بررسی بوژی SF3 لکوموتیو ER24PC
چکیده
با توجه به اهمیت لکوموتیوهای پروژه ایران سفیر (زیمنس ER24PC) در ناوگان ریلی ایران از آنجا که در حال حاضر اغلب لکوموتیو های ناوگان مسافری از این نوع هستند، توجه زیادی معطوف به تعمیرات و نگهداری آنها است. بررسی ساختار، نحوه عملکرد اجزاء مختلف بوژی و خرابی‌های بوژی این لکوموتیو به عنوان عامل هدایت و مکانیزم حرکت قطار از اهمیت بالایی برخوردار است.
به طور عمده هر قطار از دو بخش بوژی و بدنه تشکیل میشود. به قسمت پایین قطار بوژی و به قسمت بالای قطار بدنه گفته میشود. بوژی مجموعه‌ای مکانیکی شامل چرخ و محور، سیستم تعلیق، سیستم ترمز و قاب بوژی است. در این پژوهش به معرفی و بررسی وظایف، عملکرد بوژی، سامانه تعلیق و زیر مجموعه‌های آن پرداخته میشود.
لکوموتیو ER24PC
لکوموتیوهای ER24PC در طی یک قرار‌داد با شرکت زیمنس آلمان وارد ایران شدند.با انتقال تکنولوژی از شرکت زیمنس بیش از 50 درصد این لکوموتیو‌ها در ایران تولید شده‌اند و در اغلب خطوط ایران به عنوان لکوموتیو مسافری در حال بهره برداری هستند. این لکوموتیو یک لکوموتیو تک کابین دیزل الکتریک است که با حداکثر سرعت 160 کیلومتر بر ساعت قابل بهره برداری است.
بعضی از ویژگی‌های این لکوموتیو عبارتند از:
- امکان اتصال حداکثر سه لکوموتیو به یکدیگر (Multiple unit)
- مجهز به ترمز الکترو‌دینامیک و الکتروپنوماتیک
- سیستم کنترل چسبندگی
- مجهز به سامانه تامین برق قطار (HEP)
- سیستم تثبیت سرعت(Crouse control)
در جدول زیر مشخصات فنی لکوموتیوER24PC بیان شده‌است:
معرفی بوژی SF3
این بوژی یکی از بوژی‌های جدید و مدرن و به شمار می‌رود و ساختاری شبیه به بوژی قطار‌های پر سرعت دارد. این بوژی یک بوژی دو محوره است. امکان حرکت آسان در قوس را فراهم می‌آورد و حرکت آسان‌تری نسبت به بوژی سه محوره داشته باشد. این بوژی از نظر عملکردی به نوعی بوژی نیمه فرمان پذیر محسوب میشود. این بوژی دارای بار محوری 22 تن است و می‌تواند در ریل با شیب 1:20 استفاده‌شود.
قاب بوژی این نوع بوژی کاملا یک تکه است، یعنی شما در نگاه اول یک فریم بوژی و دو چرخ محور را مشاهده می‌کنید. این بوژی با روش جوشکاری ساخته شده‌است. بر روی تیر عرضی در چند قسمت جوشکاری را مشاهده می‌کنید؛ اما تیر‌های طولی یکپارچه هستند.
قاب بوژی از نظر ساختاری شامل دو قاب جانبی ، یک تیر افقی اصلی (transom) و دو تیر لوله‌ای (tubular head beem) است.
به دلیل کاهش وزن بوژی سوراخ و حفره‌هایی بر روی آن در نظر گرفته‌شده است. البته تعدادی از این حفره‌ها به منظور جابه‌جایی آسان توسط ماشین آلاتی همچون جرثقیل در نظر گرفته شده‌است.
دقت شود؛ در بوژی مدل SF3 ، بر خلاف بوژی لکوموتیو GM بولستر نداریم و به کمک سیستم تعلیق ثانویه که دارای چهارفنر مارپیچ است حرکت میکند.
سیستم تعلیق اولیه
سیستم تعلیق اولیه بوژی دارای هشت فنر مارپیچ و تعدادی دمپر است. محفظه یاتاقان به گونه‌ای طراحی شده‌است که پشتیبان سیستم تعلیق اولیه باشد. این سیستم علاوه بر انتقال وزن وسیله نقلیه از قاب بوژی به چرخ ها، هدایت طولی و عرضی قابل انعطاف در حین حرکت را در چرخ و محور ایجاد میکند. همچنین سیستم تعلیق اولیه نیروهای شتاب و ترمز را منتقل کرده و تعلیق و میرایی اولیه بوژی را فراهم میکند.
اجزاء سیستم تعلیق اولیه در هر بوژی SF3 عبارتند از:
- هشت عدد فنر مارپیچ
- چهار عدد نگه دارنده اولیه (Primary stop)
- چهار عدد دمپر عمودی اولیه
- 12 عدد بوش رابط فرمان پذیری (Streeing rod)
سیستم تعلیق ثانویه
سیستم تعلیق ثانویه هر بوژی دارای چهار فنر مارپیچ است که بین قاب بوژی و بدنه لکوموتیو قرار گرفته‌است. سیستم تعلیق ثانویه وزن وسیله نقلیه را به قاب بوژی منتقل میکند و برای تنظیم ارتفاع بدنه استفاده میشود. سیستم تعلیق ثانویه نیروهای استاتیکی و دینامیکی که شامل نیروهای هدایت ، نیروهای شتاب ، نیروهای ترمز و …است، را از بدنه وسیله نقلیه به قاب بوژی منتقل میکند و راحتی سفر را فراهم می کند.
سیستم تعلیق ثانویه در هر بوژیSF3 عبارتند از:
- چهار عدد فنر مارپیچ
- یک عدد پین مرکزی
- چهار عدد نگه دارنده نهایی( End stop)
- دو عدد دمپر عمودی ثانویه
- دو عدد دمپر آنتی یاور
- یک عدد دمپر عرضی
- دو عدد انتقال دهنده کشش (Traction transmission)
- دو عدد نگه دارنده جانبی (Lateral stop)
نگه دارنده نهایی (End stop assembly)
بین بوژی و شاسی لکوموتیو قرار دارد، در بالای دمپر عمودی اولیه قرار دارد و ازچرخش بیش از اندازه بدنه نسبت به بوژی جلوگیری میکند. در هر بوژی چهار عدد نگه دارنده نهایی وجود دارد. اگر زاویه قوس بیش از اندازه باشد با ایجاد سایش بین بوژی و لکوموتیو از چرخش بیش اندازه بوژی جلوگیری میکند، همچنین زمانی که ضربه شدید داشته باشیم؛ مانند عبور از سوزن، از انتقال ضربه شدید بوژی به بدنه جلوگیری میکند.
رابط فرمان پذیری (Steering rod)
رابط فرمان پذیری بین سر محور و فریم بوژی قرار گرفته‌است که چرخش و حرکت را در قوس راحت میکند و امکان بازی آسان را در قوس فراهم می‌سازد. همچنین انتقال نیرو در زمان کشش و ترمز از محور به فریم است توسط این قطعه انجام میشود، در لحظه استارت محور به جلو حرکت میکند از طریق
رابط فرمان پذیری نیرو به بوژی انتقال می‌یابد و پس از آن نقطه اثر نیرو جابهجا شده و به ترکشن انتقال می‌یابد.
این قطعه دارای بوش لاستیکی است که موجب کاهش سایش فلز با فلز میشود، همچنین این بوش تا حدودی ارتعاشات ناشی از چرخ و محور را میرا میکند، بیشتر خرابی‌های رابط فرمان پذیری مربوط به بوش لاستیکی است که دچار ترک میشود.
سنسور ضد لغزش( Impulse sensor)
به این سنسورWSP نیز گفته میشود. به سر محور متصل می‌گردد و اگر سر محور باز گردد؛ مشاهده میشود که خود محور دارای تعداد مشخصی دندانه است. زمان حرکت چرخ و محور دندانه‌ها از مقابل سنسور عبور می‌کنند و این سنسور تعداد دندانه‌ها را شمارش میکند و تعداد دور را مشخص میکند.
وظیفه این سنسور اندازه‌گیری سرعت چرخ‌ها است، اندازه‌گیری سرعت چهار چرخ بوژی و مقایسه آن با سرعت ترکشن موتور در صورتی که متوجه شود سرعت چرخ‌ها و ترکشن برابر نباشند یا به اصطلاح اگر چرخی در جا بزند، سعی میکند با ترمز گرفتن بر روی چرخ با سرعت بیشتر سرعت چرخ‌ها برابر شوند.این سنسور از سر خوردن چرخ‌ها در زمان ترمز‌گیری و شتاب گیری جلوگیری میکند .
نگه دارنده اولیه در بین دو فنر سیستم تعلیق اولیه، پشت دمپر عمودی اولیه قرار دارد. وظیفه این قطعه محدود سازی ضربات ناگهانی است. نگه دارنده اولیه دارای دو صفحه است. در حالت عادی این دو صفحه یک فاصله استاندارد از یکدیگر دارند.( این فاصله در حدود3 ±23 میلی متر است، فاصله ذکر شده منوط به این مورد است که ریل تراز داشته‌باشید.) کاهش فاصله ذکر شده می‌تواند به دلایل مختلف باشد:
1) نشان‌دهنده خستگی فنرها باشد.
2) عدم تقارن فنرها را نشان دهد.
3) عدم توزیع بار یکسان را نشان می‌دهد.
که یکی از دو صفحه سایشی نگه دارنده اولیه در بالای جعبه یاتاقان قرار دارد و دیگری به فریم متصل است.( یکی روی محور قرار دارد و دیگری بر بدنه قرار دارد.) در ناهموار‌هایی مانند افتادگی ریل یا سرعت بالا یک ضربه به این قطعه وارد شده و دو صفحه به یکدیگر می‌چسبند و از جابه‌جایی عمودی جلوگیری میکند.
چرخ و محور
محور مجموعه چرخ و محور یک شفت توخالی فورج است که چرخ‌ها در آن به صورت پرسی جا زده میشوند. عمل فورج نیز تکنیکی است که در آن فلزات با استفاده از نیروی فشاری متمرکز، به شکل و فرم مورد نظر تبدیل می شوند. این نیروی فشاری با استفاده از چکش، پتک و یا غلتک بر قطعه وارد میشود.
در گذشته برای مونتاژ چرخ ومحور، چرخ گرم می‌شد و دچار انبساط می‌شد سپس محور یا سرد می‌شد و یا در دمای اتاق بود، محور در داخل چرخ قرار می‌گرفت؛ اما این روش از نظر ایمنی مناسب نبود [1]. اکنون به کمک پرس 300 تن، چرخ و محور مونتاژ میشوند و این روش ایمنی بالایی نیز دارد.
هر چرخ دارای خط مرگ می‌باشد. در صورتی که با تراشکاری به قطر خط مرگ برسیم دیگر چرخ قابل استفاده نخواهد بود[1] . ( به عبارتی قطر چرخ سالم 1100 میلی‌متر است. در صورتی که با تراشکاری به قطر 1020میلی‌متر که خط مرگ در این فاصله قرار دارد برسیم؛ چرخ غیر قابل استفاده‌است و قابل تراش نخواهد بود.)
محافظ ریل و شن پاش(Rail guard and sanding)
بوژی SF3 مجهز به روانکار چرخ، مخزن شن پاش و محافظ ریل است. محافظ ریل، در صورت وجود مانع و
عوامل خارجی مانند سنگ، این عوامل را از مسیر حرکت چرخ حذف میکند تا احتمال آسیب چرخ و همچنین خروج از خط را کاهش دهد. مخزن شن پاش در صورت نیاز با پاشش شن در مسیر حرکت چرخ چسبندگی را افزایش می‌دهد و از سر خوردن چرخ جلوگیری میکند.
دمپر یا کمک فنر
دمپرضربات ناشی از چرخ که از ریل وارد میشود را میرا میکند. دامنه ارتعاشات را محدود می‌سازد و ارتعاش را میرا می‌سازد. ( در صورت نبود دمپر دامنه ارتعاش زیاد میشود و میرا نمی‌گردد؛ به عبارتی جلوی حرکت رفت و برگشتی فنر که ناشی از ارتعاش است را می‌گیرد تا ارتعاش را محدود سازد.) از ارتعاش به بدنه جلوگیری میکند. کورس دمپر در حدود 50 میلی متر است. دمپر‌ها همواره باید از نظر آسیب خارجی و نشتی روغن مورد برررسی قرار گیرند. دمپر‌های اولیه کوچکتر از دمپر‌های ثانویه هستند .
با توجه به این موضوع که این لکوموتیو جزء لکوموتیوهای پر سرعت به حساب می‌آید و در لکوموتیوهای پرسرعت احتمال وقوع پدیده هانتینگ بیشتر است. ( در پدیده هانتینگ اگر به دلایلی مانند فاصله لقی که پروفیل چرخ دارد، اندکی در راستای عرضی جابهجا می‌گردد.با توجه به مخروطی بودن چرخ‌ها اختلاف در شعاع دوران ایجاد می‌گردد و در نهایت یک چرخ از چرخ دیگر جلو می افتد و قطار در راستای عرضی شروع به جابهجا شدن یا به اصطلاح بازی کردن میکند و معمولاً پدیده هانتینگ پس از عبور از قوس و ورود به مسیر مستقیم اتفاق می‌افتد.) که این پدیده هانتینگ یکی از حرکات عرضی به شمار می‌رود. این بوژی دارای چهار دمپر عمودی اولیه، دو دمپر عمودی ثانویه، یک عدد دمپر عرضی و دو دمپر آنتی یاو است.
انتقال دهنده نیرو کشش ( Traction transmission)
دارای دو صفحه لاستیکی فلزی است، که وظیفه آن انتقال نیروی طولی از قاب بوژی، به پین مرکزی نصب شده بر روی بدنه لکوموتیو است. همچنین در حین فرآیند انتقال نیرو تعلیق نیروهای جانبی و عرضی را به عهده دارد ( ضربه‌گیر جانبی به شمار می‌روند.)
نگه دارنده جانبی (Lateral stop)
نگه دارنده جانبی برای راحتی سفر در مسیر مستقیم و قوس طراحی‌شده است، وظیفه این قطعه جذب و تعلیق نیروهای عرضی ناشی از نا‌همواری‌های مسیر در حین حرکت است. دو ضربه گیر جانبی داریم که در اطراف پین مرکزی (center pin) قرار گرفته‌اند و در زمان ترمز‌گیری و شتاب‌گیری با پین مرکزی تماس پیدا می‌کنند و دو ضربه گیر جانبی دیگر در زمان حرکت‌های جانبی عرضی( به واسطه چرخش یا هر عامل دیگری) بر روی ریل پین مرکزی با پین مرکزی تماس می‌یابند.
صفحات شیم گذاری
در مجموع هر بوژی دارای هشت فنر سیستم تعلیق اولیه و چهار فنر سیستم تعلیق ثانویه است که در زیر هر فنر صفحات شیم گذاری قرار دارد. این صفحات به صورت دایره‌ای و به اندازه قطر فنر هستند.
با توجه به این موضوع که در زمان ساخت فنر نمیتوان دو فنر را با ارتفاع یکسان ساخت، در فرآیند ساخت فنرها عادی است که دو فنر ساخته شده اندکی با یکدیگر اختلاف ارتفاع داشته باشند.این اختلاف ارتفاع معمولاً بین 1 تا 3 میلی‌متر است. برای تراز کردن ارتفاع فنرها از صفحات شیم‌گذاری استفاده میشود.
( ضخامت صفحات شیم‌گذاری 2و 3 میلی‌متر است.) صفحات شیم گذاری از جنس فلز هستند و به ندرت دچار خرابی میشوند .
فنر لاستیکی لایه‌ای(Layer spring )
هرکدام از فنرها چه فنر سیستم تعلیق اولیه و چه فنر سیستم تعلیق ثانویه دارای فنر لایه‌ای هستند؛ برای
جذب ضربه به‌کار برده میشوند. فنر لایه‌ای یک تکیه‌گاه فنر است که از قطعات فلزی و لاستیک( الاستومتری) تشکیل شده‌است و به کمک نر و مادگی بر روی قاب بوژی نصب می‌گردد.
پس از مدتی مشخص به دلیل کارکرد زیاد و جذب ضربات ترک می‌خورد و باید تعویض گردد. جنس این لایه از نوع پلاستیک با دوام است و در دراز مدت فرسوده میشوند اما وجود روغن باعث خورندگی و خرابی زود هنگام این قطعه میشود. فنر‌های لایه‌ای در شرایط استاندارد عمری در حدود شش تا هشت سال دارند.
سیستم ترمز
لکوموتیو ER24PC مجهز به ترمز الکترو‌دینامیک و الکتروپنوماتیک است. در محدوده بین 6 کیلومتر برساعت و 160 کیلومتر بر ساعت به طور خودکار از ترمز دینامیک استفاده میکند و اگر لکوموتیو‌ران در این محدوده سرعت از ترمز هوایی استفاده کند. سیستم اجازه استفاده از ترمز هوایی را نمی‌دهد. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت استفاده از ترمز هوایی در این نوع لکوموتیو به شدت کم است.
مکانیزم سایش ترمز هوایی در این لکوموتیو از نوع دیسکی است و با توجه به استفاده کم ترمز الکتروپنوماتیکی در این لکوموتیو، خرابی دیسک ترمز در این لکوموتیو به شدت کم است .
بعضی از مزایای ترمز دینامیک عبارتند از:
1) استفاده کمتر از دیسک ترمز و کاهش هزینه به دلیل عدم نیاز به تعویض دیسک ترمز و……
2) بازگشت انرژی
3) خرابی کمتر چرخ
4) سر و صدای کمتر
برخی از مزایای ترمز دیسکی در مقایسه با ترمز کفشکی عبارتند از:
1) کفشکی به دلیل سایش و تماس با سطح چرخ، موجب خرابی، کندگی و سایش سطح چرخ میشود.( خرابی بیشتر چرخ در مقایسه با دیسکی)
2) سر و صدای ترمز کفشکی بیشتر از ترمز دیسکی است.
3) قیمت دیسک ترمز بیشتر از کفشک است.
4) کفشک زودتر از دیسک خراب میشود.
5) تعویض کفشک ترمز سریع تر از دیسک ترمز است.
امروزه سیستم ترمز لکوموتیوهای جدید با توجه به قیمت بالای چرخ به سمت ترمز دیسکی می‌رود؛زیرا ترمز دیسکی موجب خرابی سطح چرخ نمی‌شود .
کوپلینگ
یکی از تفاوت‌های لکوموتیوER24PC با لکوموتیوهایGM داشتن کوپلینگ است. کوپلینگ بین ترکشن موتور و جعبه دنده قرار گرفته‌است. کوپلینگ نیروی ترکشن موتور را به جعبه دنده انتقال می‌دهد. علاوه بر اینکه واسط و انتقال دهنده نیروی ترکشن موتور است. به کمک صفحات انعطاف پذیری که دارد ارتعاش و ضربات را جذب و میرا میکند و از انتقال آن به ترکشن موتور جلوگیری میکند؛ زیرا ترکشن موتور در برابر ضربات وارده حساس است و فاصله بین استاتور و روتور کاهش می‌یابد و شار کاهش می‌یابد. البته این صفحات فلزی از آنجا که در زیر لکوموتیو قرار دارند. اغلب بر اثر برخورد صفحات دچار مشکل میشوند و لبه آنها خم میشود.
یک نظر
مقاله خیلی خوب و کاملی بود. ممنون از شما