كيف تبني السكك الحديدية

تختلف أنظمة التشغيل في السكك الحديدية حسب المنطقة والبلد، ولكن بشكل عام، يمكن تصنيف أنظمة التشغيل إلى الأنظمة التالية:

1- الأنظمة الكهربائية المستمرة: تستخدم في بعض الدول وتعتمد على تيار مستمر لتشغيل القطارات.

2- الأنظمة الكهربائية المترددة: تستخدم في معظم الدول وتعتمد على تيار متردد لتشغيل القطارات.

3- الأنظمة الميكانيكية: تستخدم في بعض الدول وتعتمد على قوة المحركات الحرارية أو الديزل لتشغيل القطارات.

وتتفاوت تقنيات نظم التشغيل هذه بين استخدام وقود الديزل، والقدرة الكهربائية، وأنواع الخطوط ومقاييسها وأجهزة الإشارة.

تختلف الأنظمة الكهربائية المستخدمة في السكك الحديدية حول العالم حسب المناطق الجغرافية والتاريخية والاقتصادية والتقنية. ومع ذلك ، يمكن تقسيمها إلى نوعين رئيسيين:

1. الأنظمة الكهربائية المستمرة (DC): تستخدم الأنظمة المستمرة على نطاق واسع في الولايات المتحدة وبعض الدول الأوروبية. وتتميز هذه الأنظمة بأنها تستخدم جهد كهربائي ثابت تتراوح قيمته بين 600-3000 فولت. وتستخدم هذه الأنظمة عادة في السكك الحديدية الخفيفة والمتوسطة.

2. الأنظمة الكهربائية المتناوبة (AC): تستخدم الأنظمة المتناوبة على نطاق واسع في أوروبا وآسيا وأفريقيا وأستراليا. وتتميز هذه الأنظمة بأنها تستخدم جهد كهربائي متغير يتراوح قيمته بين 15-25 كيلو فولت. وتستخدم هذه الأنظمة عادة في السكك الحديدية الثقيلة.

ومن بين الأنظمة الكهربائية المتناوبة هناك:

– الأنظمة الكهربائية المتناوبة 50 هرتز: تستخدم في أوروبا وآسيا وأفريقيا وأستراليا.

– الأنظمة الكهربائية المتناوبة 60 هرتز: تستخدم في الولايات المتحدة وكندا واليابان والفلبين.

– الأنظمة الكهربائية المتناوبة المزدوجة: تستخدم في بعض الدول التي تربط بينها سكك حديدية مختلفة الأنظمة الكهربائية.

بشكل عام ، يمكن القول إن الأنظمة الكهربائية المستمرة تعتبر أكثر تكلفة وصيانة من الأنظمة الكهربائية المتناوبة ، ولكنها توفر أداءً أفضل في القوة والتحكم في السرعة. وعلى الجانب الآخر ، تكون الأنظمة الكهربائية المتناوبة أكثر كفاءة وأقل تكلفة في الصيانة.

تعتمد الخرائط على استخدام العديد من الرموز التي تساعد في تمييز العناصر والمعالم الموجودة بداخلها، ومن أبرز الرموز المستخدمة في رسم الخرائط:

1- النقط: تستخدم لتمييز المواقع والمعالم الصغيرة والمهمة.

2- الخطوط: تستخدم للحدود بين الدول والولايات والمدن والطرق والأنهار، فضلاً عن السكك الحديدية والأنفاق.

3- الأيقونات: تساعد في تمييز المعالم والمزارات السياحية والدينية والتاريخية والترفيهية والثقافية.

4- الألوان: تستخدم لتمييز المناطق الجغرافية والتضاريسية والرمال خاصة لتمييز الأراضي الزراعية والمناطق الحضرية والطبيعية.

تلعب هذه الرموز دورًا هامًا في رسم الخرائط، حيث تعطي المعلومات بصورة سهلة وسلسة وتخلق انطباعاً بصريًا جميلًا للمستخدم. كما تتيح للمستخدم فهم الخريطة باستخدام بعض القواعد البسيطة والشائعة، وتضيف الكثير من القيمة للخريطة.

يعتبر الترميز والمعايير والمواصفات من الأدوات الضرورية في تصميم السكك الحديدية، حيث تساعد في تحديد المعايير والمواصفات التي يجب تطبيقها على السكك الحديدية والنظم المتعلقة بها. تسهم هذه العناصر في توحيد المفاهيم المستخدمة في المجال، وضمان جودة العملية والأمان، وتوفير الكفاءة والاستدامة، وتسهيل التشغيل والصيانة والإدارة في المستقبل. ومن أهم المعايير والمواصفات العالمية التي تطبق على السكك الحديدية هي المواصفات الأوروبية (EN) والمواصفات الأمريكية (AREMA) والمواصفات الروسية (GOST) ومواصفات الاتحاد الدولي للنقل الحديدي (UIC).

هناك العديد من الأساليب التي يمكن استخدامها لتحسين الإنتاجية في خدمات السكك الحديدية، من بينها:

1- تحسين جدول القطارات: يمكن تحسين جدول القطارات بحيث يتم تخفيض الوقت بين الرحلات وزيادة عدد الرحلات.

2- تحديث الأسطول: يمكن تحديث الأسطول بطريقة دورية للحفاظ على حالتها الجيدة وتحسين سرعة الرحلات.

3- تدريب العاملين: من خلال تدريب العاملين وتحسين مهارتهم، يمكن زيادة سرعة وكفاءة العمل في الخدمات الحديدية.

4- استخدام التكنولوجيا: يمكن استخدام التكنولوجيا مثل نظم إدارة الأسطول وتحديد المواقع الجغرافية لتحسين جدولة القطارات وتعزيز التواصل بين قائدي القطارات والمراقبين لزيادة القدرة على الاستجابة السريعة.

5- إدارة الموارد: يمكن تحسين إدارة الموارد مثل الوقود والمواد الأخرى لتحسين كفاءة الأسطول وتوفير التكاليف.

6- خطط الصيانة: يمكن تطبيق خطط الصيانة بطريقة منتظمة لمنع التعطلات غير المتوقعة وتحسين الأداء العام للأسطول.

تطبيق هذه الاستراتيجيات يمكن أن يحسن بشكل كبير الإنتاجية في خدمات السكك الحديدية.

يمكن تركيب سكة الحديدية على مساحات مائية باستخدام الأساليب التالية:

1- التمهيد والبناء على البر: حيث يتم بناء السكة الحديدية على البر وتمديدها فوق المساحات المائية باستخدام جسور أو رصيف خاص.

2- تركيب الجسور والأنفاق: وهي استخدام الجسور المعلقة والمبنية على قواعد مرتبطة بالأرض ومدادات معدنية، ويمكن أيضًا استخدام الأنفاق لانتقال السكة الحديدية.

3- الأنفاق العائمة: وهي أنفاق تطفو على سطح الماء باستخدام مادة البولي إيثيلين المتعدد الأضلاع وتستخدم للاتصال بين البر والجزر أو المنصات المائية.

4- التركيب العائم: وهي استخدام المنصات العائمة لتثبيت السكة الحديدية فوق المياه، حيث يتم ربطها بالجزر أو اليابسة عبر الجسور.

يتم اختيار الأسلوب المناسب حسب طبيعة المنطقة وخصائص البيئة والتضاريس وتنسيقه مع البنية التحتية المحلية.

هناك عدة أطوال قياسية للسكك الحديدية التي تستخدم في هندسة السكك الحديدية، وتختلف حسب الدولة ونوع الخط الحديدي المستخدم. ومن بين هذه الأطوال:

– في الولايات المتحدة، الأطول هي 4897 أقدام (1490 متر) وتستخدم في خطوط السكك الحديدية الطويلة والسريعة.
– في المملكة المتحدة، الأطوال القياسية هي 30 أقدام (9٫14 متر) و36 أقدام (10٫96 متر) و351/100 أقدام (107 متر)، وتستخدم بشكل رئيسي في شبكة السكك الحديدية البريطانية.
– في ألمانيا، الأطول هي 40 مترًا، وتستخدم في السكك الحديدية السريعة.
– في فرنسا، الأطول هي 20 مترًا و25 مترًا، وتستخدم في السكك الحديدية السريعة والبطيئة.
– في اليابان، الأطول هي 36 مترًا و54 مترًا، وتستخدم بشكل رئيسي في نظام القطارات السريعة.

تختلف نظم السكك الحديدية في الدول المختلفة في أشكالها وأحجامها وتقنياتها ومواصفاتها وطرق تشغيلها. ومن بين الاختلافات الأساسية التي تظهر التأثير الكبير على النظم المختلفة هي:

1- المسافة بين القضبان: تختلف المسافة بين قضبان السكة الحديدية، فبعض الدول تستخدم قضباناً أوسع بتسعة سنتيمترات وأخرى تأخذ قضبان ضيقة.

2- نظام الإشارات: تختلف الإشارات في نظم السكك الحديدية في العديد من الدول، فبعضها تستخدم الضمادات لإظهار المسار المخصص للقطارات والآخرين يستخدمون أنظمة إشارات خاصة.

3- الوزن القياسي للقطارات: تختلف أيضًا أحمال القطارات المسموح بها في الدول المختلفة، مما يجعل بعض الدول تفضل استخدام القطارات الخفيفة بينما تستخدم الدول الأخرى القطارات الثقيلة.

4- تقنيات التشغيل: تستخدم بعض الدول التقنيات التي لا تتطلب قطارات بشرية مثل ذراع القيادة الذاتية، وفي الدول الأخرى تستخدم تقنيات أخرى بما في ذلك نظم القطارات المؤتمتة وعربات السكة الحديدية بدون قاطرة.

5- التكلفة والإنفاق: تختلف أيضًا تكلفة وإنفاق بناء السكك الحديدية في الدول المختلفة، حيث يتم استخدام مصادر تمويل مختلفة للمشاريع. وتعتبر الاختلافات المذكورة أعلاه مع الوقت يمكن أن تتغير مع تقدم التكنولوجيا والعلوم وبناء المزيد من المسارات الحديدية في البلاد.

عندما ترتفع درجة حرارة السكة الحديدية، يتسبب ذلك في تمدد السكك الحديدية. وبما أن السكك الحديدية مصنوعة من مادة الفولاذ، فإن تمددها يعني زيادة طولها بشكل طفيف. وعلى العكس من ذلك، عندما تنخفض درجة حرارة السكة الحديدية، يتقلص السكة الحديدية ويقل عمقها.

هذا التمدد والانكماش يؤدي إلى تغير في الأبعاد في نظام السكك الحديدية، مما يؤثر على السلامة والاستقرار للقطارات التي تسير على السكة الحديدية. لذلك، تستخدم السكك الحديدية تقنيات مختلفة للتعامل مع هذه التغيرات في الأبعاد، مثل استخدام مسامير خاصة لتثبيت السكك الحديدية في مكانها وتسمح بحرية التمدد والانكماش، وتركيب وسائل التحكم في درجة الحرارة لمنع تغير الأبعاد بشكل كبير.

تؤثر كثافة الأرضية على سلامة السكك الحديدية عبر عدة عوامل، بما في ذلك:

1- تأثير الضغط: إذا كانت كثافة الأرضية منخفضة، فقد يؤدي ذلك إلى زيادة الضغط على السكة الحديدية وزيادة احتمالية حدوث تشوهات فيها أو تحطمها.

2- التراجع الحراري: تقلص الأرضية خلال الطقس البارد وتتمدد في الطقس الحار، وهذا يمكن أن يؤدي إلى تشوهات في السكك الحديدية إذا لم تكن مرنة بما فيه الكفاية.

3- العوامل الجيولوجية: قد تؤثر الصخور والتربة الصلبة على السكك الحديدية بطريقة ضارة، وقد تؤدي الأخطاء الجيولوجية في المنطقة المحيطة بالسكة الحديدية إلى اهتزاز الأرضية وتعريض السكك الحديدية للتلف أو الانفصال.

لذلك، من المهم تصميم وصيانة السكك الحديدية بطريقة تضمن تحملها للظروف المختلفة وتهيئة الأرضية تحت السكة الحديدية بطريقة تلبي متطلبات السلامة.