ความเสียหายของรางคอมมอนเรล
รางเป็นส่วนสำคัญที่สุดส่วนหนึ่งของระบบราง แรงดึงและการเบรกของรถไฟเกิดขึ้นจากแรงเสียดทานระหว่างล้อและราง ดังนั้น สภาพรางที่ดีจึงเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่ารถไฟจะวิ่งได้อย่างปลอดภัยและราบรื่น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความเค้นในการสัมผัสแบบสลับกัน วัสดุรางจึงมักสึกหรอหรือเสียหายจากความล้า ดังที่แสดงในรูปที่ 1 ประเภทหลักของความเสียหายของราง ได้แก่ รอยแตกร้าวจากความล้า การลอก การสึกหรอแบบลูกฟูก การบด และการสึกหรอด้านข้างราง ซึ่งคิดเป็นมากกว่า 80% ของความเสียหายทั้งหมดของราง เมื่อความเร็วของรถไฟและภาระเพลาเพิ่มขึ้น ปัญหาความล้าและการสึกหรอของรางก็รุนแรงมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งทำให้ความต้องการเทคโนโลยีการเจียรรางเพิ่มขึ้นอย่างมาก
1. รอยแตกร้าวจากการสัมผัสแบบกลิ้งรอยแตกร้าวจากการสัมผัสแบบกลิ้งเป็นหนึ่งในรูปแบบความเสียหายที่พบบ่อยที่สุดของรางรถไฟความเร็วสูง [1] ดังที่แสดงในรูปที่ 2 โดยทั่วไปรอยแตกร้าวจะไม่ขยายลงมาทั้งหมด แต่จะขยายไปถึงพื้นผิวรางเป็นส่วนโค้งเพื่อให้เกิดลักษณะรางลอก ดังที่แสดงในรูปที่ 2 พื้นผิวด้านบนของรางถูกกดลงเนื่องจากการลอก และแรงกดจะเกิดขึ้นเมื่อล้อรถไฟเคลื่อนผ่าน ซึ่งทำให้เกิดการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนมากขึ้น ในบางกรณี รอยแตกร้าวแบบแยกสาขาในหลุมลอกอาจขยายออกไปด้านล่างรางและนำไปสู่การแตกของราง ซึ่งอาจทำให้เกิดอุบัติเหตุด้านความปลอดภัยที่ร้ายแรง [2]
2. การสึกหรอของรางลูกฟูกการสึกหรอของลอนรางหมายถึงปรากฏการณ์ของพื้นผิวที่สึกหรอไม่สม่ำเสมอเป็นระยะบนรางภายในช่วงตามยาวบางช่วง [3, 4] ดังแสดงในรูปที่ 3 การสึกหรอของลอนจะเพิ่มการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนของรถไฟ ส่งผลต่อความสะดวกสบายในการเดินทาง และลดอายุความเมื่อยล้าของชิ้นส่วนหัวรถจักรและยานพาหนะ ตามความยาวคลื่นของการสึกหรอของลอนจะแบ่งออกเป็นลอนคลื่นสั้น (ความยาวคลื่น 25~80 มม.) และลอนคลื่นยาว (ความยาวคลื่นมากกว่า 100 มม.) สาเหตุหลักของลอน ได้แก่ ทฤษฎีแบบไดนามิกและไม่ไดนามิก ทฤษฎีไดนามิกเชื่อว่าการสั่นสะเทือนของระบบล้อ-รางทำให้เกิดลอน ซึ่งได้แก่ การสั่นสะเทือนที่เกิดจากการกระตุ้นด้วยตนเอง การสั่นพ้อง และการสั่นสะเทือนแบบป้อนกลับ [5] ทฤษฎีแบบไม่ไดนามิกที่การก่อตัวของลอนส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับวัสดุรางและกระบวนการหลอม เป็นต้น และแม้ว่าแรงระหว่างล้อ-รางจะคงที่ รางก็จะเกิดลอนเนื่องจากการไหลของพลาสติกที่ไม่สม่ำเสมอ [6,7]
3.การบดรางการบดรางเป็นปรากฏการณ์ที่วัสดุด้านบนของรางเกิดการเสียรูปและดอกยางของรางแบน ซึ่งมักพบเห็นบนรางในส่วนโค้งของทางรถไฟสำหรับงานหนัก [8] ดังที่แสดงในรูปที่ 4 การบดรางทำให้รูปร่างของหัวรางเปลี่ยนไป แรงสัมผัสระหว่างล้อกับรางเปลี่ยนไป ซึ่งจะทำให้การสั่นสะเทือนและเสียงขณะวิ่งรุนแรงขึ้น นอกจากนี้ การบดรางมักมาพร้อมกับการแตกร้าวหรือความเสียหายจากความล้า ขีดจำกัดความเสถียรมักใช้เป็นเกณฑ์ในการตัดสินว่ารางได้รับความเสียหายจากการบดหรือไม่ และการเพิ่มขีดจำกัดผลผลิตของวัสดุสามารถป้องกันหรือชะลอความเสียหายประเภทนี้ได้
4. การสึกหรอด้านข้างรางการสึกหรอด้านข้างรางเป็นรูปแบบความเสียหายหลักของรางที่มีเส้นโค้งรัศมีเล็ก [9] ดังแสดงในรูปที่ 5 ในระบบรถไฟจีน รางที่มีเส้นโค้งรัศมีเล็ก 98% ถูกทิ้งเนื่องจากการสึกหรอด้านข้างมากเกินไป เมื่อหัวรถจักรและยานพาหนะเข้าสู่ส่วนโค้ง รถไฟจะเคลื่อนที่ไปข้างหน้าเนื่องจากแรงเฉื่อย แต่รางจะบังคับให้ตัวรถไฟหมุน ในกรณีนี้ ล้อจะกระทบกับรางและจะเกิดการสึกหรอด้านข้างอย่างรุนแรง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อแรงเหวี่ยงและแรงสู่ศูนย์กลางของรถไฟไม่สมดุล โหลดของรางด้านในและด้านนอกจะมีความลำเอียง ซึ่งจะทำให้การสึกหรอด้านข้างรุนแรงขึ้นอย่างมาก [10, 11] เป็นที่เชื่อกันอย่างกว้างขวางว่าการสึกหรอด้านข้างรางทำให้รางมีอายุการใช้งานสั้นลง และการเปลี่ยนแปลงโปรไฟล์รางทำให้ปฏิสัมพันธ์ระหว่างล้อและรางแย่ลง ส่งผลต่อเสถียรภาพของรถไฟที่วิ่งผ่านส่วนโค้ง
รูปที่ 1 รอยแตกจากความล้า
รูปที่ 2 การลอกราง
รูปที่ 3 การสึกหรอของรอยลูกฟูกของราง
รูปที่ 4 การบดราง
รูปที่ 5 การสึกหรอด้านราง
อ้างอิง
- K. Zhou. การวิจัยเกี่ยวกับกฎและกลไกการกำจัดวัสดุในระหว่างการเจียรราง [D] เฉิงตู: วิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกของมหาวิทยาลัย Southwest Jiaotong, 2020
- X. Zhao, ZL Li. โซลูชันองค์ประกอบไฟไนต์สามมิติของการสัมผัสระหว่างล้อกับรางแบบเสียดทานในความยืดหยุ่นและความยืดหยุ่น [J] Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, 2015, 229(1): 86-100
- W. Zhong, J. Hu, P. Shen และคณะ การตรวจสอบเชิงทดลองระหว่างความล้าจากการสัมผัสแบบกลิ้งและการสึกหรอของรถไฟความเร็วสูงและขนส่งหนักและการเลือกวัสดุสำหรับราง [J] Wear, 2011, 271(9-10): 2485-2493
- S. Grassie, J. Kalousek. Rail corrugation: characteristics, cause and treatments [J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 1993, 207(1): 57-68.
- Y. Gu. การศึกษาเกี่ยวกับกลไกของรางลูกฟูกบนรางรถไฟความเร็วสูงที่ไม่มีหินโรยตัว [D] ปักกิ่ง: วิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกของมหาวิทยาลัยปักกิ่งเจียวทง 2560
- X. Jin, X. Li, W. Li และคณะ การตรวจสอบความคืบหน้าของการทำรางลูกฟูก [J] วารสารมหาวิทยาลัย Southwest Jiaotong, 2016, 51(2-3): 264-273
- S. Li, D. Liu, P. Liu และคณะ การก่อตัวของลอนและวิวัฒนาการโครงสร้างจุลภาคของเหล็กราง U75V [J] วารสารมหาวิทยาลัย Dalian Jiaotong, 2019, 40(5): 66-71
- Z. Li, Z. Yan, S. Li. อิทธิพลของรอยหยักบนรางรถไฟต่อประสิทธิภาพการทำงานแบบไดนามิกของระบบหยุดรถความเร็วสูง [J] วารสารมหาวิทยาลัยเซ็นทรัลเซาท์ (วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี) 2546, 25(1): 104-108
- W. Wang, H. Guo, X. Du และคณะ การตรวจสอบกลไกความเสียหายและการป้องกันทางรถไฟขนส่งหนัก [J] การวิเคราะห์ความล้มเหลวทางวิศวกรรม 2013, 35: 206-218
- Y. Zhou, S. Wang, T. Wang และคณะ การตรวจสอบภาคสนามและห้องปฏิบัติการเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างการตรวจสอบหัวรางและการสึกหรอในรถไฟขนส่งขนาดใหญ่ [J] Wear, 2014, 315(1-2): 68-77
- I. Povilaitiene, I. Kamaitis, I. Podagelis. อิทธิพลของความกว้างของมาตรวัดต่อการสึกหรอของด้านรางบนทางโค้งของราง [J] วารสารวิศวกรรมโยธาและการจัดการ 2549, 12(3): 255-260
- W. Zhai, J. Gao, P. Liu และคณะ การลดการสึกหรอของรางบนทางโค้งของรถไฟขนส่งหนักโดยอาศัยปฏิสัมพันธ์แบบไดนามิกระหว่างล้อกับราง [J] Vehicle System Dynamics, 2014, 52(sup1): 440-454