◄ خلاصه مقاله انتخاب پروفیل مناسب چرخ واگن های باری راه آهن

خلاصه مقاله انتخاب پروفیل چرخ واگن های باری برای شبکه ریلی ایران (Freight wheel profile selection for Iran rail Network) که در سال 2015 در ترکیه ارائه شد (نوشته آقایان: حبیب الله ملاطفی، حسین یزدانی، مراد شادفر، امین مزرعه): انتخاب پروفیل چرخ واگن های باری ریلی تأثیر مستقیمی بر عمر چرخ و ریل، ایمنی، ارتعاشات، نیروهای وارد بر خط، نویز و هزینه های نگهداری دارد. انتخاب پروفیل مناسب به دو گروه عوامل وابسته است:

1) مشخصات خط (پروفیل ریل، گیج، شعاع قوس ها، ناهمواری، جنس ریل، نوع روسازی و زیرسازی)،

2) مشخصات ناوگان (سرعت، بارمحوری، نوع چرخ و محور، ضریب اصطکاک و سیستم تعلیق).

در این پژوهش، ابتدا تأثیر شیب زیر ریل بر عملکرد دینامیکی چرخ ها بررسی شده است. با تغییر شیب از ۱:۲۰ به ۱:۴۰، عملکرد چرخ استاندارد S1002 در تماس با ریل UIC60 بهبود چشمگیری می یابد. در شیب ۱:۲۰، برای تأمین اختلاف شعاع غلتشی (RRD) مطلوب، چرخ باید حدود ۵ میلی متر جابجا شود و تماس فلنج در اغلب قوس ها رخ می دهد که سایش را افزایش می دهد. اما در شیب ۱:۴۰، تماس فلنج تنها در شعاع های بسیار تند ایجاد می شود و رفتار سایشی بهبود می یابد. همچنین پروفیل چرخ بر پدیده هانتینگ (نوسان خودتحریک) مؤثر و محدوده مخروطیت معادل بین ۰٫۲ تا ۰٫۴ برای پایداری مناسب پیشنهاد شده است.

روش شناسی انتخاب پروفیل: نویسندگان مقاله با بررسی پروفیل های نو و سایش یافته چرخ S1002 و ریل UIC60، و نیز مطالعه پروفیل های رایج در جهان، تابع اختلاف شعاع غلتشی (RRD) و مخروطیت معادل را برای هر کاندید با استفاده از نرم افزار Universal Mechanism (UM) محاسبه کردند. معیارهای انتخاب شامل: تابع RRD یکنواخت و بدون پرش ناگهانی، عدم تغییر ناگهانی نقطه تماس چرخ و ریل، قوس پیمایی مناسب، تماس ترجیحاً یک نقطه ای، پایداری جانبی کافی در محدوده سرعت ناوگان باری (سرعت پایین). پروفیل های کاندید شامل LM چین، P8BR انگلستان و S1002 (به عنوان مبنا) بودند. تحلیل هندسی نشان داد که پروفیل P8BR در تماس با ریل UIC60 و شیب ۱:۲۰، توزیع نقاط تماس بهتری نسبت به S1002 دارد و تغییرات شعاع غلتش آن ملایم تر است (اشکال ۴ و ۵ مقاله).

شبیه سازی دینامیکی و سایش: برای ارزیابی رفتار سایشی، شبیه سازی بر روی بوژی های رایج ناوگان باری ایران (تیپ H665) با در نظر گرفتن مشخصات هندسی و کیفیت خط انجام شد. نتایج شبیه سازی (شکل ۶) نشان داد که پروفیل S1002 حتی در خط مستقیم نیز سایش فلنج دارد؛ زیرا پس از خروج از قوس به مرکزیت اولیه بازنمی گردد. در مقابل، دو پروفیل دیگر (LM و P8BR) به دلیل مخروطیت بالاتر، این عیب را نداشتند. همچنین بررسی عمق سایش (شکل ۷) نشان داد که P8BR کمترین نرخ سایش را در میان کاندیدها داراست.

تست های میدانی: بر اساس نتایج شبیه سازی، پروفیل P8BR به عنوان گزینه بهینه برای آزمایش میدانی بر روی واگن های چهارمحوره و شش محوره انتخاب شد. این تست ها در دو بازه زمانی انجام شد: واگن های چهارمحوره لبه بلند: پس از ۵ سال کارکرد. واگن های شش محوره لبه بلند: پس از ۲ سال کارکرد (حدود ۶۰۰۰۰ کیلومتر). مقایسه پروفیل P8BR با S1002 در شرایط یکسان (بار و مسیر یکسان) نشان داد که سایش فلنج و رویه چرخ در پروفیل جدید به میزان ۷۰ تا ۸۰ درصد کاهش یافته است.

تصاویر ارائه شده گویای اختلاف فاحش در عمق و گستره سایش بین دو پروفیل است. همچنین کاهش سایش چرخ به طور مستقیم باعث کاهش سایش ریل و سوزن ها (در تقاطع ها) شده و از ضربات وارده به بوژی و خط می کاهد.

نتیجه گیری نهایی: با توجه به وجود بیش از ۱۲ هزار واگن باری با بوژی های دو و سه محوره از نوع H در راه آهن جمهوری اسلامی ایران، جایگزینی پروفیل استاندارد فعلی (S1002) با پروفیل P8BR در تمامی این واگن ها، به دلیل کاهش زاویه حمله، قوس پیمایی نرم تر و کاهش چشمگیر سایش، مزایای قابل توجهی به همراه خواهد داشت.

این اقدام ضمن افزایش طول عمر چرخ ها (کاهش هزینه های تعویض و تراشکاری)، عمر ریل و سوزن ها را نیز افزایش داده و هزینه های نگهداری و تعمیرات را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. نویسندگان پیشنهاد می کنند که این پروفیل به عنوان پروفیل استاندارد جدید برای ناوگان باری کشور تصویب و اجرا شود، (اکنون سالانه حدود ۲۵ هزار بانداژ و تقریبا همین تعداد چرخ منوبلوک تامین میشود که میتواند تا 70% کاهش یابد).