Miksi hitsatut ratakiskot eivät väänny?

Seuraa 
Viestejä6541
Liittynyt8.11.2007

Laitanpa tähän alkuun suoraa lainausta Wikipedian sivulta:

"Samoin ennen peräkkäisten ratakiskojen välissä oli raot. Tarvittaessa isompaa liikevaraa kiskojen päät viistettiin ja laitettiin limittäin, jolloin viisto raon muoto aiheutti vähemmän tärinöitä kuin suora rako. Nykyään usein ratakiskot hitsataan yhteen ja lämpölaajeneminen estetään kiinnittämällä kisko tiukasti ratapölkkyihin, jolloin lämpötilanmuutokset aiheuttavat kiskoihin lämpöjännityksiä, eli kylmä aiheuttaa vetojännitystä ja kuuma puristusjännitystä."

Eli miten ja miksi se hitsaaaminen poistaa lämpölaajenemisen? Vai vääntyvätkö kiskot niin pitkältä matkalta, että sitä ei huomaa? Vai onko esimerkiksi vaihteiden yhteydessä jotain rakoja, mihin kiskot pääsevät laajenemaan? Vai turpoaako kisko leveyssuunnassa, kun se joutuu puristusjännityksen kouriin?

Sivut

Kommentit (39)

Opettaja
Seuraa 
Viestejä1983
Liittynyt22.7.2011

Eikö se tuossa Wikipedian lainauksessa tullut sanottua. Ei se lämpölaajeneminen niin suurta voimaa saa aikaiseksi, ettei sitä voi kumota. Kääntäen: voihan metallia aina puristaa kasaankin.

Ertsu
Seuraa 
Viestejä6541
Liittynyt8.11.2007

Se lämpölaajenemisen aiheuttama voima on kyllä sellainen, että sillä siirtää vaikka kivitalon eikä hitsaaminen varmaankaan lisää kiskon vääntölujuutta miksikään?

kfa
Seuraa 
Viestejä2516
Liittynyt13.3.2008
Ertsu
Eli miten ja miksi se hitsaaaminen poistaa lämpölaajenemisen? Vai vääntyvätkö kiskot niin pitkältä matkalta, että sitä ei huomaa? Vai onko esimerkiksi vaihteiden yhteydessä jotain rakoja, mihin kiskot pääsevät laajenemaan? Vai turpoaako kisko leveyssuunnassa, kun se joutuu puristusjännityksen kouriin?



Hitsaaminen ei poista lämpölaajenemista. Hitsattu kisko lämpölaajenee mutta sen kiinnitykset estävät kiskon pituuden muutokset eli kiskoon kohdistuu lämpötilasta riippuva puristusvoima.

Lämpötilan nousu kasvattaa kiskon paksuutta suoraan lämpölaajenemisen vuoksi. Lämpölaajenemisesta aiheutuva puristusvoima kasvattaa kiskon paksuutta epäsuorasti materiaalin kimmomatriisin kautta (kappaleen venytys ohentaa ja puristus paksuntaa sitä).

http://en.wikipedia.org/wiki/Hooke%27s_Law

Kimmomatriisi, volumetric strain tensor

http://en.wikipedia.org/wiki/Infinitesi ... ain_theory

Kim Fallström kfa+news@iki.fi

Ertsu
Seuraa 
Viestejä6541
Liittynyt8.11.2007

Mutta eikö sama toimisi ilman hitsaamistakin? Voisi kuvitella, että yhtä hyvin kiskojen päät voisi laittaa toisiinsa kiinni ja estetään lämpölaajeneminen joillain tiukoilla kiinnityksillä.

lokki
Seuraa 
Viestejä4074
Liittynyt3.1.2010

Hitsattu kisko on talvikylmillä vetojännityksen alalisena ja kesäkuumalla puristuksella. Hitsaaminen tavallaan puolittaa lämpöjännitysten huiput. Hitsaamanton tönkkäliitos ei kanna kuin puristusta, eikä kestä niin hyvin kuumien kelien puristusnurjahdusta vastaan. Kiinnittämättä päät liikkuisivat noin puoli milliä kiskometriä kohti.

Kiskojen lämpöjännitykset ovat suuria (kymmeniä megapaskaleita) ja voimat siksi kymmeniä tonneja kiskon suuntaan. Siksi hitsattua kiskoa ei voi asentaa kovin jyrkille mutkille.

Vierailija

Kyllä tuo laajeneminen on huomioitu jo radan rakennusvaiheessa.

Rata rakennetaan loivaan mutkittelevaan muotoon, jolloin se laajeneminen saadaan mahtumaan mutkien liikuntaan, eikä sitä äkkipäätään edes havaitse.

Denzil Dexter
Seuraa 
Viestejä6665
Liittynyt7.8.2007
lokki
Hitsattu kisko on talvikylmillä vetojännityksen alalisena ja kesäkuumalla puristuksella. Hitsaaminen tavallaan puolittaa lämpöjännitysten huiput. Hitsaamanton tönkkäliitos ei kanna kuin puristusta, eikä kestä niin hyvin kuumien kelien puristusnurjahdusta vastaan. Kiinnittämättä päät liikkuisivat noin puoli milliä kiskometriä kohti.



Nusnus. Enemmän ehkä pyritään välttämään lämpöjännityshuippuja kuumissa lämpötiloissa, ts asennus tehdään joko kuumennetulle kiskolle, tai kesälämpötilassa.
Kylmentyminen aiheuttaa puhdasta vetoa kiskoon, mikä ei ole vaarallista, koska nurjahtamista ei voi tapahtua. Toisaalta edes 100C lämpötilamuutos ei vielä riko terästä (alfa 12E-6, eli tuosta tulee vasta 0.12% venymä).

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26898
Liittynyt16.3.2005

Rata kestää paremmin vetoa kuin puristusta. Muistaakseni neutraalilämpötila on Suomessa noin 20 asteen tuntumassa, mikä on huomattavasti lähempänä huippulämpötiloja kuin kylmimpiä. Jos ei kiskoja hitsattaisi, niin sitä kylmemmässä kiskojen väliin tulisi rako, mikä kuluttaisi kiskoja ja kalustoa ja estäisi liikennöinnin suurilla nopeuksilla.

Pölkytyksen ja ratasepelin tehtävänä on pitää rata paikoillaan siihen vaikuttavista valtavista voimista huolimatta. Se voima mikä siirtää kivitalon ei liikuta rataa, koska kivitalon rakennuksessa ei yleensä huomioida suuria sivuttaissuuntaisia voimia, koska niitä ei yleensä kohdistu taloihin. Radan tukeminen on oma tieteenlajinsa, ja erityisesti hitsattu rata vaatii oikeat pohjatyöt ja materiaalit. Sepeliä ei vain kaadeta pölkkyjen väliin, vaikka se siltä näyttää, vaan sen levitykseen tiivistykseen on erityisiä työkoneita. Se on myös laadultaan erityistä ratapohjasepeliä, joka tiivistyy hyvin suuria sivuttaisvoimia kestäväksi rakenteeksi.

Vierailija

Kiskon profiili on muotoiltu kantamaan pyöräkuorma ja antamaan pieni pintapaine ja kiinnityspinnat, Muuten se on kuin puolikypsä makaroni niille voimille joita alusta kantaa. Niin vaikka se henkii lujuutta.

Ertsu
Seuraa 
Viestejä6541
Liittynyt8.11.2007
fata morgana
Kyllä tuo laajeneminen on huomioitu jo radan rakennusvaiheessa.

Rata rakennetaan loivaan mutkittelevaan muotoon, jolloin se laajeneminen saadaan mahtumaan mutkien liikuntaan, eikä sitä äkkipäätään edes havaitse.


O.k. Siinä avausviestissänikin kysyin jo, että Vai vääntyvätkö kiskot niin pitkältä matkalta, että sitä ei huomaa?

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26898
Liittynyt16.3.2005
Ertsu
fata morgana
Kyllä tuo laajeneminen on huomioitu jo radan rakennusvaiheessa.

Rata rakennetaan loivaan mutkittelevaan muotoon, jolloin se laajeneminen saadaan mahtumaan mutkien liikuntaan, eikä sitä äkkipäätään edes havaitse.


O.k. Siinä avausviestissänikin kysyin jo, että Vai vääntyvätkö kiskot niin pitkältä matkalta, että sitä ei huomaa?



Ei noin. Eivät ne kiskot väänny eivätkä kaarteet liiku, vaan ne kiinnitetään niin tiukasti, että ne eivät pääse liikkumaan, vaan lämpölaajeneminen tuottaa kiskon suunnassa veto- tai puristusjännityksiä, jotka venyttävät tai puristavat terästä. Ei se sen ihmeellisempi asia ole, ihan normaalia materiaalin joustoa vain. Lämpölaajenemisen tuottamat voimat ovat ratakiskojen tapauksessa isoja, mutta eivät niin isoja etteikö niitä voisi hallita.

Vierailija
Neutroni
Ertsu
fata morgana
Kyllä tuo laajeneminen on huomioitu jo radan rakennusvaiheessa.

Rata rakennetaan loivaan mutkittelevaan muotoon, jolloin se laajeneminen saadaan mahtumaan mutkien liikuntaan, eikä sitä äkkipäätään edes havaitse.


O.k. Siinä avausviestissänikin kysyin jo, että Vai vääntyvätkö kiskot niin pitkältä matkalta, että sitä ei huomaa?



Ei noin. Eivät ne kiskot väänny eivätkä kaarteet liiku, vaan ne kiinnitetään niin tiukasti, että ne eivät pääse liikkumaan, vaan lämpölaajeneminen tuottaa kiskon suunnassa veto- tai puristusjännityksiä, jotka venyttävät tai puristavat terästä. Ei se sen ihmeellisempi asia ole, ihan normaalia materiaalin joustoa vain. Lämpölaajenemisen tuottamat voimat ovat ratakiskojen tapauksessa isoja, mutta eivät niin isoja etteikö niitä voisi hallita.



Kyllä vain ne rakennetaan aivankuin sanoin. (exraktia tietoa)

Vanha jäärä
Seuraa 
Viestejä1557
Liittynyt12.4.2005

Vanha viidakon sanonta on, että sata astetta lämpötilanmuutosta on teräkselle milli metrille, eli metri kilometrille. Tosiasiassa matka on hieman pitempi. Tuon pituuden muutoksen verran on kiskojen siirryttävä kaarteessa tai Hooken lain, σ = E⋅ε, mukaan on jännityksen muutosta σ tultava 210 GPa ⋅ 0,001 = 210 MPa, mikä ei vielä aiheuta myötöä normaaleissa kiskomateriaaleissa.

Vanha jäärä

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26898
Liittynyt16.3.2005
Vanha jäärä
Vanha viidakon sanonta on, että sata astetta lämpötilanmuutosta on teräkselle milli metrille, eli metri kilometrille. Tosiasiassa matka on hieman pitempi. Tuon pituuden muutoksen verran on kiskojen siirryttävä kaarteessa tai Hooken lain, σ = E⋅ε, mukaan on jännityksen muutosta σ tultava 210 GPa ⋅ 0,001 = 210 MPa, mikä ei vielä aiheuta myötöä normaaleissa kiskomateriaaleissa.



Useiden kilometrien mittaiset suorat ovat rautateillä aivan tavallisia, ja niiden päissä on yleensä lyhyet kaarteet (muutaman asteen kaarto). Jos nyt joku väittää, että kiskot liikkuvat kaarteissa metrikaupalla kesän ja talven välillä, mikä edellyttäisi kymmenien metrien sivuttaisliikkeitä kaarteissa, aika eksoottinen näkemys täytyy olla rautateistä. Kannattaisikohan joskus käydä katsomassa radan varressa.

Vierailija
Neutroni
Vanha jäärä
Vanha viidakon sanonta on, että sata astetta lämpötilanmuutosta on teräkselle milli metrille, eli metri kilometrille. Tosiasiassa matka on hieman pitempi. Tuon pituuden muutoksen verran on kiskojen siirryttävä kaarteessa tai Hooken lain, σ = E⋅ε, mukaan on jännityksen muutosta σ tultava 210 GPa ⋅ 0,001 = 210 MPa, mikä ei vielä aiheuta myötöä normaaleissa kiskomateriaaleissa.



Useiden kilometrien mittaiset suorat ovat rautateillä aivan tavallisia, ja niiden päissä on yleensä lyhyet kaarteet (muutaman asteen kaarto). Jos nyt joku väittää, että kiskot liikkuvat kaarteissa metrikaupalla kesän ja talven välillä, mikä edellyttäisi kymmenien metrien sivuttaisliikkeitä kaarteissa, aika eksoottinen näkemys täytyy olla rautateistä. Kannattaisikohan joskus käydä katsomassa radan varressa.



Asun raran varressa, eihän ne kiskot metritolkulla väänny, eikä tarvitsekaan.
Rata kuitenkin rakennetaan loiviin mutkiin, jouston vuoksi ( sanoin jo extraktia tietoa)

Sitä voi myös miettiä kuinka paljon toinen kisko on vaikka toista pidempi kilometrejä pitkässä kaarteessa.
Jos todella vaivautuu sinne radan varteen voi myös havaita niiden mutkittelevan, puolelta toiselle.

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat