การศึกษาแรงกระทำต่อชุดล้อเลื่อนรถไฟในแนวดิ่ง

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อหาวิธีการวัด และวิเคราะห์แรงกระทำต่อชุดล้อเลื่อนรถไฟ  ประเมินค่าความปลอดภัยในการรับภาระโหลดที่กระทำต่อล้อรถไฟในสภาวะปกติ และสภาวะโหลดสูงสุด ในการวัดและวิเคราะห์แรงกระทำต่อชุดล้อเลื่อนรถไฟ ได้สร้างรถไฟจำลองขึ้นโดยเลือกวัสดุเป็นเหล็ก AISI 1020 ซึ่งมีคุณสมบัติของวัสดุใกล้เคียงกับชุดล้อรถไฟ ในการทดลองสามารถแบ่งออกได้ 2 กรณี ในกรณีแรกจะทำการวัดขณะที่รถไฟจำลองหยุดนิ่ง จะมีวิธีการวัด 2 แบบคือวิธีการวัดความเครียดและการวัดความเร่ง โดยมีการเปรียบเทียบกับทางทฤษฎีทั้งวิธีการคำนวณและการวิเคราะห์ด้วยโปรแกรมไฟไนต์เอลิเมนต์ ส่วนกรณีที่สองจะทำการวัดขณะที่รถไฟจำลองเคลื่อนที่จะอาศัยวิธีการวัดแรงกระทำต่อชุดเพลาล้อรถไฟแบบความเร่ง ในแนวดิ่งเท่านั้น

จากผลการทดลองในขณะรถไฟจำลองหยุดนิ่งพบว่า แรงกระทำในแนวดิ่งที่กระทำต่อชุดล้อรถไฟจากการวัดความเครียด จากการวัดแบบรถไฟจำลอง การวิเคราะห์ด้วยโปรแกรมไฟไนต์เอลิเมนต์ และการคำนวณทางทฤษฎี คือ 73.48 นิวตัน  74.98 นิวตัน และ 73.58 นิวตัน ตามลำดับ  แรงในแนวดิ่งที่กระทำต่อชุดล้อรถไฟจำลองจากการวัดแรงกระทำเนื่องจากความเร่งในขณะที่รถไฟ
เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเฉลี่ย 0.84 เมตรต่อวินาที จากการวัดแบบรถไฟจำลอง และการคำนวณทางทฤษฎี คือ 71.4 นิวตัน และ 73.58 นิวตัน ตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบแรงกระทำในแนวดิ่งที่เกิดจากการวัดมีค่าใกล้เคียงกับทางทฤษฎี และจากผลการทดลองในขณะรถไฟจำลองเคลื่อนที่พบว่า ในทางตรงรถไฟจำลองมีความเร็ว 0.84 เมตรต่อวินาที และมีแรงกระทำในแนวดิ่งสูงสุดคือ 133.33 N ทั้งนี้จากการทดลองข้างต้น สามารถนำไปเป็นแนวทางและวิธีการวัดแรงกระทำของชุดล้อรถไฟ เพื่อประเมินค่าความปลอดภัยในการรับภาระโหลดเทียบกับค่ามาตรฐานในการรับภาระโหลดสูงสุดของล้อรถไฟแต่ละล้อ ทั้งในด้านการซ่อมบำรุงและการตรวจสอบล้อของผู้ผลิตได้ การวัดแรงกระทำในแนวดิ่งด้วยวิธีการวัดแรงกระทำแบบ  Convention method  เป็นการวัดแรงกระทำในแนวดิ่งโดยการติดตั้ง Strain gauge มีข้อดีคือสามารถวัดค่าการเปลี่ยนแปลงความต้านทานไฟฟ้า  และนำกลับมาแปลงเป็นแรงกระทำที่เกิดขึ้นในแนวดิ่งได้ความแม่นยำสูง และข้อเสียคือในการทดสอบการใช้งานจริงจะทำได้เพียงในขณะหยุดนิ่งเท่านั้น  เนื่องจากข้อจำกัดของเครื่องมือวัด