چگونه قطارها می توانند بارهای سنگین را بکشند ؟!!
مقدمه
در لحظاتی از زندگیتان حتما یک قطاری ازکنارتان گذشته است،حتی اگر سریع هم رد شده باشد، شما مشاهده کردید و متوجه شدید که چطور چند لکومتیو معمولا یک یا دو تا از آنها می تواند تعداد زیادی از واگن ها را بکشند.
در ایران طول بعضی از قطار های باری نیم کیلومتر یا بیشتر می شوند اما در بعضی از کشور ها که لکومتیو های قوی تر و شبکه باری قوی تری دارند، بعضی از قطار ها تا 2 یا 3 کیلومتر هم میرسد.
یکی از طولاتی ترین قطارها را شبکه ریلی استرلیا دارد که طول آن به 4 تا 5 کیلومتر هم میرسد و با 3 یا 4 لکومتیو، بار خود را به مقصد می رسانند.
برای اینکه درک کنیم لکومتیو ها چگونه این وزن زیاد را می کشند نیاز است چند مفهوم ساده را با هم مرور کنیم:
1- واگن ها به صورت کلی به دو بخش خودکشش و تریلر تقسیم میشوند،بعضی از قطار ها مانند قطار های
حومه ای یا مترو ایران دارای واگن های خودکشش هستند.قطار های بین شهری دارای واگن های تریلر هستند. واگن های تریلر توسط یک وسیله دیگر کشیده می شوند و خود به تنهایی امکان ایجاد حرکت را ندارند درصورتی که واگن های خود کشش به تنهایی امکان حرکت دارند و نیاز به کشنده ندارند.
2- واگن های باری از نوع تریلر هستند و توسط کشنده یا لکومتیو که در جلوی قطار کوپل می شود به حرکت در میایند.
3- لکومتیو ها قلب تپنده راه آهن هستند و بدون این وسیله ها راه آهن باری و بخش زیادی از راه آهن مسافری کار خواهد افتاد.
4-کوپلر ها(سیستم اتصال دو واگن):
کوپلر ها، سیستمی برای اتصال دو واگن به یکدیگر هستند. به دو حالت اتوماتیک و غیر اتوماتیک تقسیم بندی می شوند.
تفاوت این دو کوپلر به دخالت انسان برمیگردد که در کوپلر های اتوماتیک دخالت انسان وجود ندارد و امنیت بیشتری برای کارکنان ایجاد می کند.
در صورت نصب کوپلر های غیر اتوماتیک(زنجیری) علاوه بر دخالت انسان نیاز است ادوات دیگری به نام ضربه گیر روی واگن ها نصب شود زیرا که این نوع کوپلر ها توانایی جذب ضربات را ندارند.
اگر می خواهید در مورد کوپلر های مکانیکی بیشتر بدانید مقاله “انواع و اجزا کوپلرهای مکانیکی در ناوگان ریلی”را مطالعه نمایید.
دو عامل اصلی که امکان کشش زیاد وزن قطار را توسط لکومتیو می دهد
- اولین عامل قدرت و ایجاد توان بالای لکومتیو ها است.
- دومین عامل کاهش نیرو اصطکاک به هر منظور و روش ممکن است.
که این موارد را به اختصار در ادامه بررسی می کنیم.
1- قدرت و توان بالای لکومتیو
قدرت بالا و امکان ایجاد توان بالا در یک دوره زمانی زیاد باعث حرکت تعداد بالایی واگن را می شود.
لکومتیو باری که ایران از آن برای جابهجایی اکثر واگن های خود استفاده می کند سری EMD-GT26 است که توانایی تولید 3000 تا 3300 اسب بخار را دارد،این به این مفهوم است که این لکومتیو ها به اندازه 44 ماشین ایرانی که در نهایت توانشان فعال هستند، قدرت دارد و می توانند این توان را در مدت طولانی حفظ کنند.
لکومتیو ها برای انتقال توان از موتور دیزلی به سر محور برای حرکت از تراکشن موتور ها استفاده می کنند که بازده بالای 80% را دارند.
بدین منظور ابتدا توان تولیدی از موتور 16 سیلندر باعث چرخش شافت ژنراتور شده و ژنراتور انرژی تراکشن موتورها را تولید خواهد کرد.
تراکشن موتور ها روی هر محور لکومتیو قرار دارند و با دریافت این توان، انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل کرده و چرخ های لکومتیو را می چرخانند.
2– کاهش نیرو اصطکاکی به هر روش ممکن
عامل دیگری که اجازه میدهد تا لکومتیو ها وزن زیادی بکشند، به نیرو اصطکاک وابسته است، یا به بیانی بهتر به کم بودن نیرو اصطکاک وابسته است.
صاف و صیقلی بودن ریل ها و چرخ ها و همچنین سطح تماس بسیار کم چرخ ها با ریل باعث ایجاد یک سیستمی با نیرو اصطکاک پایین می شود به صورتی که سطح تماس تاج ریل با زیر چرخ به اندازه یک سکه کوچک است و شما می توانید بدون کمک فرد دیگری، یک واگن را تکان داده و بر روی ریل حرکت دهید.
ممکن است برای شما یک سوال دیگری پیش بیاید که اگر تا این حد نیرو اصطکاک چرخ و ریل کم است، چرا لکومتیو هایی که باعث حرکت روی ریل می شوند دچار غلتش با لغزش (اصطلاح عامه به عنوان بکس و باد شناخته می شود) نمی شوند که باعث شود چرخ های آنها روی ریل درجا بزنند و حرکت نکنند، در جواب باید گفت که لکومتیو ها دارای مخازنی هستند که در آنها شن ذخیره می شود، در زمان های مورد نیاز(مانند شروع به حرکت کردن، ترمزگیری،حرکت با سرعت پایین و…) با پاشش شن بین سطح چرخ و ریل باعث افزایش ضریب اصطکاک در سطح تماس چرخ و ریل شده تا از غلتش با لغزش(بکس و باد) جلوگیری کند.
در برخی مواقع که بحث دقیقی درمورد تعداد واگنی که لکومتیوی می تواند بکشد ایجاد شده باشد، می توان با داشتن ضریب اصطکاک و نیروی تراکشن لکومتیو در سر هر چرخ مقدار نیرویی که می توان لکومتیو در سرچرخ ها ایجاد کند بدون اینکه لغزشی به وجود آورد را بدست آورد.
باید به این نتیجه رسید که مقدار توانی که لکومتیو باعث حرکت رام قطاری می شود ممکن است از حداکثر توان لکومتیو کمتر باشد تا باعث لغزش نشود.
با اینحال ممکن است اوقاتی، لکومتیو نتواند رام قطاری را به حرکت در آورد مخصوصا از حالت کاملا ایستاده، همانطور که از فیزیک میدانیم، سه نوع اصطکاک وجود دارد: اصطکاک ایستایی، حرکتی و ویسکوز(تر). به دلیل شرایط موجود برای ساده سازی در تماس چرخ و ریل، ضریب اصطکاک ویسکوز(تر) صرف نظر شده و دو جسم صلب درنظر گرفته می شود، می توان گفت ضریب اصطکاک ایستایی از ضریب اصطکاک جنبشی بیشتر است و هر جسمی برای شروع به حرکت نیاز به نیروی بیشتری دارد تا سرعت حرکت خود را بیشتر کند. با توجه به فرمول ساده نیرو اصطکاک که به مقدار جرم جسم وابسته است و جرم یک رام قطار نیز بسیار زیاد است ،چگونه لکومتیو ها میتوانند به این نیروی اصطکاک ایستایی بسیار زیاد غلبه کرده و واگن ها را به حرکت در آورند؟
باید اشاره کرد که هیچ لکومتیویی وجود ندارد که بتواند کل جرم قطار را در یک لحظه از حالت ایستاده به حرکت درآورد.
اما اگر لکومتیو برای شروع به حرکت نیاز باشد فقط یک واگن را بکشد چطور؟
کار مهم دیگری که کوپلینگ ها به غیر از ایجاد اتصال بین دو واگن دارند این است که می توانند وزن قطار به صورت تدریجی به لکومتیو منتقل کنند. لکومتیو ها واگن های یک قطار را یک به یک از حالت ایستاده خارج می کنند و به تدریج وزن کل قطار را می کشد.
این روند به وسیله Draft gear انجام می شود که پشت هر کوپلینگ واگنی قرار دارد. Draft gear ها اجازه می دهند که وزن قطار به صورت تدریجی به لکومتیو اضافه بشود، کوپلینگ ها به صورت آرام و تدریجی از حالت فشرده خارج شده و به صورت کششی در بیاید و بالعکس.
شما می توانید حرکت Draft gear ها را در زمان شتاب گیری و ترمزگیری مخصوصا زمان شروع به حرکت مشاهده بفرمایید که همراه صدای برخورد فلز به فلز خواهد بود.
حال لکومتیو ها به وسیله این Draft gear ها می توانند به راحتی به نیرو اصطکاک ایستایی هر واگن جداگانه غلبه کرده و یک رام قطار را از حالت ایستاده خارج کنند.
نتیجه
در این قسمت به دلایل اصلی که امکان کشش بسیار بالای لکومتیو ها را فراهم می کند را فرا گرفتیم همچنین حتما باید تا الان فهمیده باشید که چرا از چرخ و ریل به جای لاستیک استفاده می کنند.
تمام این سیستم بر روی دو موضوع مهم یعنی قدرت و نیرو اصطکاک پایین بنا شده است که باید گفت این مورد روی هر سیستمی پیاده شود نتیجه بسیار مناسبی خواهد داشت.
