بخشی از مقاله


بررسی عوامل موثردرپایداري و نیروي جانبی بین چرخ وریل


چکیده

نتیجه آزمایشات میدانی و مطالعات و بررسی هاي به عمل آمده توسط شرکت GM در رابطه با نیروهاي وارده بین چرخ و ریل موضوع بحث این مقاله است . مواردي که در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته، به سه بخش عمده تقسیم می گردد.ابتـدا پارامترهاي مختلف مربوط به لکوموتیو و واگن، همچون سیستم تعلیق، نیروي کشش، قدرت ترمزگیري، وزن و دیگر پارامترهاي مورد بررسی قرار گرفته و تاثیر آن بر نیروهاي بین چرخ و ریل نشان داده خواهد شد. در بخش دیگر، تاثیر پارامترهاي خط که عموماً مربوط به مشخصات ریل، اتصالات مربوطه، پابندها، بالاست و یا زیر سازي خط بوده، مورد بررسـی قـرار گرفتـه اسـت و نهایتا اثر عملکرد قطاربر پایداري بیان شده است. نیروهاي بین چرخ و ریل در سه جهت طولی، عمودي و جـانبی اعمـال مـی گردندکه موضوع بحث این مقاله، نیروهاي جانبی می باشد. نیروهاي جانبی به دو بخش نیروهـاي دینـامیکی و نیروهـاي شـبه استاتیکی یا دائم تقسیم شده اند و اثر پارامترهاي مختلف بر این دو دسته نیرو بررسـی شده انـد. در ایـن مقالـه آثـار ناشـی از عوامل مختلف (همچون فاصله محورهاي بوژي- لقی- ضریب اصطکاك، حالت کششی یا ترمزي، پروفیل و(…بر پایداري بررسی شده اند.

کلید واژه ها : لکوموتیو ، پایداري ، نیروي جانبی ، نیروي دینامیکی ، چسبندگی ، بوژي فرمانپذیر


-1مقدمه

شرکت GM به منظور ارتقاء کیفیت لکوموتیوهاي خود مطالعات و آزمایش هاي زیادي را در زمینه تعامل بین چرخ و ریل انجام داده که این اطلاعات قابل استفاده و تعمیم براي سایر آلات ناقله ریلی می باشد. افزایش بار محوري در لکوموتیوها و نیز در واگنها، مشکلات جـانبی زیـادي را پدیـد مـی آورد کـه بـا بررسی دقیق می توان آنها را رفع نمود. بـدین منظـور انـدازه گیریهـایی توسـط سیسـتمهاي دقیـق کـامپیوتري صورت گرفته و به صورت جداگانه، اطلاعـات هر چـرخ از طریـق سنسـورهاي مربوطـه جمـع آوري شـده و منحنی نیروهاي شبه استاتیکی و نیروهاي دینامیکی آن، همانگونه که در متن آمده، ترسیم شـده انـد . در ایـن خصوص لازم به توضیح است که نیروهاي شبه استاتیکی یا دائم نیروهایی هستند که در یک پریود زمـانی بـه صورت ثابت اعمال می شوند و نیروهاي دینامیکی نیروهائی هستند که به صورت نوسانی اعمال می گردند.

-2تاثیر تعداد محور بوژي بر نیروي جانبی بین چرخ وریل

همانطور که در شکل (1) نشان داده شده است، افزایش تعداد محورهـاي بـوژي و نیـز افـزایش درجـه انحنا قوس موجب افزایش نیروهاي جانبی شبه استاتیکی می گردد. با توجه به درجه انحنا قـوس1 و بـا در نظـر گرفتن شرایط یکسان در طراحی هر سه بوژي ، مشاهده می گردد که تغییرات حاصله در نیروهاي بین چرخ و ریل به خاطر اندازه Wheel base (فاصله بین محور هاي اول و آخر بوژي) و تعداد محورها می باشد.

شکل:1 رابطه شعاع قوس و نیروي جانبی در بوژي هاي مختلف


همانطور که نتایج آزمایش نشان داده است، نیروهاي شبه استاتیکی جانبی در بوژي هاي چهار محـوره

% 30 بیشتر از بوژي هاي سه محوره بوده و همچنین این نیروها در بوژي هاي 2 محـوره % 30 کمتـر از بـوژي هاي سه محوره هستندو نیز مشاهده می گردد که افزایش تعداد محـور بـوژي موجـب افـزایش نیروهـاي بـین چرخ و ریل شده و این پدیده در قوس هاي تندتر تشدید می یابد.


-3تاثیر لقی بین قطعات و ادوات بوژي بر نیروهاي جانبی بین چرخ و ریل

شکل 2 تاثیر لقی آزاد بـین چـرخ وریـل (عـرض خـط)را در دو حالـت 9/5mm و22/2 mm رانشـان میدهد. افزایش لقی (عرض خط) در چرخ ومحور راهنما موجب تطابق هر چه بهتر محور با انحناي قوس شده ودر نتیجه از مقدار نیروي وارده به چرخ کاسته می شود.یکی از راه هاي کاهش نیروي جانبی ، هم راستا نگه داشتن محور طولی بوژي با راستاي ریل، توسط بوژي رادیال (فرمان پذیر ) میباشد.


-1 درجه انحنا عبارتست از زاویه مقابل به کمانی که طول آن 30/5 متر باشد.


شکل: 2 رابطه نیروي جانبی و لقی آزاد (عرض خط)در قوس هاي مختلف

در حالـت تئــوري در یک بـوژي فرمانپذیرایده آل، کلیه نیروهاي جانبی شـبه اسـتاتیکی بـین چـرخ و ریل محو می گردد. ولی در حالت حقیقی به لحاظ ایجاد پایداري بیشتر در سیستم (در مقابـل گـردش مکـرر بوژي در جهت (yaw، می بایست چرخ و محــور تـا انـدازه اي صـلبیت لازم را داشـته باشـند و همیــن امـر موجب می شود تا راستاي شـعاعی محـور و شـعاع قـوس بـر هـم منطبـق نگردنـد. بـه عنـوان مثـال در هنگـام ترمزگیري و یا شتاب گیري یک لکوموتیو، نیروي ترمزي و یا کششی بوجود آمـده، سـعی مـی نماینـد تـا بـر نیروهاي فرمانپذیري بوژي غلبه کرده و مانع فرمانپذیري بوژي به هنگام عبـور از قـوس شـود. بـه همـین دلیـل فرمانپذیري بوژي به صورت مطلوب صورت نمی پذیرد. و اینگونه است که طراحی بوژي هـاي فرمانپـذیر بـا مشکلات بیشتري مواجه است و داراي پیچیدگی خاص خود هستند. درشکل3 دونوع بوژي معمولی ورادیـال مقایسه شده است.


شکل: 3 بوژي رادیال(فرمان پذیر)و معمولی در هنگام عبور از قوس


-4تأثیر خط بر نیروهاي جانبی

هنگامیکه انحناي قوس بیشتر باشد، خزش چرخ بر روي ریل افزایش می یابد و موجب بالا رفتن میزان اصطکاك بین چرخ و ریل شده و در نتیجه نیروهاي جانبی چرخ و ریل افزایش مـی یابـد. (نمـودار شـکل (2
ایجاد عرض خط از جمله کارهایی است که انجام آن در قوسها ضروري است و موجـب افـزایش نیروهـــاي

جانبـی بین چرخ و ریل در بسیاري از بوژي ها می شود. امروزه در هنگام طراحی یک بوژي، لقی هاي کـافی و مناسبی را در سیستم تعلیق اولیه ایجاد می کنند و بدین طریق، تعریض خط (عـرض خـط) بـه جـز در قـوس هاي خیلی شدید ،چندان مؤثر و مفید نمی باشد.اگر به عرض خط، تعریضی بی رویه داده شود ، موجب مـی شود که بوژي در بین دو ریل در جهت yaw گردش زیادتري نموده و در نتیجه خزش هاي جـانبی افـزایش یابد و در نهایت نیروي جانبی افزایش یابد .افزایش و عرض خـط بـه میـزان 12/7 mm موجـب مـی شـود تـا نیروهاي جانبی شبه استاتیکی بیش از % 10 افزایش یابد.
-5تأثیر مقدار خزش بر نیروهاي جانبی شبه استاتیکی

بر طبق نتایج آزمایشهاي به عمل آمده در لکوموتیوها، استفاده از شن بر روي ریل خشک موجب مـی شود تا نیروهاي جانبی شبه استاتیکی بین چرخ و ریل به میزان % 40 افزایش یابد.
-6تأثیر ترمز و کشش بر نیروهاي جانبی شبه استاتیکی

اگر یک لکوموتیو در حال کشش یا در حال ترمزگیري را در نظر بگیریم، در ایـن حالـت خـزش بـین چرخ و ریل در راستاي حرکتی زیاد است. در هنگام عبور از قوس، این خزش با خزش بوجود آمده ناشـی از عبور از قوس جمع برداري خواهند شد. از آنجا که حداکثر ضریب اصطکاك بین چرخ و ریل محدود است، لذا خزش کلی به دست آمده از برآیند این خزش ها نیز محدود بوده و از نیروي اصطکاك بین چـرخ و ریـل می کاهد. این پدیده موجب می شود تا در هنگام عبور از قوس، به دلیل افزایش خـزش جـانبی و محـدودیت در مقدار خزش کل، از میزان چسبندگی بین چرخ و ریل کاسته شـده و لکوموتیـو در هنگـام عبـور از قـوس ضریب چسبندگی کمتري نسبت به خط مستقیم داشته باشد .لـذا، در قـوس هـاي ملایـم تـأثیر ترمـز و شـتاب گیري به خاطر اندك بودن میزان خزش، بسیار کم است

.

-7تأثیر لقی در نیروهاي جانبی شبه استاتیکی

شکل (4) گرایش واگنها به کج شدن و قیچی کردن را در حالت فشار بـین واگنهـا نمایـان مـی سـازد.

میزان لقی هاي جانبی بین بدنه و ریل بر افزایش نیروي جانبی درکاسه بوژي بسیار مؤثر است . افزایش نیـروي فشاري Buff، علاوه بر انتقال نقطه شروع به سطح بالاتر، موجب تندتر شدن زاویه شیب شده است.پس بـراي کاستن نیروي وارده به کاسه بوژي می بایست تا حد ممکن از لقی جانبی کاسته شود.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید