركة التمدد.

كانت التصميمات البريطانية تقوم بتركيب ماسكات القضبان عند نقطة التقاء كل قضيبين ببعض، بينما تقوم تصميمات أمريكا الشمالية بتركيبها خلافًا لبعضها البعض.

ونظرًا لوجود هذه الفتحات الصغيرة المتروكة بين القضبان، تُحدِث القطارات صوت "طقطقة" عند مرورها على خطوط السكك الحديدية المَفْصِلِيّة، وإن لم تكن هناك صيانة سليمة لخط السكة الحديد المَفْصِلِيّ، حينئذٍ لا يمتلك الخط الجودة المطلوبة للقضيب الملحوم ويكون غير مُفضّل للقطارات فائقة السرعة، ولكن لا يزال خط السكة الحديد المَفْصِلِيّ مُستخدَمًا في دولٍ عديدة في خطوط السكك الحديدية الأقل سرعة وفي التحويلات، ويُستخدم على نطاقٍ واسعٍ في الدول الفقيرة بسبب تكلفة البناء المنخفضة والمعدات البسيطة المطلوبة لتركيبه وصيانته.

تُعد الشروخ الموجودة حول فتحات البراغي مشكلةً رئيسيةً في خط السكة الحديد المَفْصِلِيّ، والذي يمكن أن يؤدي إلى كسر رأس القضيب (سطح السير)، وكان هذا هو السبب الرئيسي وراء حادثة قطارات سكة حديد هيذر جرين والتي جعلت السكك الحديدية البريطانية تبدأ في تحويل معظم خطوط السكك الحديدية لديها إلى قضبانٍ ملحومةٍ متصلة.

الوصلات المعزولة

عندما توجد الدوائر الكهربائية لخطوط السكك الحديدية لأغراض الإشارة، تكون وصلات الغلق المعزولة مطلوبة في ذلك الوقت، وتُشكل ضعفًا للوصلات العادية، بينما تُزيد الوصلات المُلصقة المصنوعة خصوصًا من القوة مرة ثانية، حيث تكون كل الفجوات مملوءة براتنج الإيبوكسي.

وكبديلٍ للوصلة المعزولة، يمكن تشغيل دوائرالترددات الصوتية الكهربائية للسكك الحديدية باستخدام دائرة كهربائية مُقفلة مضبوطة مكونة بطول 20 مترًا من القضيب كدائرة عزل كهربائية، ويُعد العداد المحوري بديلاً آخر حيث يمكنه تقليل عدد الدوائر الكهربائية للسكك الحديدية ومن ثم تقليل وصلات القضبان المعزولة المطلوبة.

قضيب متصل باللحام

تستخدم معظم سكك الحديد الحديثة طريقة القضيب المتصل باللحام (CWR)، والتي يُشار إليها أحيانًا بـ قضبان الشريط، وفي هذا النوع من خطوط سكك الحديد، يتم لحم القضبان معًا عن طريق استخدام لحام ومضي تناكبي لتشكيل قضيب متصل واحد قد يصل طوله إلى العديد من الكيلو مترات أو عن طريق استخدام لحام الثرميت لإصلاح أو لصق قطع القضبان المتصلة باللحام (CWR) الموجودة معًا، ونظرًا لوجود القليل من الوصلات، يُعد هذا الشكل من خطوط السكة الحديد قويًا للغاية كما يتيح قيادةً سلسة بالإضافة إلى أنه لا يحتاج إلى الكثير من الصيانة؛ حيث تستطيع القطارات السفر عليه بسرعاتٍ أعلى وباحتكاكٍ أقل، ولكن تُعد تكلفة وضع القضبان الملحومة أعلى من تكلفة خطوط سكك الحديد المَفْصِلِيّة، على الرغم من أن تكلفة صيانتها أقل بكثير، وتم استخدام أول خط سكة حديد ملحوم في ألمانيا عام 1924، وفي الولايات المتحدة عام 1930، ثم أصبح شائعَ الاستخدامِ في الخطوط الرئيسية منذ خمسينيات القرن العشرين.

تُعد عملية اللحام الومضي التناكبي هي المُفضلة؛ حيث إنها تتضمن استخدام ماكينة وضع آلية لخطوط السكك الحديدية تعمل باستخدام تيار كهربائي قوي من خلال النهايات المتلامسة لقطعتي قضيب غير متصلتين، وتصبح النهايات ساخنة لدرجة الابيضاض نتيجة المقاومة الكهربائية، ثم يتم ضغطها معًا لتشكيل قطعة لِحامٍ قوية، أما لحام الثرميت فهو عملية يدوية تتطلب بوتقة رد فعل وقالبًا لاحتواء الحديد المنصهر، بالإضافة إلى أن الوصلات المربوطة بالثرميت لا يُعتمد عليها كثيرًا، كما أنها أكثر عرضة للصدع أو الكسر.

إن لم يتم تقييد القضبان، فستتمدد في الطقس الحار وتنكمش في الطقس البارد، ومن أجل توفير هذا القيد يتم منع القضيب من الحركة المتعلقة بالراقدة أو الفلنك وهي (عارضة دعم خط السكة الحديد) عن طريق استخدام ماسكات ومُثبِّتات، ويشيع استخدام المُثبِّتات أكثر في الفلنكات الخشبية، بينما يتم تثبيت معظم الفلنكات الصلبة أو الأسمنتية في القضيب باستخدام ماسكات خاصة تقاوم حركة القضيب الطويلة، ولا يوجد حد نظري لما يمكن أن يصل إليه القضيب الملحوم من طول. وعلى الرغم من كل ذلك، فإذا كان كلٌ من القيد الطولي والجانبي غير كافيين فمن الممكن أن يصبح خط السكة الحديد مُعوَّجًا في الطقس الحار ويتسبب في خروج القطار عن مساره، ويُعرف الاعوجاج نتيجة التمدد الحراري في أمريكا الشمالية باسم الالتواء الشمسي، وفي غيرها من الأماكن باسم الانبعاج، أما انكسار القضيب نتيجة الانكماش المرتبط بالبرد في أمريكا الشمالية فيُعرف باسم الجزء المنفصل، ويجب الانتباه لضغط الصابورة بشكلٍ فعَّال، ويشمل الضغط أسفل الفلنكات وبينها وعند نهاياتها، وذلك لمنع الفلنكات من التحرك، ولابد من القيام بمعايناتٍ خاصة في الطقس شديد الحرارة لمراقبة أجزاء من خط السكة الحديد والمعروف عنها أنها تمثل إشكالية.

بعد وضع قطع جديدة من القضبان أو استبدال القضبان المَعيبة (لحمها)، يمكن ضغطها صناعيًا إن اختلفت درجة حرارة القضيب أثناء الوضع عن الدرجة المرغوب فيها، وتتضمن عملية الضغط إما تسخين القضبان لجعلها تتمدد أو مدّ القضبان بمعدات هيدروليكية، ثم تثبيتها (مسكها) بالفلنكات بعدما تمددت، وتضمن هذه العملية أن القضيب لن يتمدد أكثر من ذلك في طقسٍ حارٍ لاحق، وفي الطقس البارد تحاول القضبان أن تنقبض، ولكن لا يمكنها ذلك حيث إنها تكون مُثبتَّة بشدة، وفي الواقع، فإن القضبان المضغوطة تشبه إلى حدٍ ما قطعة مرِنة ممتدة تم تثبيتها بشدة.

يتم وضع القضيب المتصل باللحام (وتثبيته كذلك) في متوسط درجات الحرارة القصوى التي يشهدها هذا الموقع تقريبًا (وتُعرف باسم "درجة حرارة القضيب المحايدة")، وتهدف طريقة التركيب هذه، بجانب القوة العادية لبنية خط السكة الحديد، إلى منع خطوط السكك الحديدية من الانبعاج في حرارة الصيف أو الانفصال إلى أجزاءٍ في برودة الشتاء. وفي أمريكا الشمالية، تُمثل القضبان المكسورة مشكلةً ولكن ليس كتلك التي تمثلها الالتواءات الحرارية؛ وذلك لأنه يتم اكتشافها عادةً من خلال نظام الإشارات، بينما لا يتم اكتشاف الالتواءات الحرارية.

يتم استخدام الوصلات في القضيب المتصل باللحام عند الضرورة، وتُستخدم عادةً في فراغات دائرة الإشارة، فبدلاً من الوصلة التي تمر بخطٍ مستقيم عبر القضيب، يتم تقطيع نهايتي القضيب أحيانًا بزاوية لإعطاء انتقال أكثر سلاسة، وفي الحالات القصوى، كما في نهاية الجسور الطويلة يُشكِّل مفتاح التحويلة (والذي يُشار إليه في أمريكا الشمالية وبريطانيا بــوصلة التمدد) طريقًا سلسًا للعجلة في حين أنه يسمح لنهاية قضيب واحد بالتمدد متعلقًا بالقضيب التالي.