MY RAIL

Tổng quan về đường sắt

Đường sắt là gì?

Đường sắt có thể được định nghĩa là một hệ thống giao thông đường bộ cố định có giá trị cao, chuyên chở hành khách và vận chuyển hàng hóa trong các toa xe được chế tạo có mục đích, sử dụng các hệ thống lực kéo cao được thiết kế đặc biệt và được kiểm soát bởi hệ thống có hệ số an toàn cao. Đường sắt phải tuân theo các chế độ an toàn được quy định chặt chẽ, yêu cầu về thông tin liên lạc đường dài đáng tin cậy và nhân viên được đào tạo đặc biệt đáp ứng các yêu cầu về vận hành hệ thống. Chi phí xây dựng, vận hành và bảo trì đường sắt thường không mang lại lợi tức đầu tư thương mại và do đó đòi hỏi phải có sự trợ cấp của Chính phủ..

Tuổi thọ của tài sản đường sắt thường nằm trong khoảng 20-40 năm đối với hệ thống điện và cơ khí và 60-120 năm đối với cơ sở hạ tầng kỹ thuật dân dụng cố định, khi hệ thống đường sắt được quản lý đúng cách và bảo trì thường xuyên. Vì tuổi đời của hệ thống đường sắt cao nên khi quy hoạch xây dựng mới cần tính toán thiết kế hệ thống chi tiết và hợp lý, quản lý chiến lược các hệ thống hiện có và lên kế hoạch phát triển thay thế phù hợp với hệ thống đang khai thác.

Lịch sử đường sắt:

Tuyến đường sắt lâu đời nhất được biết đến bởi con người(động vật) có từ thế kỷ thứ 6 trước Công nguyên ở Corinth, Hy Lạp.

Mãi đến giữa thế kỷ 16, tại Đức, vận tải đường sắt mới phát triển thêm bằng cách sử dụng xe ngựa kéo và vận chuyển hàng hóa bằng đường ray và cáp lên các con dốc.

Đường sắt hiện đại đánh dấu bằng sự phát triển của đầu máy xe lửa hơi nước của Anh vào đầu thế kỷ 19. Do đó, có thể coi hệ thống đường sắt ở Vương quốc Anh là lâu đời nhất trên thế giới. Được xây dựng bởi George Stephenson và con trai của ông là Robert Stephenson. Hai bố con nhà Stephenson thành lập công ty “Locomotion số 1” là đơn vị đầu tiền sử dụng đầu máy hơi nước chuyên chở hành khách trên tuyến đường sắt công cộng, tuyến đường sắt Stockton-Darlington vào năm 1825. George Stephenson cũng đã xây dựng tuyến đường sắt công cộng liên thành phố đầu tiên, tuyến đường chỉ sử dụng đầu máy hơi nước, đó là tuyến đường sắt Liverpool-Manchester mở cửa vào năm 1830. Với động cơ hơi nước, người ta có thể xây dựng đường sắt chính, là thành phần chính của Cuộc cách mạng Công nghiệp. Ngoài ra, đường sắt giảm chi phí vận chuyển, và cho phép ít hàng hóa bị mất hơn, so với vận tải đường thủy, thường xuyên phải đối mặt với việc chìm tàu. Sự thay đổi từ kênh đào sang đường sắt đã làm cho khoảng cách giữa cách vùng miền được thu ngắn lại, do đó giá cả các mặt hàng trên cả nước sẽ có sự chênh lệch không đáng kể. Sự mở rộng của mạng lưới đường sắt và việc sử dụng biểu đồ chạy tàu, dẫn đến việc chuẩn hóa thời gian ở Anh dựa trên Giờ chuẩn Greenwich (Greenwich Mean Time). Trước đó, các thị trấn và thành phố lớn đã sử dụng múi giờ địa phương sai lệch so với GMT. Phát minh và phát triển đường sắt ở Vương quốc Anh là một trong những phát minh công nghệ quan trọng nhất của thế kỷ 19. Tuyến đường sắt ngầm đầu tiên trên thế giới, Đường sắt Metropolitan (một phần của London Underground), được khai trương vào năm 1863.

Vào những năm 1880, các đoàn tàu điện đã được giới thiệu, dẫn đến điện khí hóa xe điện và hệ thống giao thông nhanh chóng. Bắt đầu từ những năm 1940, đường sắt ở hầu hết các quốc gia sử dụng đầu máy hơi nước được thay thế bằng đầu máy diesel-điện, và quá trình điện khí hóa đầu máy gần như hoàn thành vào những năm 2000. Trong những năm 1960, các hệ thống đường sắt cao tốc điện khí hóa đã được xây dựng và đưa vào sử dụng Nhật Bản. Và sau đó các nước Đức, Pháp, Trung Quốc, Hàn Quốc, … cũng phát triển hệ thống đường sắt cao tốc này. Do các vấn đề môi trường, nhiều quốc gia đang trong quá trình thay thế hoàn toàn đầu máy diesel bằng đầu máy điện, ví dụ như Thụy Sĩ họ đã hoàn toàn điện khí hóa mạng lưới đường sắt của mình. Ngoài các phương thức vận hành truyền thống chạy trên 2 thanh ray thì hiện nay đường sắt còn có các phương thức khác như monorail hoặc maglev, nó đã được thử nghiệm, vận hành tại một số Quốc gia tuy nhiên còn nhiều hạn chế do vậy chưa thực sự phổ biến.

Sau Thế chiến II, do sự cạnh tranh từ ô tô và máy bay, vận tải đường sắt đã bị lép vế. Tuy nhiên, thời gian gần đây do tình trạng giao thông đường bộ luôn quá tải, cũng như giá nhiên liệu tăng cao, điều này là cơ hội để hồi sinh ngành đường sắt. Ngoài ra,Chính phủ các nước đầu tư vào đường sắt như một phương tiện để giảm lượng khí thải CO2 trong bối cảnh các nước đang dành sự quan tâm hàng đầu về sự nóng lên toàn cầu.

Tổng quan hệ thống đường sắt

Hệ thống đường sắt là một tổ hợp các hệ thống các quan hệ mật thiết với nhau, nhằm đảm bảo an toàn cho quá trình điều khiển, vận hành;

Hệ thống đường sắt bao gồm: hệ thống tín hiệu, hệ thống thông tin, hệ thống cấp nguồn, hạ tầng đường sắt, đầu máy toa xe, hệ thống vận hành, thiết bị dịch vụ hành khách, các thiết bị an toàn khác, …

  1. Đầu máy toa xe:

Đoàn tàu là một loạt các phương tiện đường sắt kết nối di chuyển dọc theo đường ray. Lực đẩy cho tàu được cung cấp bởi đầu máy riêng biệt (động lực tập trung) hoặc từ các động cơ riêng lẻ trên nhiều trục bánh (động lực phân tán). Hầu hết các chuyến tàu đều vận hành và mang lại doanh thu, chỉ một số ít trong số đó không mang lại doanh thu như việc sử dụng các thiết bị máy chuyên dùng đường sắt phục vụ để duy tu bảo trì. Nhân viên lái máy là người điều khiển đầu máy hoặc những toa xe chuyên dụng khác, tuy nhiên ở một số hệ thống đường sắt mới thì phương tiện được điều khiển tự động hoàn toàn.

Phương thức vận chuyển của đoàn tàu

Theo truyền thống, tàu được kéo bằng đầu máy. Có nghĩa là phương tiện chạy bằng điện được đặt ở phía trước tàu, nó cung cấp đủ lực kéo để chuyên chở trọng lượng của toàn bộ đoàn tàu. Việc sắp xếp này vẫn chiếm ưu thế đối với các chuyến tàu chở hàng và thường được sử dụng cho các chuyến tàu chở khách. Còn đoàn tàu sử dụng phương pháp kéo đẩy, với một đầu máy phía cuối. Điều này cho phép loại bỏ một trong những nhược điểm của tàu chạy bằng đầu máy, vì đầu máy không cần phải di chuyển về phía trước tàu mỗi khi tàu đổi hướng. Một chiếc xe lửa là một phương tiện được sử dụng để chuyên chở hành khách hoặc vận chuyển hàng hóa.

Động lực

Từ thuở sơ khai, động lực kéo của tàu hỏa đã trải qua nhiều thay đổi.

Thời gian đầu, sử dụng đầu máy hơi nước là đầu máy tàu hỏa với động cơ hơi nước. Than, dầu mỏ, hoặc gỗ được đốt trong buồng đốt, đun sôi nước trong nồi hơi để tạo hơi áp suất. Hơi nước đi qua hộp khói trước khi đi qua ống khói hoặc ngăn khói. Trong quá trình này, nó cung cấp năng lượng cho một pít-tông truyền năng lượng trực tiếp thông qua một thanh kết nối và một tay quay trên bánh xe lái xe (lái chính của Hoa Kỳ) hoặc đến một trục khuỷu trên trục lái xe. Đầu máy xe lửa hơi nước đã bị thay thế ở hầu hết các nơi trên thế giới vì lý do kinh tế và an toàn, mặc dù nhiều chiếc được bảo quản nhằm phục vụ để du lịch hoặc thăm quan di sản.

Đầu máy điện lấy năng lượng từ nguồn cố định thông qua dây dẫn trên cao hoặc đường ray thứ ba. Động cơ điện trên đầu máy có thể là AC,DC hoặc hỗn hợp tùy vào mô hình sử dụng. Nguồn điện được cấp là điện áp cao, dòng điện thấp được đưa vào bộ biến đổi trong đầu máy, sau đó nó được chuyển thành dạng điện áp thấp và dòng cao cấp cho động cơ động lực kéo. Xét trên nhiều khía cạnh thì đầu máy điện cung cấp lực kéo lớn nhất. Chúng cũng rẻ nhất, có ít tiếng ồn hơn và không gây ô nhiễm không khí cục bộ. Tuy nhiên, chúng đòi hỏi đầu tư vốn cao cho cả đường dây truyền tải điện và cơ sở hạ tầng hỗ trợ, cũng như các nguồn cần thiết để sản xuất điện. Theo đó, lực kéo điện được sử dụng trên các hệ thống đường sắt đô thị, các tuyến có lưu lượng cao và cho đường sắt cao tốc.

Đầu máy diesel sử dụng động cơ diesel làm động lực chính. Việc truyền năng lượng có thể là diesel-điện, diesel-cơ hoặc diesel-thủy lực nhưng diesel-điện là chủ yếu.

Ngoài 3 nguồn động lực chủ yếu ở trên, còn có các phương pháp khác bao gồm đệm từ trường, kéo ngựa, cáp, khí nén và tuabin khí.

Toa xe:

Phân loại toa xe

Toa chở hàng: Toa xe G, H,M,N,P,XT,CD

[G] toa xe thùng kín có mui.

[H] toa xe mui mở chuyên dùng chở quặng

[M] toa xe bệ phẳng chở container hoặc bệ lõm ở giữa để chở hàng siêu trường

[N] toa xe cửa lật thành lửng, thấp hơn toa xe H

[P] toa xe chuyên dùng chở chất lỏng

[XT] toa xe dành cho trưởng tàu đi áp tải tàu hàng

[CD] toa xe cứu hộ cứu nạn.

Toa chở khách

[A] toa xe ngồi mềm

[B] toa xe ngồi cứng

[An] toa xe nằm mềm

[Bn] toa xe nằm cứng

[C] toa xe ngồi cứng khổ 1.435mm

Toa hỗ trợ khác:

Toa phát điện: [CVPĐ], [BVPĐ], [HLPĐ] ,[HC-PĐ]

Toa hàng ăn: [HC]

Toa hành lý: [HL]

Hệ thống tín hiệu đường sất

Đoàn tàu được dẫn hướng bởi các đường ray cố định. Do cấu tạo nên ma sát giữa bánh xe và đường ray thấp, khối lượng và quán tính lớn nên để dừng tàu khẩn cấp  với khoảng cách ngắn trong trường hợp khẩn cấp rất khó. Vì thế cần phải có hệ thống tín hiệu đường sắt nhằm kiểm soát tuyến đường sắt một cách an toàn để ngăn chặn các va chạm. Hầu hết các hình thức kiểm soát đoàn tàu liên quan đến việc thực thi hiệu lệnh điều khiển từ nhân viên điều độ hoặc hệ thống tín hiệu tới đầu máy.

Hệ thống tín hiệu đường sắt theo truyền thống được chia thành tín hiệu trong ga và tín hiệu ngoài khu gian.

Đường ray:

Đường ray được đặt trên đất thuộc sở hữu hoặc cho thuê của công ty đường sắt. Do mong muốn duy trì điểm số khiêm tốn, đường ray thường sẽ được đặt trong các tuyến đường quanh co trong địa hình đồi núi hoặc đồi núi. Yêu cầu về chiều dài và cấp tuyến có thể được giảm bằng cách sử dụng các đoạn cắt, cầu và đường hầm xen kẽ – tất cả đều có thể làm tăng đáng kể chi phí vốn cần thiết để phát triển quyền, đồng thời giảm đáng kể chi phí vận hành và cho phép tốc độ cao hơn trên các đường cong bán kính dài hơn. Trong các khu vực đô thị hóa dày đặc, đường sắt đôi khi được đặt trong các đường hầm để giảm thiểu ảnh hưởng đến các tài sản hiện có.

Đường ray bao gồm hai đường ray thép song song, được neo vuông góc với các thanh ngang được gọi là tà vẹt bằng gỗ, bê tông, thép hoặc nhựa để duy trì khoảng cách nhất quán hoặc thước đo đường ray. Đồng hồ đo đường sắt thường được phân loại là thước đo tiêu chuẩn – thước thủy bình (được sử dụng trên khoảng 55% các tuyến đường sắt hiện có trên thế giới), khổ rộng và khổ hẹp. Ngoài thước đo đường ray, các rãnh sẽ được đặt để phù hợp với Tải máy đo xác định chiều cao và chiều rộng tối đa cho các phương tiện đường sắt và tải trọng của chúng để đảm bảo lối đi an toàn qua cầu, đường hầm và các cấu trúc khác.

Đường đua hướng dẫn các bánh xe hình nón, mặt bích, giữ cho xe chạy trên đường đua mà không cần lái chủ động và do đó cho phép các chuyến tàu dài hơn nhiều so với phương tiện giao thông đường bộ. Các đường ray và dây buộc thường được đặt trên một nền tảng làm bằng đất nén trên đỉnh được đặt một lớp dằn để phân phối tải trọng từ các mối quan hệ và để tránh đường ray bị vênh khi mặt đất lắng xuống theo thời gian dưới sức nặng của xe vượt qua

Đá ballast cũng phục vụ như một phương tiện thoát nước. Một số tuyến đường mới trong các khu vực đặc biệt được đính kèm bằng cách cố định trực tiếp mà không cần tà vẹt. Thanh ray có thể được đúc sẵn hoặc lắp ráp tại chỗ. Bằng cách hàn các thanh ray với nhau để tạo ra chiều dài của đường ray hàn liên tục. Với việc liên kết tốt tại các điểm nối ray sẽ làm giảm dập đầu ray và mang lại sự êm ái của đoàn tàu khi qua điểm này.

Trên các đường cong, đường ray ngoài có thể ở mức cao hơn đường ray bên trong. Điều này được gọi là superelevation hoặc không thể. Điều này làm giảm các lực lượng có xu hướng thay thế đường đua và tạo ra một chuyến đi thoải mái hơn cho vật nuôi đứng và hành khách đứng hoặc ngồi. Một lượng superelevation nhất định có hiệu quả nhất trong một phạm vi tốc độ giới hạn.

Điểm rẽ hướng là vị trí chuyển hướng đoàn tàu vào các đường định sẵn.

Các đinh tăm pông dùng để giữ liên kết giữa ray và tà vẹt có thể bị lỏng lẻo theo thời gian vì vậy cần kiểm tra duy tu thường xuyên. Dưới các yếu tố môi trường, nhiệt độ khắc nghiệt của đường sắt, tavẹt sẽ bị vỡ, mục nát có thể được thay thế mới. Đối với nền đường bị sụt lún, thì chúng có thể được nâng lên bằng máy móc chuyên dụng và lắp bổ sung tà vẹt để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đường ray.

Định kỳ, đá ballast phải được loại bỏ và thay thế bằng đá ballast sạch để đảm bảo thoát nước đầy đủ. Cống và các lối đi khác cho nước phải được giữ sạch sẽ, tránh trường hợp dòng nước bị chặn bởi rãnh nước ngấm xuống nền đường, gây ra sạt lở. Khi các rãnh nước được đặt dọc theo các con sông, bảo vệ bổ sung thường được đặt để ngăn chặn sự xói mòn bờ suối trong thời gian nước dâng cao.

Cầu, hầm thường phải chịu áp lực lớn trong một khoảng thời gian ngắn khi một đoàn tàu hạng nặng đi qua. Do vậy phải kiểm tra thường xuyên các thông số kỹ thuật.

Show More

Related Articles

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Back to top button
Close