بررسی اجمالی وزن چرخ‌های قطار

1. ترکیب اولیه مجموعه چرخ قطار

مجموعه چرخ قطار بخش مهمی از راه آهن است که عمدتاً از چرخ ها و محورها تشکیل شده است.چرخ بخشی از تماس قطار و ریل است، وزن وسیله نقلیه و نقش هدایت را تحمل می کند.محور به چرخ ها و سایر قسمت های پل خودرو متصل می شود و نیروی کشش و ترمز را از خود عبور می دهد.عملکرد چرخ قطار به طور مستقیم بر ایمنی و روان بودن عملیات قطار تأثیر می گذارد، بنابراین نگهداری و تعمیرات اساسی آن بسیار مهم است.

2. اهمیت وزن برای چرخ های قطار

اولاً، وزن چرخ‌ها تأثیر مستقیمی بر کارایی عملیاتی و ایمنی قطار دارد.چرخ‌های سنگین‌تر، کشش بیشتری را فراهم می‌کنند و به قطار اجازه می‌دهند راحت‌تر بالا برود و شتاب بگیرد.با این حال، چرخ های سنگین می تواند منجر به افزایش مصرف انرژی، مسافت ترمز طولانی تر شود و حتی ممکن است از ظرفیت خط نیز فراتر رود.برعکس، چرخ‌های سبک‌تر ممکن است راندمان بالاتر و مصرف انرژی کمتری در هنگام حرکت در خطوط صاف و مستقیم داشته باشند، اما لغزش یا بی‌حرکتی چرخ‌ها ممکن است هنگام بالا رفتن یا ترمزگیری رخ دهد که بر ایمنی عملیاتی قطار تأثیر می‌گذارد.

ثانیاً، وزن نیز بر کیفیت و کارایی کل فرآیند حمل و نقل تأثیر می گذارد.اگر چرخ‌ها بیش از حد سنگین باشند، ممکن است منجر به ساییدگی و پارگی بیش از حد خطوط و پل‌ها و کاهش عمر مفید آن‌ها شود.این نه تنها هزینه تعمیر و نگهداری را افزایش می دهد، بلکه ممکن است بر ایمنی عملیاتی قطار نیز تأثیر بگذارد.و اگر مجموعه چرخ بیش از حد سبک باشد، ممکن است به کشش ناکافی منجر شود و بر راندمان حمل و نقل قطار تأثیر بگذارد.

محاسبه وزن چرخ قطار

1. محاسبه وزن چرخ

وزن چرخ و اندازه چرخ و مواد مربوط به آن، جدول زیر انواع مختلف قطار و اتوبوس وزن چرخ قطار را فهرست می کند، از جدول می توان وزن چرخ را در محدوده 300-400 کیلوگرم مشاهده کرد.

چرخ مدل	غلت زدن circle قطر خارجی D(mm)	رینگ ها داخل قطر داخلی D1 (mm)	رینگ ها سمت بیرونی قطر داخلی D2 (mm)	چرخ قطر سوراخ (ضخیم) d0	چرخ قطر سوراخ (نشاط) d1	چرخ قطر خارجی D3	چرخ طول L	عرض رینگ چرخ H	فاصله بین رینگ چرخ F	ضخامت اسپیک (نازک ترین نقطه) مانند	وزن نظری (کیلوگرم)	مواد
هزد	840	740	740	198	206	4±282	178±3	135+5	68+2	22	325	ZL-B
HDZD	840	740	740	186	194	4±263	178±3	135+5	68+2	21	315	ZL-B
HDZB	840	740	740	186	94	260+6	178±3	135+5	68+2	23	330	ZL-B
HDZC	840	740	740	186	194	260+6	178±3	135+5	68+2	20	310	ZL-B
حزب حزب	840	740	740.	198	206	278+10	178±3	135+5	68+2	21	322	ZL-B
HDZA	840	710	710	186	194	260+6	178±3	135+5	68+2	25	371	ZL-B
HDZ	840	710	710	186 198	194 206	289+5	178±3	135+5	68+2	25	385	ZL-B

2. محاسبه وزن محور

وزن محور قطار نیز به اندازه و مواد محور مربوط می شود، جدول وزن اندازه های مختلف محورهای قطار را نشان می دهد، از جدول، وزن محدوده محور نسبتاً بزرگ است، حدود 200 کیلوگرم تا 500 کیلوگرم.

محور مدل	اندازه (میلی متر)										وزن (کیلوگرم)
	d1	d2	d4	d5	L1	(L2)	L3	(ل1)	L2	L4
RE2B	150	180	210	184	2181	1981	1±1761	210	83	266.5	451
RE2A	150	180	210	184	2191	1981	1±1731	230	48	229	451
RE2	150	180	206	184	2166	1956	1+1686	240	68	251.5	440
RD2	130	165	194	174	2146	1956	1±1706	220	53	239	380
RD2Y	130	165	194	174	2146	1956	1±1706	220	53	239	380
RB2	100	127	155	138	2062	1905	1±1688	187	44	230	232
RD3	130	165	194	174	2146	1956	1756±0.5	195	78	264	383

3. محاسبه وزن کل مجموعه چرخ

همانطور که از موارد فوق مشاهده می شود، وزن یک معمولی چرخ قطار در وزن 300-400 کیلوگرم، وزن معمولی محورهای قطار در وزن 200-500 کیلوگرموزن کل چرخ ها برابر است با وزن دو چرخ به اضافه وزن یک محور، یعنی وزن چرخ قطار حدود 800-1300 کیلوگرم است، داده های دقیق تر باید بر اساس نقشه ها برای محاسبه باشد.

عوامل موثر بر وزن مجموعه چرخ قطار

1. تاثیر مواد ساخت

فولاد پرکربن و فولاد آلیاژی در وزن چرخ های قطار به طور عمده به چگالی و وزن آنها بستگی دارد.فولاد با کربن بالا محتوای کربن بالایی از فولاد است، چگالی و وزن بالایی دارد، بنابراین استفاده از چرخ قطار تولید فولاد با کربن بالا نسبتا سنگین است.از طرف دیگر فولادهای آلیاژی فولادهای کربنی هستند که عناصر آلیاژی به آنها اضافه شده است و این عناصر آلیاژی می توانند چگالی و وزن فولاد را تغییر دهند.برخی از عناصر آلیاژی چگالی و وزن فولاد را افزایش می دهند و برخی دیگر آن را کاهش می دهند.در نتیجه، بسته به عناصر آلیاژی اضافه شده و محتوای آنها، وزن چرخ قطار ساخته شده از فولاد آلیاژی ممکن است بیشتر یا کمتر از چرخ های ساخته شده از فولاد با کربن بالا باشد.

2. تأثیر فرآیند تولید

فرآیند خاموش کردن بر وزن چرخ‌های قطار تأثیر می‌گذارد، عمدتاً در جنبه‌های زیر:

تغییر چگالی: کوئنچ یک فرآیند عملیات حرارتی است که از طریق خنک کردن سریع فلز برای دستیابی به سختی بالا و مقاومت در برابر سایش بالا می باشد.در فرآیند کوئنچ، آرایش اتم ها یا مولکول ها در فلز تغییر می کند و در نتیجه چگالی آن تغییر می کند.به طور معمول، افزایش جزئی در چگالی فلز خاموش شده وجود دارد، بنابراین فرآیند کوئنچ ممکن است منجر به افزایش جزئی در وزن مجموعه چرخ قطار شود.

تغییرات ابعادی: در طول فرآیند کوئنچ، فلز ممکن است منقبض یا منبسط شود و در نتیجه ابعاد آن تغییر کند.اگر ابعاد فلز پس از کوئنچ کاهش یابد، وزن کل محصول ممکن است متناسب با آن کاهش یابد.برعکس، اگر ابعاد افزایش یابد، وزن ممکن است افزایش یابد.بنابراین، فرآیند خاموش کردن هم بر اندازه و هم وزن چرخ‌های قطار تأثیر می‌گذارد.

عملیات سطحی: فرآیند سخت شدن را می توان در ترکیب با سایر تکنیک های تصفیه سطح مانند رنگ آمیزی و آبکاری استفاده کرد.این عملیات سطحی ممکن است وزن چرخ قطار را افزایش داده و همچنین ظاهر و عملکرد آن را تغییر دهد.بنابراین، تأثیر عملیات سطحی بر وزن چرخ‌های قطار نیز باید در نظر گرفته شود.

3. تأثیر شرایط استفاده

هنگام استفاده از چرخ ها در ارتفاع بالا، وزن چرخ دستی ممکن است به دلیل کاهش فشار هوا و غلظت اکسیژن تغییر کند.به طور خاص، با افزایش ارتفاع، فشار اتمسفر و غلظت اکسیژن به تدریج کاهش می‌یابد و در نتیجه چگالی و وزن مواد فلزی کاهش می‌یابد.بنابراین، وزن چرخ چرخ ممکن است در هنگام استفاده در ارتفاع بالا کمی کاهش یابد.

تاثیر وزن چرخ قطار بر عملکرد قطار

1. تاثیر بر کشش و عملکرد ترمز

وزن چرخ به طور مستقیم بر کشش و عملکرد ترمز قطار تأثیر می گذارد.چرخ سنگین تر، اینرسی و مقاومت کششی قطار را افزایش می دهد و شتاب و کاهش سرعت قطار را دشوارتر می کند.بنابراین، هنگام طراحی قطار، باید وزن چرخ را به طور معقول انتخاب کرد تا نیازهای کشش و عملکرد ترمز متعادل شود.

2. تاثیر بر مصرف انرژی و فرسودگی

مصرف انرژی: وزن چرخ‌های قطار تأثیر بیشتری بر مصرف انرژی دارد.چرخ‌های سنگین‌تر، مقاومت کششی و اینرسی قطار را افزایش می‌دهد و باعث می‌شود قطار هنگام شتاب و کاهش سرعت انرژی بیشتری مصرف کند.بنابراین، با فرض اطمینان از ایمنی و عملکرد، کاهش مناسب وزن چرخ می تواند مصرف انرژی قطار را کاهش داده و کارایی عملیاتی را بهبود بخشد.

پوشیدن: وزن مجموعه چرخ نیز بر استرس تماس آن با مسیر تأثیر می گذارد که به نوبه خود بر میزان سایش تأثیر می گذارد.چرخ‌های سنگین‌تر هنگام تماس با مسیر، تنش‌های تماسی بیشتری ایجاد می‌کنند و سایش مسیر و چرخ را تسریع می‌کنند.بنابراین، هنگام انتخاب یک چرخ، لازم است که نیاز به وزن را در برابر نیاز به مقاومت در برابر سایش سنجید تا از عمر مفید و ایمنی چرخ دستی اطمینان حاصل شود.

3. تأثیر بر روان بودن کار و ارتعاش

یکنواختی عملکرد: وزن مجموعه چرخ بر نرمی کار قطار تأثیر می گذارد.چرخ‌های سنگین‌تر هنگام تماس با مسیر، شوک و لرزش نسبتا زیادی ایجاد می‌کند که می‌تواند منجر به عملکرد ناپایدار قطار شود و بر راحتی مسافران و ایمنی کالا تأثیر بگذارد.چرخ‌های سبک‌تر می‌توانند شوک و لرزش را کاهش دهند و نرمی کار را بهبود بخشند، اما چرخ‌های خیلی سبک نیز ممکن است باعث افزایش اصطکاک و لرزش بین چرخ‌ها و ریل‌ها شوند که بر عملکرد و ایمنی تأثیر می‌گذارد.بنابراین، هنگام انتخاب وزن یک چرخ، مهم است که نیازهای همه طرف های درگیر را متعادل کنید.

لرزش: وزن مجموعه چرخ قطار نیز می تواند بر ویژگی های ارتعاشی آن تأثیر بگذارد.چرخ‌های سنگین‌تر ممکن است لرزش بیشتری ایجاد کنند، به‌ویژه در سرعت‌های بالا یا هنگام حرکت در منحنی‌ها.این لرزش ممکن است منجر به افزایش ساییدگی و پارگی بین چرخ ها و ریل ها شود و عمر چرخ ها و ریل ها را تحت تاثیر قرار دهد.

بهینه سازی وزن چرخ قطار

1. استفاده از مواد سبک وزن

مواد آلیاژ آلومینیوم جدید دارای مزایای آشکاری در چرخ‌های قطار پرسرعت است.در مرحله اول، وزن قطار را به طور قابل توجهی کاهش می دهد، که باعث بهبود راندمان عملیات و اثر صرفه جویی در انرژی می شود.ثانیا، مواد آلیاژ آلومینیوم دارای مقاومت در برابر خوردگی و خواص مکانیکی عالی است که می تواند پایداری و عمر مفید قطار را بهبود بخشد.علاوه بر این، آلیاژهای آلومینیوم پردازش و بازیافت نسبتا آسانی دارند که به کاهش هزینه های نگهداری کمک می کند.

با این حال، عملکرد مواد آلیاژ آلومینیوم تحت شرایط محیطی و بارگذاری پیچیده باید در کاربردهای عملی در نظر گرفته شود و نظارت و ارزیابی مستمر باید برای اطمینان از عملکرد ایمنی قطارها انجام شود.

2. بهینه سازی طراحی سازه

با بهبود ساختار چرخ و کاهش اجزا و مواد غیر ضروری می توان به وزن سبک دست یافت.به عنوان مثال می توان به استفاده از محورهای توخالی، بهینه سازی ساختار یاتاقان ها و دستگاه های ترمز اشاره کرد.

3. اهمیت و ارزش بهینه سازی وزن چرخ های قطار

صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش انتشار: با توجه روزافزون به حفاظت از محیط زیست، صرفه جویی در انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای به یک جهت توسعه مهم صنعت حمل و نقل ریلی تبدیل شده است.بهینه‌سازی وزن چرخ‌های قطار می‌تواند مصرف انرژی و انتشار کربن را در هنگام حرکت خودرو کاهش دهد و در نتیجه به حفظ محیط زیست کمک کند.

بهبود کارایی حمل و نقل: وزن کم‌تر مجموعه چرخ‌ها می‌تواند قطار را در عملکرد انعطاف‌پذیرتر کند، اتلاف نیرو ناشی از وزن بیش از حد چرخ را کاهش دهد و در نتیجه کارایی حمل و نقل را بهبود بخشد.

کاهش سایش و پارگی: کاهش وزن ست چرخ باعث کاهش ساییدگی و پارگی پیست، افزایش طول عمر پیست و کاهش هزینه های نگهداری می شود.

بهبود ایمنی: کاهش وزن چرخ می تواند برجستگی ها و ارتعاشات وسیله نقلیه را در هنگام حرکت کاهش دهد و پایداری و ایمنی قطار را بهبود بخشد.

ترویج توسعه اقتصادی: بهینه‌سازی وزن چرخ‌های قطار می‌تواند رقابت‌پذیری حمل‌ونقل ریلی را بهبود بخشد و توسعه صنعت حمل‌ونقل ریلی را ارتقا بخشد و در نتیجه توسعه کل اقتصاد را هدایت کند.