การศึกษาแรงกระทำด้านข้างต่อชุดเพลาล้อรถไฟ

Study of Lateral Force Acting on Train Wheelset 

โดย มนตรี กุลประดิษฐ

ปี 2561


บทคัดย่อ

ในการประเมินความปลอดภัยในการวิ่งของรถไฟ การวัดแรงกระทำที่เกิดขึ้นที่ชุดเพลาล้อรถไฟถือว่ามีความสำคัญอย่างยิ่ง ในงานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อหาวิธีการวัดและวิเคราะห์แรงกระทำด้านข้างต่อชุดเพลาล้อรถไฟ และประเมินค่าความปลอดภัยในการวิ่งของรถไฟขณะเข้าโค้ง โดยปกติอัตราส่วนความปลอดภัยคือค่าระหว่างแรงกระทำด้านข้าง (Y) ต่อแรงกระทำในแนวดิ่ง (Q) ซึ่งอัตราส่วนดังกล่าว (Y/Q) ของการวิ่งของรถไฟในทางตรงต้องไม่เกิน 0.8 และในทางโค้งต้องไม่เกิน 1.2

การวัดแรงกระทำด้านข้างต่อชุดเพลาล้อรถไฟ แบ่งเป็น 2 กรณี กรณีแรกจะทำการวัด ขณะที่รถไฟจำลองหยุดนิ่ง จะมีวิธีการวัด 2 แบบคือวิธีการวัดความเครียดและการวัดความเร่ง โดยมีการเปรียบเทียบกับทางทฤษฎีทั้งวิธีการคำนวณและการวิเคราะห์ด้วยโปรแกรมไฟไนต์อิลิเมนต์ ส่วนกรณีที่สองจะทำการวัดขณะที่รถไฟจำลองเคลื่อนที่จะอาศัยวิธีการวัดแรงกระทำด้านข้างต่อชุดเพลาล้อรถไฟแบบความเร่งเท่านั้น

จากผลการทดลองในขณะรถไฟจำลองหยุดนิ่งพบว่า แรงกระทำด้านข้างต่อชุดเพลาล้อรถไฟจำลองสูงสุดจากการวัดความเครียดและจากการวัดความเร่งคือ 22.2 N และ 12.4 N ตามลำดับ แรงกระทำด้านข้างสูงสุดที่เกิดจากการคำนวณและจากการวิเคราะห์ด้วยโปรแกรมไฟไนต์อิลิเมนต์คือ 13.1 N และ 24.7 N ตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบแรงกระทำด้านข้างที่เกิดจากการวัดมีค่าใกล้เคียงกับทางทฤษฎี และจากผลการทดลองในขณะรถไฟจำลองเคลื่อนที่พบว่า ในทางโค้งไม่มีการยกโค้งที่รถไฟจำลองมีความเร็ว 0.84 m/s และมีแรงกระทำด้านข้างสูงสุดคือ 220 N ทั้งนี้เมื่อวิเคราะห์หาอัตราส่วนความปลอดภัยของการวิ่งของแบบจำลองจะได้ค่าประมาณ 1.5 ซึ่งสูงกว่าค่ากำหนดตามมาตรฐาน 1.2 ทั้งที่แบบจำลองสามารถวิ่งผ่านทางโค้งได้โดยไม่ตกรางซึ่งอาจมีสาเหตุมาจากการวัดค่าแรงกระทำด้านข้างที่ได้คาดเคลื่อนสูงกว่าความเป็นจริง


ABSTRACT

To assess the safety of the running of the train, measurement of the force acting on the wheel axle is crucial. This research aims to find out how to measure and analyze the lateral force on the wheel axle, and to estimate security value in running of the train while running on a curved railway. Normally, safety ratio is the value between the lateral force (Y) and the vertical force (Q) of which the straight-run ratio (Y / Q) of the train must not exceed 0.8 and the curved-run ratio must not exceed 1.2.

Measurement of the lateral force acting on the wheel axle was divided into two cases. The first case was measured while the model train had stopped which was subdivided into 2 types of measurement: stress and acceleration measurement in comparison with the theory of both classical calculation and a computational method of finite element analysis. The second one was measured while the train was moving by using an acceleration measurement.

The findings of this experimental research revealed that while the model train stopped, the maximum of the lateral force acting on the wheel axle based on stress and speed measurement were 22.2 N and 12.4 whereas the maximum lateral forces with classical calculation and finite element analysis were 13.1 N and 24.7 N, respectively. When comparing with the lateral force gained from the measurement, the value was close to the theory. It was also found that at curvature with no elevation and a train speed of 0.84 m/s the maximum lateral force was 220 N. When analyzing the safety ratio of the model train running, it was found that the value of the train model is 1.5 which is higher than the standard value of 1.2. Although the train model can run without derailment, this may be caused by an error of the lateral force measurement that is higher than its actuality.

 

Download : Study of Lateral Force Acting on Train Wheelset 

Tags: , , , ,

Posted in Thesis, คณะวิศวกรรมศาสตร์ (Engineering)