Oor op het spoor?

[jkien]

Vroeger kon men de trein horen aankomen door met het oor op de rails te luisteren. In dit krantenartikeltje bijvoorbeeld zegt iemand die in de jaren '60 opgroeide langs het spoor dat hij de trein al kon horen op een afstand van 4 km (Baarle Nassau -  Alphen), als hij zijn oor op het spoor legde. Maar oude spoorrails had om de dertig meter een dilatatievoeg, een luchtspleet om uitzetting van de spoorstaaf op hete zomerdagen op te vangen. Hoe kon het treingeluid de dilatatievoegen passeren?

 

[klazon]

Bij de voegen zijn de rails verbonden met lasplaten, en die zijn tamelijk strak vast gebout.

Bovendien was het kedeng-kedeng vrij duidelijk hoorbaar.

[jkien]

Aha, zoals op deze foto:


(Bron: wikipedia)

De term lasplaat is kennelijk spoorjargon? Voor mij verwarrend omdat de term suggereert dat de lasplaat aan de rail is vastgesoldeerd en dus niet kan schuiven. Maar hij moet wel schuiven, het is een dilatatievoeg.

[klazon]

Ja, dat is de normale benaming. En ja hij kan schuiven. De lasplaat zet zich als een wig klem tussen de schuine kant van de railkop en de railvoet. Voor het schuiven is behoorlijk wat kracht nodig, maar de uitzettingskracht van de railstaven is daarvoor groot genoeg.
Verder kan ik zien dat dit een Engels stuk spoor is. Daar zitten de boutkoppen aan de binnenkant van het spoor en de moeren aan de buitenkant. Op het continent is het precies andersom.

[jkien]

Goed, het woord 'las' betekent bij de elektriciteit thuis eigenlijk ook niet meer dan een klemverbinding, zoals in lasdop en lasklem. Een las is een verbinding die net goed genoeg is, en snel gemaakt zonder verhitten en smelten.

[klazon]

Het woord las betekent verbinding of aaneenhechting. In de bouw kent men b.v. las als een verbinding tussen houten balken. Daar wordt niks aan elkaar gesmolten. Ook lijmverbindingen worden vaak lassen genoemd. 

[king nero]

Onder die lasplaten zit vet, om de uitzetting te kunnen verwezenlijken. Dit lijkt me nogal beperkend/dempend om trillingen door te geven...

Vooral omdat stukken rail vroeger geleverd werden in lengtes van 36m (dus > 100 dergelijke verbindingen...)

[jkien]

Ik vraag me af of de geringe amplitude van geluidstrillingen leidt tot glijden, zelfs als er vet, of kruipolie en teflonspray onder de lasplaten is gespoten.(1) Het alternatief is dat de amplitude van het geluid zo klein is dat de lasplaat niet glijdt, omdat het binnen de marges van de hysterese blijft.
 
Misschien is het wel mogelijk om een dB-verlies per dilatatievoeg te specificeren. Ik ben ook benieuwd of ergens te vinden is wat de grootste afstand is waarop Amerikaanse indianen met hun oor op de rails de trein konden horen aankomen, zou dat niet meer dan 4 km zijn?

 

Terzijde: een geluidsopname van het kedeng-kedeng gedreun en gedruis van voegenspoor (of clickety-clack van joint track), dat in Nederland helaas nergens meer te horen is: 2.

[jkien]

Vandaag een zeldzaam stukje ouderwets voegenspoor ontdekt, de museumtramlijn Amsterdam. De spoorstaaflengte wisselt op de plek waar ik was, het langste stuk was 300 meter. Aan weerszijden van die 300 meter zat een voeg van 1,5 cm, bij een temperatuur van 0 °C. Dan valt te berekenen bij welke temperatuur de voeg zich zal sluiten: 

ΔL = α L ΔT, dus ΔT = ΔL / (αL) = 0,015 / (12.10^-6.300) = 4 °C

Maak ik nou een fout in de berekening? Het is toch onwaarschijnlijk dat de spoorstaaf boven de 4 °C al onder druk komt te staan, en op hete zomerdagen des te erger?
 
Of is de lasplaat met de bouten zo gemonteerd dat hij op winterdagen teveel krimpen van de rails verhindert, opdat de voeg niet groter kan worden dan gewenst? Dan zou de lasplaat, samen met de rails, op een winterdag dus onder grote trekspanning staan. Effectief zou dat overeenkomen met voegloos spoor, in de zin van weinig rek en krimp. 

museumtram 3293 keer bekeken

Openstaande dilatatievoeg, in de winter. De moeren zitten aan de binnenkant van het spoor, dus dit is inderdaad Nederland en niet Engeland. (Museumspoor)

[Michel Uphoff]

Ik zie geen rekenfout.
 
300 meter lijkt mij voor een echt oud type spoor wel heel erg lang, ik dacht dat die oude staven zo rond de 20-30 meter lang waren. 

[jkien]

Het eerste stuk van de lijn dat ik bekeek bevatte veel voegen, daarom beschouw ik het als voegenspoor. Maar het stuk van 300 meter bestond uit aan elkaar gelaste spoorstaven van 30 meter, dus dat is voegloos spoor. De lijn werd destijds weinig gebruikt, misschien vond de NS het niet rendabel om hem overal voegloos te maken.

Aan beide uiteinden van dat stuk spoor van 300 meter bevond de dwarse voeg zich aan de rand van een spoorbruggetje over een sloot. Aan de rand van een brug is volgens wikipedia een schuin aangebrachte las nodig om de uitzetting van de rails op een zomerdag op te vangen, maar de dwarse voeg bij deze kleine spoorbruggetjes kan te weinig uitzetting opvangen. Misschien dient deze dwarse voeg om schilderwerk en reparaties aan de brug te vergemakkelijken. Het is eenvoudiger om een vastgeschroefde lasplaat tijdelijk los te maken en daarna terug te zetten, dan om de rails door te zagen en later vast te lassen.

las 3298 keer bekeken

Las in het stuk van 300 meter. De ongebruikte boorgaten voor een lasplaat zijn beter zichtbaar dan de las. Bevroren sloot op de achtergrond.
 

brug 3298 keer bekeken

Dwarse voeg (1,5 cm) aan de rand van een spoorbruggetje over een sloot. Bij een schilderbeurt van de brug kan de rails tijdelijk verwijderd worden?

[Michel Uphoff]

dus dat is voegloos spoor

 
Dat soort spoor vangt toch door de massa en inbedding van de zware betonnen dwarsliggers de krachten veroorzaakt door expansie/krimp op?
Klopt dat dan lijkt zo'n geringe voeg naar een stukje oud spoor voldoende.
 
Als we het doorsnedeoppervlak van zo'n rails weten, dan zou je op grond van de elasticiteitsmodulus van staal, een aanname van het temperatuurverschil tijdens het leggen en de huidige temperatuur alsmede de afstand tussen de liggers de krachten die iedere ligger op moet nemen moeten kunnen berekenen.

[jkien]

Die 300 meter voegloos spoor ligt op betonnen bielzen, terwijl de rest, het voegenspoor met spoorstaven van 30 meter, op houten bielzen ligt.
 

museumtram2 3292 keer bekeken

Overgang tussen voegloos spoor op betonnen bielzen (links), en voegenspoor op houten bielzen (rechts)
 
Op een hete zomerdag zal de druk van die 300 meter voegloos spoor zich voortplanten in het voegenspoor, waarop het aansluit door lasplaten. Er is een tekort aan totale voegbreedte in al het spoor samen, dat zou tot spoorspatting kunnen leiden in het voegenspoor.
 
De maximum temperatuur van de rails in de zomer is 55°C. Ten opzicht van de temperatuur van eergisteren is de maximale ΔT 55°C. Zonder tegendruk zou die 300 meter rail willen uitzetten met:
ΔL = α L ΔT = 12.10^-6.300.55 = 0.20 m = 20 cm.
 
Hoeveel extra kan een spoorstaaf uitzetten door het schuiven van een lasplaat? Dat hangt af van het boorgat, zie onderstaande figuur, de speelruimte is 2x het verschil van de diameters van bout en boorgat. (1) Bij de museumtramlijn was de diameter van bouten 2 cm en de diameter van boorgaten 3 cm, zodat de speelruimte van de voeg 2 cm is.  De maximale voeg die ik eergisteren zag was inderdaad 2 cm. Dat is verwaarloosbaar t.o.v. die 20 cm.
 

rail gap 3298 keer bekeken

[Michel Uphoff]

En welke conclusie verbind je daaraan, want dat is mij niet duidelijk.

[klazon]

Zonder tegendruk zou die 300 meter rail willen uitzetten met:
ΔL = α L ΔT = 12.10^-6.300.55 = 0.20 m = 20 cm.

In praktijk is er wel tegendruk. Die ontstaat door het gewicht van de bielzen en de ballast. Daardoor zal het grootste deel van langgelast spoor niet bewegen. Alleen de laatste 50 meter beweegt. Dat maakt het probleem al een stuk kleiner.