طراحی آج چرخ قطار: چرا چرخ های مخروطی ثبات را در منحنی ها تضمین می کنند

چرخ های قطار یکی از مهم ترین اجزای باربر در وسایل نقلیه راه آهن هستند. هندسه آنها مستقیماً بر ایمنی، ثبات سواری، عملکرد سایش و قابلیت مذاکره در منحنی تأثیر می گذارد.

درک طراحی آج چرخ قطار برای مهندسان راه آهن، سازندگان وسایل نورد و متخصصان تدارکات ضروری است.

1. تنش و توزیع بار تماس با چرخ قطار

چرخ قطار وزن کامل وسیله نقلیه را تحمل می کند. با این حال، سطح تماس بین آج چرخ و ریل بسیار کوچک است.

در لحظه تماس، استرس تماس می تواند تا 1000 مگاپاسکال برسد.

به دلیل این استرس شدید تماس چرخ و ریل:

· چرخ های قطار از فولاد آهنگری با استحکام بالا ساخته می شوند.

· مقاومت سایشی عالی مورد نیاز است.

· مقاومت در برابر خستگی برای عمر طولانی بسیار مهم است.

· عملیات حرارتی دقیق قابلیت اطمینان ساختار را تضمین می کند.

ساختار فولادی جامد استحکام و دوام را تضمین می کند، اگرچه وزن چرخ و صدای چرخش را نیز افزایش می دهد.

2. آج چرخ قطار چیست؟

آج چرخ، سطح غلتشی چرخ قطار است که با ریل تماس می گیرد.

بر خلاف سطح استوانه ای، چرخ های راه آهن از پروفیل آج مخروطی استفاده می کنند. فلنج های چرخ در سمت داخلی ریل ها قرار گرفته اند و سطح آج با نسبت های مخروطی خاص مهندسی شده است.

نسبت های مخروطی استاندارد آج

آج مخروطی به طور کلی شامل دو ناحیه شیب است:

· 1:20 باریک (گاهی اوقات 1:40 برای قطارهای پرسرعت)

در فاصله 48 تا 100 میلی متر از فلنج داخلی قرار دارد.

این منطقه تماس اولیه چرخ و ریل است.

· 1:100 مخروطی

بیش از 100 میلی متر از فلنج قرار دارد.

این بخش پشتیبانی پایداری ثانویه را فراهم می کند.

این هندسه مخروطی دوگانه نقش کلیدی در پایداری وسایل نقلیه راه آهن ایفا می کند.

3. چرا چرخ های قطار به جای استوانه، مخروطی هستند؟

اگر چرخ های قطار استوانه ای بودند، حرکت جانبی باعث ناپایداری می شد.

آج مخروطی، رفتار خود محوری خودکار را امکان پذیر می کند.

هنگامی که یک چرخ از خط مرکزی مسیر دور می شود:

· شعاع غلتش روی یک چرخ افزایش می یابد.

· شعاع غلتش در چرخ مقابل کاهش می یابد.

· به دلیل تفاوت در شعاع نورد، نیروی بازیابی ایجاد می شود.

این اصل هندسی به طور طبیعی چرخ را به سمت مرکز ریل هدایت می کند.

در نتیجه:

· سایش فلنج کاهش می یابد.

· ثبات دویدن بهبود می یابد.

· هزینه های نگهداری کاهش می یابد.

4. چگونه چرخ های قطار از منحنی ها بدون دیفرانسیل عبور می کنند

چرخ‌های قطار به یک محور محکم ثابت می‌شوند، به این معنی که هر دو چرخ با سرعت زاویه‌ای یکسان می‌چرخند.

هنگام وارد کردن یک منحنی:

· چرخ بیرونی باید مسافت بیشتری را طی کند.

· چرخ داخلی مسافت کمتری را طی می کند.

پروفیل آج مخروطی این مشکل را به صورت مکانیکی حل می کند.

زیرا شعاع تماس غلتشی متفاوت است:

· چرخ بیرونی در شعاع نورد موثر بزرگتری کار می کند.

· چرخ داخلی در شعاع نورد موثر کمتری حرکت می کند.

این تفاوت به قطارها اجازه می دهد تا بدون لغزش و بدون نیاز به سیستم دنده دیفرانسیل، منحنی ها را به آرامی طی کنند.

این یکی از کارآمدترین طراحی های مکانیکی در مهندسی راه آهن است.

5. اهمیت مهندسی هندسه چرخ- ریل

طراحی آج چرخ به طور مستقیم بر:

· امنیت مذاکره منحنی

· نرخ سایش چرخ و ریل

· پایداری عملیاتی با سرعت بالا

· راحتی سواری

· فواصل نگهداری

هندسه چرخ راه آهن بهینه شده برای واگن های باری مدرن، لوکوموتیوها، سیستم های مترو و قطارهای پرسرعت ضروری است.