◄ مقایسه اثر لوکوموتیوهای آلستوم و زیمنس بر خط، نیروهای P1 و P2

درپی درخواست شرکت رجا از مدیرعامل راه آهن (23 فروردین 1385) برای خرید 200 دستگاه لوکوموتیو مسافری (دیزلی 4 محوره زیمنس) به جای 100 دستگاه مسافری و 100 دستگاه باری، جناب آقای مهندس سعیدنژاد (مدیرعامل محترم) نامه را به معاونت برنامه ریزی و اموربین الملل ارجاع نمودند تا با همکاری معاونین بهره برداری و ناوگان بررسی و اعلام نظر گردد. 

(در سال 1384 و در زمان مدیریت آقای مهندس سعیدنژاد، راه آهن تصمیم به خرید لوکوموتیو برای حمل مسافر گرفت. معاونت ناوگان اعتقاد بر خرید لوکوموتیوهای 4 محوره داشت اما معاونت برنامه ریزی اعتقاد بر رجحان نوع 6 محوره داشت، تین 289002).  

معاونت برنامه ریزی با اطلاع از کاربرد لوکوموتیوهای دیزلی 4 محوره پیشنهادی زیمنس که برای خطوط کم ترافیک و تعداد واگن اندک در آب وهوای خنک و سرد اتریش ساخته شده بود و تفاوت شرایط ایران، پس از تشکیل جلسه با معاونین محترم و علاوه بر مسیرهای رسمی مانند مرکز تحقیقات، برای یافتن مقادیر پارامترهای مجهول (P1 و P2، نیروهای میان چرخ و ریل درمحل درز ریل ...) در خطوط ایران، طی فراخوانی داخلی از کارشناسان علاقمند راه آهن دعوت به مشارکت و همکاری علمی نمود. 

این فراخوان از سوی آقای مهندس علیرضا وفادار مورد توجه قرار گرفت و محاسبات انجام شده ایشان در 6 خردادماه سال 1385 برای شرکت رجا، انجمن مهندسی، شرکت مشاور مترا، شرکت تراورس، معاون بهره برداری، دانشکده راه آهن، اداره کل خط، دفاتر مهندسی و نظارت فنی و ناوگان و اداره کل حفاظت و ایمنی سیروحرکت جهت بررسی و اعلام نظر ارسال گردید.    

نیروهای P1 و P2، دو ضربه مشخصی هستند که هنگام عبور چرخ قطار از روی یک ناهم سانی (مانند درز خط یا جوش ریل) به خطوط راه آهن وارد می شوند. این مفاهیم برای تحلیل دینامیکی و کاهش آسیب های وارده به ریل و اجزای آن بسیار حیاتی هستند. نیروی P1 (ضربه فرکانس بالا و دامنه زیاد)، زمان وقوع: در حدود ۰٫۲۵ تا ۰٫۵ میلی ثانیه پس از برخورد با عیب ریل رخ می دهد. ویژگی ها: نیرویی با فرکانس بالا و دامنه بسیار زیاد (بسیار بیشتر از نیروی P2) است، اما مدت زمان اثر آن بسیار کوتاه است. علت ایجاد: ناشی از اینرسی جرم چرخ و بخشی از ریل است که در اثر برخورد با ناهم سانی، به سرعت به سمت پایین حرکت می کنند و باعث ایجاد یک ضربه شدید در ناحیه تماس چرخ و ریل می شوند. پیامدها: با وجود دامنه بالا، انرژی کمی به سیستم وارد می کند و عمدتاً به شکل گرما در ریل و تراورس مستهلک می شود و به لایه های زیرین (بالاست) نمی رسد. این نیرو بیشتر با عیوب سطحی ریل مرتبط است.

نیروی P2 (ضربه فرکانس پایین و دامنه کمتر): زمان وقوع: ۵ تا ۱۰ میلی ثانیه پس از نیروی P1 رخ می دهد. در برخی منابع، این فاصله ۶ تا ۸ میلی ثانیه نیز ذکر شده است. ویژگی ها: نیرویی با فرکانس پایین تر (معمولاً بین ۲۰ تا ۱۰۰ هرتز) و دامنه کوچک تر نسبت به P1، اما مدت زمان اثر آن طولانی تر است. علت ایجاد: ناشی از انرژی پتانسیل ذخیره شده در سیستم تعلیق واگن است که در اثر ضربه اولیه فشرده شده و سپس آزاد می شود و یک نوسان با فرکانس پایین تر ایجاد می کند. پیامدها: با وجود دامنه کمتر، انرژی بیشتری به کل سیستم وارد می کند. این نیرو می تواند به بالاست آسیب جدی وارد کند و سبب تخریب و روان شدگی آن شود که بر هندسه و کیفیت خط تأثیر منفی می گذارد. به همین دلیل، P2 نیروی بحرانی تری برای عملکرد و طول عمر خط محسوب می شود. به زبان ساده، می توان این دو نیرو را اینگونه مقایسه کرد: ویژگی نیروی P1 نیروی P2، علت اصلی اینرسی جرم چرخ و ریل انرژی ذخیره شده در سیستم تعلیق، زمان وقوع خیلی سریع (کمتر از ۱ میلی ثانیه) با تأخیر (۵ تا ۱۰ میلی ثانیه بعد)، دامنه خیلی زیاد متوسط، فرکانس بالا پایین (۲۰-۱۰۰ هرتز)، مدت اثر بسیار کوتاه طولانی تر، ناحیه تأثیر عمدتاً سطح ریل و چرخ بالاست و کل سازه خط پیامد اصلی ایجاد خستگی و آسیب سطحی تخریب بالاست و افت کیفیت خط.

مدل استاندارد برای محاسبه این نیروها خط را به صورت یک تیر روی بستر الاستیک مدل سازی می کند. پارامترهایی مانند سرعت قطار، سختی اتصالات ریل به تراورس و جرم های بافنر و بدون فنر واگن، تأثیر مستقیمی بر میزان این نیروها دارند.