النقل بالسكك الحديدية و القطارات
القطار : مجموعة عربات مسحوبة أو مدفوعة بواسطة محرك .
القاطرة : ذلك الجزء من القطار الذي يعمل علي سحب العربات و يحتوى علي المحرك و السائق .
المحرك: مجموعة آلات تحول الحرارة الناجمة عن احتراق الوقود إلي طاقة ميكانيكية لقيام بحركة.
أنواع القطارات وفقاً لمحركها
أولاً القطارات البخارية [محرك الاحتراق الخارجي]
سميت بالمحرك الخارجي لان الحرارة الناتجة من الاحتراق من خارج المحرك وهو يشبه آلة واط البخارية
التركيب : وعاء لتسخين الماء – مسننات – عجلات – أذرع تدوير – اسطوانة بها مكبس قابل للحركة.
آلية العمل : استغلال البخار الناتج من تسخين الماء لتحريك المكبس و تحويله لطاقة حركية تحرك القطار.
ثانياً القطارات العاملة بالديزل [محرك الاحتراق الداخلي]
سمى بالمحرك الداخلي لان مصدر طاقته و حرق الديزل يحدث داخل المحرك. صممت هذه القطارات لأسباب منها 1- الطلب المتزايد علي الفحم و الخشب لتشغيل القطارات البخارية 2- قلة فعالية و كفاءة القطارات البخارية
التركيب: غرفة احتراق – مكبس- اسطوانة – صمامات – تروس – أذرع توصيل .
آلية العمل : تحويل الطاقة الحرارية الناتجة عن احتراق الوقود لطاقة ميكانيكية حركية . وتتم علي خطوات متتابعة تسمى [دورة المحرك]
دورة المحرك
1- يمتص المكبس خليط الهواء و الوقود من خلال صمام الدخول المفتوح [ شوط السحب ]
2- بقفل الصمامان و يضغط خليط الهواء و الوقود لأقل مساحة لزيادة الحرارة[شوط الضغط]
3- يحترق خليط الهواء و الوقود وتنتج قوة كبيرة تدفع المكبس لأسفل [شوط القوة أو القدرة]
4- ينفتح صمام العادم لإخراج الغازات الناتجة عن حرق الهواء و الوقود [شوط التصريف].
مميزات القطارات العاملة بالديزل
1- تعمل بسرعة و فعالية و كفاءة عالية
2- 2- تعمل لساعات متتابعة دون إجهاد
3- يمكن تشغيلها و إيقافها بسهولة
4- 4- تستهلك الوقود أثناء التشغيل فقط
من المآخذ و عيوب محرك الاحتراق الداخلي [آي لا تزيد فعاليته عن 35%]
جزء من الطاقة يضيع في 1- الاحتكاك 2- الاهتزاز 3- الضجيج 4- شغل ضائع في نقل و حركة العجلات.
ثالثاً القاطرات الكهربية [صديقة البيئة]
تعمل بالمحرك الكهربائي تصلها الكهرباء1- عبر خط ارضي ثابت 2- من خلال أعمدة ثابتة بجوار السكة الحديد
التركيب: ملف قابل للدوران في مجال مغناطيسي – دائرة كهربية لتوصيل التيار للملف.
آلية العمل: تحويل الطاقة الكهربية لطاقة حركية من خلال مرور التيار الكهربائي بمجال مغناطيسي مسبب حركة دورانيه مستمرة و عزم دوران
العوامل التي تؤثر في سرعة دوران المحرك :
1- شدة التيار في المحرك 2- مساحة الملف 3- شدة المجال المغناطيسي 4- عدد اللفات
مميزات القطارات الكهربية
1- سهولة التركيب و الصيانة و التحكم بها 2- قلة تلويثها للبيئة [صديقة البيئة] 3- حمل عدد كبير من الركاب 4- تنتج طاقة كهربية من حركة القطارات بواسطة [الديناموا]
رابعاً القطارات المحمولة مغناطيسياً
التركيب:محرك كهربائي – ملفات حث ضخمة [ مغناطيس كبير]
آلية العمل: تحرك بفعل المحرك الكهربي لكنها تقلل الاحتكاك بين القطار و السكة الحديدية بفعل ملف
حث مما يولد مجال مغناطيسي يرفع القطار 2-3 مم مما يقلل الاحتكاك .
مميزات القطارات المحمولة مغناطيسياً
1 - سرعة كبيرة 2- قلة الضجيج واستهلاك الطاقة 3- آمنة و قليلة الحاجة للصيانة
عيوب القطارات المحمولة مغناطيسياً 1- خطرة صحياً بسبب شدة المجال المغناطيسي 2- عالية التكلفة
السكك الحديدية : خطين من الحديد الصلب مثبتين علي عوارض خشبية و أرض مفروشة بالحصى و الرمل.
المستلزمات الفنية و الاعتبارات التقنية لعمل السكك الحديدية
1- تحديد الجدوى الاقتصادية لعمل السكك الحديدية 2- تجنب إتلاف الغابات و مناطق الآثار
3-تسوية الأرض و فرشها بالحصى لتتحول للأرض صلبة لتتحمل الأوزان الكبيرة للقطارات.
4- دراسة طبيعة الأرض الجيولوجية و الطبيعية
5- اختيار انسب أجزاء السطح المستوية مع إهمال المسافة .
6- عمل قضبان ملساء حتى تقلل من عمليات الاحتكاك بين العجلات و القضبان فتحدث الحوادث .
7- وجود فراغات بين قضبان السكك لمنع تقوس القضبان بسبب تمدد الحديد صيفا" أو انكماشه شتاء" و بالتالي لا تحدث الحوادث.
التحديات التي واجهت النقل بالسكك الحديدية
1- اكتشاف النقط بدلاً من الفحم لتوفير الطاقة و نقلة في أنابيب
2- المنافسة مع وسائل النقل الأخرى كالسيارة و الطائرة و الشاحنة بسبب مرونتها و سرعتها و حمولتها
3- السرعات العالية للقطارات ليست اقتصادية لأنها تحتاج لاستهلاك الكثير من الطاقة
ملاحظة تحتاج القطارات لخطوط حديدية ذات أقواس كبيرة لتتمكن من تغير الاتجاه و الحفاظ علي التوازن
مميزات النقل بالقطارات عن وسائل النقل الأخرى
1- نقل البضائع لمسافات طويلة دون تفريغها 2- الراحة و الأمان 3- قلة التكاليف وسهولة التوصيل
4- سرعة الحركة و قلة التالف و المفقود من البضائع.
أسباب دخول السكك الحديدية المنافسة مع السيارة و الطائرة
1- التحسينات في وسائل الراحة و الأمان 2- التطور الهائل في سرعة القطارات بسبب صلابة القضبان
3- التحكم بالحاسوب في أشارات المرور 4- تقوية أجهزة الإيقاف 5- الدقة في وقت السير و المواعيد .
الوحدة الثانية : الفصل الثاني النقل بالسكك الحديدية و القطارات
• مسرد المصطلحات
1- القطار:
مجموعة من العربات متصلة علي خطوط السكك الحديدية التي يتم سحبها أو دفعها.
2- القاطرة:
ذلك الجزء من القطار الذي يعمل علي سحب العربات و يحوى علي الطاقة المحركة للقطار.
3- المحرك :
ذلك الجزء المنتج للطاقة المحركة للقطار و هو مجموعة من الآلات التي تحول الطاقة الحرارية لطاقة ميكانيكية.
4- محرك الاحتراق الخارجي:
محرك مصدر طاقته ناتجة من خارج المحرك مثل القطارات البخارية.
5- القطارات البخارية:
نوع من القطارات يعتمد علي تحويل الطاقة البخارية الناتجة من تسخين الماء إلي طاقة ميكانيكية لتحريك القطار و مجموعة عرباته.
6- محرك الاحتراق الداخلي:
محرك مصدر طاقته احتراق الوقود داخلة مثل قطارات الديزل.
7- القطارات العاملة بالديزل:
قطارات تعمل علي تحويل الطاقة الحرارية إلي طاقة ميكانيكية لتحريك القطار.
8- القطارات الكهربية:
قطارات تعتمد علي تحويل الطاقة الكهربية داخل مغناطيس لطاقة حركية دوار نية تذبذبية لتحريك القطارات .
9- القطارات المحمولة مغناطيسياً:
تحرك بفعل المحرك الكهربي لكنها تقلل الاحتكاك بين القطار و السكة الحديدية بفعل ملف حث يولد مجال مغناطيسي مما يرفع القطار 2-3 مم مما يقلل الاحتكاك.
10- السكك الحديدية:
خطين من الفولاذ الصلب علي عوارض خشبية أو إسمنتية علي ارض مستوية مفروشة بالحصى.
أسئلة الوحدة الثانية : الفصل الثاني ص44 النقل بالسكك الحديدية
س1 وضح المقصود بكل مما يأتي
الجواب
1- السكك الحديدية: خطين من الفولاذ الصلب علي عوارض خشبية أو أسمنتية و علي ارض مستوية مفروشة بالحصى.
2- القطارات المحمولة مغناطيسياً: تحرك بفعل المحرك الكهربي لكنها تقلل الاحتكاك بين القطار و السكة الحديدية بفعل ملف حث يولد مجال مغناطيسي مما يرفع القطار 2-3 مم مما يقلل الاحتكاك.
3 محرك الاحتراق الخارجي: محرك مصدر طاقته ناتجة من خارج المحرك مثل القطارات البخارية.
س2- اذكر أهم ما يتميز به النقل بواسطة القطارات عن غيرة من وسائل النقل الأرضي ؟
ج- 2 أ- نقل البضائع لمسافات طويلة دون تفريغها ب- سرعة الحركة و قلة التالف
ج- الراحة و الأمان د- قلة التكاليف و سهولة التوصيل في المناطق البعيدة
س3- بين أهم التحديات التي واجهت عمل السكك الحديدية ؟
ج-3 1- اكتشاف النفط بدل الفحم 2- المنافسة مع وسائل النقل الأخرى 3- السرعات العالية للقطارات ليست اقتصادية.
س-4 عدد أربع من المستلزمات الفنية التي يجب مراعاتها عند أنشاء سكك حديدية ؟
1- تحديد الجدوى الاقتصادية من أنشاء السكك الحديدية 2- تجنب إتلاف الغابات 3- توفير قضبان ملساء لتقليل الاحتكاك 4- مراعاة الشروط الفنية لمنع تقوس القضبان بسبب التباين في درجات الحرارة.
س-5 عدد أنواع القطارات مبيناً مبدأ عمل كل واحدة منها ؟
ج-5 1 - القطارات البخارية: نوع من القطارات يعتمد علي تحويل الطاقة البخارية الناتجة من تسخين الماء إلي طاقة ميكانيكية لتحريك القطار و مجموعة عرباته
2- القطارات العاملة بالديزل: قطارات تعمل علي تحويل الطاقة الحرارية إلي طاقة ميكانيكية لتحريك القطار.
3- القطارات الكهربية: قطارات تعتمد علي تحويل الطاقة الكهربية لطاقة حركية لتحريك القطارات.
4- القطارات المحمولة مغناطيسياً: تحرك بفعل المحرك الكهربي لكنها تقلل الاحتكاك بين القطار و السكة الحديدية بفعل ملف حث يولد مجال مغناطيسي مما يرفع القطار 2-3 مم مما يقلل الاحتكاك.
س-6 اذكر مراحل دورة المحرك الاحتراق الداخلي ؟
أ- ضخ خليط الوقود و الهواء في الاسطوانة [شوط السحب ].
ب- ضغط هذا الخليط إلي اصغر حجما ممكنا لزيادة درجة الحرارة [شوط الضغط].
ج- حرق خليط الوقود و الأكسجين و إنتاج طاقة كبيرة [شوط القدرة أو القوة ].
د- التخلص من الغازات الناتجة عن الاحتراق[شوط التصريف].
س-7 بين أهم الفروق بين محرك الاحتراق الداخلي و الخارجي
محرك الاحتراق الداخلي محرك الاحتراق الخارجي
مصدر طاقته من داخل المحرك مصدر طاقته خارج المحرك
ينتج طاقة أكبر ينتج طاقة أقل
يمكن التحكم في اشتعال الوقود و إيقاف الاشتعال لا يمكن التحكم في الاشتعال و التوقف
أكثر كفاءة و فعالية اقل فعالية و كفاءة
يستخدم البترول لتشغيله يستخدم الفحم لتشغيله
يعتمد علي تحويل الطاقة الحرارية الناتجة من احتراق الوقود لطاقة ميكانيكية يعتمد علي تحويل الطاقة البخارية الناتجة من تسخين الماء إلي طاقة ميكانيكية
س-8 رتب الأشواط حسب تتابع عملها [ضغط – سحب – تصريف – قوة]
سحب ضغط قوة تصريف
س-9 أذكر أهم مميزات القطارات الكهربية؟
ج-9 1- سهولة التركيب و الصيانة 2- قلة التلوث [صديقة للبيئة] 3- إنتاج طاقة كهربية من طاقة القطار الحركية 4- قدرتها علي حمل عدد كبير من الركاب مقارنة مع الوسائل الأخرى
س10 أذكر الأسباب التي أدت إلي تصميم محرك الاحتراق الداخلي ؟
1- الطلب المتزايد علي الحطب و الفحم 2- قلة فعالية محرك الاحتراق الخارجي
س11 – علل لما يأتي :
أ- دخول القطارات في مجال المنافسة مع السيارة و الطائرة في المسافات المتوسطة ؟
ج-أ 1- التحسينات في وسائل الراحة و الأمان 2- التطور الهائل في سرعات القطارات 3-التحكم المحو سب في إشارات المرور 4- استخدام التكنولوجيا و الدقة المتناهية في المواعيد
ب- تحتاج القطارات السريعة إلي خطوط حديدية ذات أقواس كبيرة ؟
ج-ب لتتمكن من تغير الاتجاه و الحفاظ علي السرعة و التوازن.
ج- قلة استخدام القطارات المحمولة مغناطيسيا"
ج- ج 1- التكلفة العالية لإنتاج القطارات 2- احتمال حدوث مخاطر صحية بسبب المجال المغناطيسي
د- لا تصل كفاء المحركات 100%
ج-د لان جزء من الطاقة يضيع بسبب1- الاحتكاك 2- الأهتزاز3- الضجيج4- الشغل الضائع في تحريك العجلات.
أسئلة إضافية علي الوحدة الثانية الفصل الثاني : النقل بالسكك الحديدية و القطارات
س1علل لما يأتي
1- القطارات الكهربية صديقة البيئة ؟
ج-1 لان تشغيلها لا ينتج عنه تلوث لأنها تستخدم الكهرباء لتشغيلها و لا يوجد مضار صحية منة.
2- توفير قضبان ملساء لسكك الحديدية ؟
ج-2 لمنع عمليات التآكل الناتجة عن احتكاك العجلات بالقضبان التي تؤثر على سلامة القطار و توازنه
3- وجود فراغات بين قضبان السكك الحديد؟
ج-3 لمنع تقوس القضبان بسبب الاختلاف في درجات الحرارة مثل التمدد في فصل الصيف و الانكماش في الشتاء مما يسبب الحوادث و انقلاب القطارات عن مسارها.
4- القطارات الكهربية من أفضل أنواع القطارات ؟
1- سهلة التركيب و الصيانة 2- تحول الطاقة الحركية للقطار للطاقة كهربية 3- غير ملوثة 4 - تحمل عدد كبير من الركاب مقارنة مع وسائل النقل الأخرى
5- السرعات العالية للقطارات ليست اقتصادية ؟
لأنها تكلف الكثير من الطاقة و تحتاج لخطوط حديدية ذات أقواس كبيرة لتتمكن من تغير الاتجاهات.
س-2اختر الإجابة الصحيحة مما بين الأقواس
1- الجز المنتج للطاقة من القطار
[ الكابينة- المحرك – القاطرة – القطار]
2- القطار الذي يستخدم محرك احتراق داخلي
[الديزل – البخاري – المغناطيسي- الكهربائي ]
3- أسرع القطارات
[الديزل – البخاري – المغناطيسي- الكهربائي]
4- أكثر القطارات نقل للركاب و صديقة للبيئة
[الديزل – البخاري – المغناطيسي- الكهربائي]
5- الشوط الذي يمتص المكبس الهابط خليط الوقود و الهواء من خلال الصمام
[السحب – الضغط- القدرة- التصريف]
6- شوط يتم فيه إخراج الغازات الناتجة من الاحتراق
[السحب – الضغط- القدرة- التصريف]
7-أقدم أنواع القطارات
[الديزل – البخاري – المغناطيسي- الكهربائي]
8- لا تزيد فعالية محركات الاحتراق الداخلية في القطارات الديزل عن
[ 40%- 35 % -55 % - 65%]
9- كل ما يأتي من العوامل التي تؤثر علي سرعة المحرك الكهربائي ماعدا
[شدة المجال المغناطيسي- عدد اللفات- شدة التيار- المجال الكهربائي]
10- القطار الذي يستخدم محرك الاحتراق الخارجي
[ الديزل – البخاري – المغناطيسي- الكهربائي]
س3 صحح الجمل الخطأ
1- القطارات الكهربائية تستهلك الوقود أثناء تشغيلها
ج-1 القطارات العاملة بالديزل تستهلك الوقود أثناء تشغيلها.
2- تصل كفاءة محرك الاحتراق الداخلي 100%.
ج-2 لا تزيد كفاءة محرك الاحتراق الداخلي عن 35%.
3- الأقطاب المتماثلة في المغناطيس تتجاذب.
ج-3 الأقطاب المتماثلة في المغناطيس تتنافر
جواب آخر: الأقطاب المختلفة في المغناطيس تتجاذب.
4- من مميزات النقل بالسكك المنافسة مع وسائل النقل الأخرى .
ج-4 من تحديات النقل بالسكك المنافسة مع وسائل النقل الأخرى.
5- استخدام الحاسوب في القطارات أبعدها عن المنافسة مع السيارة و الطائرة
ج-5 - استخدام الحاسوب في القطارات ادخلها ميدان المنافسة مع السيارة و الطائرة.
السؤال الرابع
أذكر مميزات القاطرات العاملة بالديزيل؟
1 – يمكن تشغيلها و إيقافها بسهولة 2- تستهلك الوقود أثناء التشغيل فقط 3- تعمل لساعات طويلة و متتابعة.
4- تعمل بفاعلية و قدرة و سرعة عالية
أسئلة المناقشة
للمناقشة ص(42)
للطاقة تحديان تامين المصادر و تقليل انبعاث الغازات و كلاهما مرتبط بالنقل كيف يمكن المواجهة؟
النقل يحتاج للطاقة لذلك علينا التنويع في مصادر الطاقة و البحث عن مصادر بديلة ذات تلوث قليل أو معدوم
و استخدام الطاقة الشمسية الخالية من الملوثات و إنتاج محركات تعتمد في تشغيلها علي الكهرباء لتقليل التلوث
مالا سباب التي أدت لتدهور قطاع النقل بالسكك الحديدية في الوطن العربي و كيف يمكن تطوير هذا القطاع ؟
من أسباب التدهور1- قلة التعاون بين الدول العربية 2- وجود حدود سياسية بين الدول العربية
3- وجود الكيان الصهيوني الذي يفصل بين أسيا و إفريقيا
يمكن تطوير السكك الحديدية 1- التعاون بين الدول العربية 2- فتح الحدود بين الدول 3- الدعم الحكومي لإنشاء
السكك الحديدية -4 زيادة التعاون التجاري لزيادة النقل بالسكك الحديدية