レールは長いプロファイルの鋼棒で、端から端まで配置されて鉄道を形成します。レールは車両のガイドと回転サポートの両方の役割を果たします。導電性があるため、信号の伝送 (軌道回路) や、牽引電流と列車補助装置 (牽引される列車の暖房と空調のための列車線) の帰還によく使用されます。一般に鉄道の線路は、枕木の上に平行に設置された2列のレールで構成されています。 1本のレールを利用した交通システムがモノレールです。電源にはレールを使用することもできます（サードレールによる電源供給）。
レールの種類
現代のレールは一般に「ヴィニョール」タイプです。断面図では、横木の上に載っているパッド、軌道を構成するマッシュルーム、およびマッシュルームをパッドに接続するコアである縦糸が区別されます。主要路線では、レールの標準線質量は 60 kg/m です。
断面が対称のダブルマッシュルームレールは、摩耗したレールを裏返すことができるように設計されており、寿命が2倍になります。この原則は放棄されました。
溝付きレール (「ブローカ」タイプ) は、特に産業施設や路面電車の道路舗装に埋め込まれた軌道に使用されます。
レールの敷設
レールの設置は通常、伸縮継手によって行われ、レールの長さは 18 メートルまたは 36 メートルで、フィッシュプレート (連続する 2 本のレールの接合を確実にする部品) 内を自由にスライドします。この場合、電気的導通を確保する必要があります。 「ロングバー」または LRS (ロング溶接レール) として知られる技術はますます開発されており、80 メートルのレールのセクションが作業場で 320 ～ 400 メートルの長さに溶接されます。これらのバーは実際の制限なく非常に長い長さにわたって設置され、必要な溶接は現場で行われます。膨張はバラスト上の枕木の摩擦によって制限されます。これは、プラットフォームの安定性と最小曲率半径の特定の条件が満たされていることを前提としています。 LRS の最後には、特に特定の構造に合わせて拡張デバイスが取り付けられます。
バラストは砕かれた硬い岩 (通常、花崗岩、流紋岩、珪岩などの噴火岩) で構成されており、角度が鈍くなる磨耗に耐えなければなりません。バラストの厚さは負荷と交通量によって異なりますが、従来の路線では 30 cm、LGV では 40 cm です。
伝統的な鉄道線路は、鋭いエッジを持つ砕石で作られたバラストの上に置かれた木製の枕木に固定されています。固定はラグ スクリューと弾性タイを使用して行われ、騒音を抑えるためにゴム底が取り付けられる場合もあります。
枕木は荷重をバラストに確実に伝達し、レールのゲージと傾斜を維持します。走行距離、つまり 1 キロメートルあたりの寝台車の数は変動しますが、 SNCFでは通常 1666 台の寝台車/km です。スリーパーには次のようなものがあります。
- 木製 (通常はオークですが、アゾベなどの硬い外来種の木材も使用されます) で、寿命は短い (20 ～ 30 年) ものの、設置は簡単です。
- スチール製（騒音が大きく、フランス本土ではもう使用されていませんが、コルシカ島では使用されています）、
- コンクリート製で、耐用年数 (50 年) が長く、金属棒で接続されたバイブロック、プレストレスト コンクリートのモノブロックの 2 つのタイプがあります。コンクリートの枕木をブロックといいます。
準備段階では、木製枕木をオーブンに入れてクレオソートに浸します。クレオソートは木材を保護するために使用される炭化水素の混合物です。
鉄道線路は、バラストを使用せずにコンクリート床の上に直接敷設することもできます。これは、 LGV 地中海鉄道のマルセイユトンネルの場合と、ドイツのフランクフルトとケルン間の ICE 線の場合です。このプロセスによりメンテナンスは軽減されますが、コストが高くなり、形状の欠陥を簡単に修正できなくなります。
線路の横断と変更は通常、転轍機、踏切（移動点を伴わない 2 つの線路の横断）、および 2 つの線路の横断と 1 つまたは 2 つの方向への切り替えを許可する単一または二重交差点の交差点を含む線路装置によって実行されます。蒸気時代には、特にホイールベースの短い車両に適した旋回橋がありました。
転がりや誘導の機能に加えて、レールには安全機能が備わっていることがよくあります。電流を知らせる回路として機能し、車両が2 本のレールを短絡させた場合に自動的に信号を赤にすることができます。さらに、レールは変電所に向かう牽引電流の帰還回路を構成します。
レールの特性
製造されたレールは対称的なプロファイルを持っています。取り付けると、トラックの内側に向かっておよそ次のようにわずかに傾斜します。
- 1/20 フランス、ベルギー、イタリア、スペイン…
- 1/30 デンマーク、スウェーデン
- 1/40 ドイツ、中欧
したがって、私たちは「20位、40位に位置する」ことについて話します。
非常に多くのレール プロファイルが存在しました。現在最も普及しているもの (50E6 – 以前は U50、60E1 – 以前は UIC 60…) は、テーブル (マッシュルームの上部) の半径が 200 ～ 300 mm、サイド フィレットの半径が 12 ～ 13 mm で、多くの場合、中間の接続半径、たとえば 60 ～ 80 mm になります。レールは特にカーブで摩耗し、これらの理論値から離れていきます。
ホイールトレッドは円錐形で、フランジに向かって凹面状に接続されています。これは、一体型の鉄道車軸が、左右の転がり半径の違いによって、横方向に移動するときに、外部の物体の作用なしに線路内で自己中心に配置できるようにする車輪の形状です。この機械的制御により、フランジを摩耗させることなく幅広いカーブを曲がることができます。
国際鉄道連合によって標準化された車輪プロファイルは「UIC プロファイル」と呼ばれ、1/40 の部分とフランジに向かっての漸進的な接続が含まれています。このプロファイルは、テストされたさまざまなプロファイルの中から選択されたプロファイルの名前にちなんで、S1002 とも呼ばれます。
円錐度、つまりホイールとレールの接触部分の角度(ラジアン単位) は、ホイール プロファイルとレール プロファイルの各ペアに固有であり、摩耗によって変化します。これは、トラック内の車軸の横方向の位置、したがってレールに対する車輪の横方向の位置の関数であり、フランジでの停止の間で通常 +/- 8 mm 変化する可能性があります。レールの取り付け、摩耗、ゲージに敏感です。
等価テーパは、特定のトラッククリアランスに対するこの関数の値です。たとえば、新品の状態で +/-3 ～ +/-5 mm のクリアランスの場合、次のようになります。
- 1/40 で S1002/レールのペアの場合は 0.16 ～ 0.24。
- 1/20 の S1002/レール カップルの場合は 0.01。
関数のローカル値であるため、レールの設置の影響を非常に受けます。強いテーパーは、車軸を自動的に適切に方向付けることができる接触を特徴付けますが、台車、したがって車両が不安定になる危険があります。これは硬いサスペンションで解決されます。これは、 TGVと地下鉄では異なる妥協点です。
車輪とレールの間の接触面は cm2 程度です。これらは、 Hertzの弾性接触理論(1887) を使用して、プロファイルの曲率から計算されます。圧力は非常に高く、1000 メガパスカル程度になることがあります。接線力は、Kalker (1967) の理論を使用して計算されます。
路面電車のレールは平らに敷かれていることが多く、車輪が円筒形の場合もあります。路面電車のネットワークでは曲がり角が非常に狭いため、バイコーン効果を常に使用しようとはしません。フランジにグリースを塗布し、車軸に過負荷をかけないようにすると、摩耗が制限されます。
フランスでは、ほとんどの国と同様に、鉄道の軌間は通常 1.435メートルです (軌間が大きく異なる可能性がある特定の産業用線路や観光用線路を除く)。バイコーン効果を高めるために、鉄道線路はカーブで幅を広げられますが、溝付きレールを使用する路面電車を除き、車輪の内側が異常に摩耗するため、この幅を広げることはできません。
レールのメンテナンス
鉄道レールは鋼鉄でできており、平均炭素率は約 0.6% ～ 0.8% ですが、マンガンとシリコンの割合がそれぞれ 0.7% ～ 1.2%、0.1% ～ 0.6% とかなり多く、これにより硬く、高いストレスに耐えます。レールは熱間圧延（約 1200 度の温度）され、少なくとも 7 の鍛錬（ブルームから完成したレールまでの断面縮小）を受けます。これらの炭素鋼については、通常の鉄鋼業界の用語は使用しません。 2002 年までは 700、800、または 900A (MPa) グレードについて話していましたが、現在では欧州規格EN13674 に基づく R260 (トレッド上の HBW 硬度) などのグレードについて話していました。
鉄道線路の保守は、バラストとレール線形の真直性に重点が置かれています。後者は、たとえばフランスの「モーザン」車で負荷がかかった状態で検証されています。逸脱は、バラストを突き固めたり、枕木や留め具が損傷している場合は交換することによって、または線路が古すぎると考えられる場合には「バラスト線路更新」（RVB）によって修正できます。
レールのメンテナンスは、内部または外部の欠陥に関係します。車輪の通過により、接触によりレールが疲労する可能性があります。内部欠陥や不十分な溶接により、開口部のない亀裂が発生する可能性があり、超音波で検出できます。外部亀裂は、特にホイールレールの相対的な滑りがあるカーブで発生する可能性があります。これらの表面欠陥は渦電流センサーによって検出され、波形摩耗も検出されます。
軌道に関する予防保全の主な手段は研削であり、これにより、接触疲労（英語でRCFまたは転がり接触疲労）や波状摩耗など、亀裂を発生させる可能性のある表面欠陥を除去することができます。研磨するたびに鋼の厚さが最大 1 mm 除去され、キノコは適切な形状に戻ります。
これらの方法を使用して鉄道ネットワークを監視することは、安全性だけでなく、保守コストを管理するためにも重要です。
テーブルの酸化を防ぐステンレス板を熱間圧延した、いわゆるメンテナンスフリーのレールもあります。これらのレールの接触により、レールが軌道回路で使用される場合に分路を保証することができます。
比喩的な意味
ひいては鉄道とは、鉄道に関わるあらゆる活動を指します。
類推すると、レールとは、かみそりの刃を使用して鏡(または他の平らな面) 上に一列に置かれた薬物(通常はコカイン) の小さな山です。この配置により、ユーザーは小さなチューブを使用して鼻に直接薬剤を吸い込むことができます。