E-book เรื่อง ล้อรถไฟ

1. หลกั การพ้นื ฐานเกี่ยวกับระบบเครอ่ื งควบล้อและโปรไฟล์ล้อ หลักการพ้ืนฐานเก่ียวกับระบบเครื่องควบล้อและโปรไฟล์ล้อ (Introduction to Wheelset / Wheel Profile) ประกอบดว้ ยหัวขอ้ ดังนี้ - ประเภทของลอ้ รถไฟ - โครงสร้างของล้อ (Wheels Structure) - เครอื่ งควบลอ้ (Basic Wheelsets) - โปรไฟลล์ ้อ (Wheels Profile) 1.1 ประเภทของล้อรถไฟ ล้อรถไฟฟ้า และล้อรถไฟฟ้า แบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท คือ แบบรีดทึบ (Monobloc Wheel) ชนิดล้อจานแข็ง (Solid Wheel) และแบบปลอกล้อ (Tyres Wheel) 1.1.1 แบบรดี ทึบ (Monobloc Wheel) ชนดิ ล้อจานแข็ง (Solid Wheel) ล้อแบบรีดทบึ หรือล้อแบบชนิ้ เดยี ว เปน็ ล้อทีผ่ ่านกรรมวิธีขึ้นรูปหรืออน่ื ใดทีม่ าจากชน้ิ ส่วนเดยี วกนั ทงั้ หมดไม่มี การตัด ไดแ้ ก่ ลอ้ จานแข็ง (Solid Wheel) และลอ้ ซ่ลี วด (Wire Spokes Wheel) ลอ้ จานแข็ง (Solid Wheel) ล้อซีล่ วด (Wire Spokes Wheel) ภาพที่ 1.1 ล้อแบบรีดทบึ (Monobloc Wheel) ข้อดี - ขอ้ เสยี ของล้อแบบรดี ทึบ (Monobloc Wheel) ชนิดลอ้ จานแข็ง (Solid Wheel) ดงั ตารางท่ี 1.1

ตารางท่ี 1.1 แสดงขอ้ ด-ี ข้อเสยี ของล้อแบบรดี ทบึ (Monobloc Wheel) ชนดิ ล้อจานแข็ง (Solid Wheel) ขอ้ ดี ข้อเสีย - รองรบั ภาระน้าหนักไดส้ งู - ความเครียด (Stress) เกิดได้สงู - อายุการใช้งานยาวนาน - ความสึกหรอท่ีลอ้ และรางเกดิ ได้สงู - ราคาไมแ่ พง - หากถึงขีดจ้ากัดการสึกหรอไม่สามารถเปล่ียน - เหมาะกับรถส่งสินคา้ รถระหว่างเมอื ง รถ ส่วนหน้าล้อ (Tyre) ได้ ท้าให้มีต้นทุนในการ ความเรว็ สูง เปลีย่ นลอ้ ใหมส่ งู - มีเสียงรบกวนดัง ไมเ่ หมาะกบั รถว่ิงในเมอื ง 1.1.2 แบบปลอกลอ้ (Tyres Wheel) ล้อชนิดน้ีปรับปรุงมาจากล้อแบบชิ้นเดียว โดยแยกกันระหว่างส่วนท่ีเป็นส่วนกลางล้อ (Center Wheel) หน้าล้อ (Tyre Wheel) ภาพท่ี 1.2 ลอ้ แบบปลอกลอ้ (Tyres Wheel) ขอ้ ดี - ข้อเสยี ของแบบล้อแบบปลอกล้อ (Tyres Wheel) ดงั แสดงในตารางท่ี 1.2 ตารางที่ 1.2 แสดงขอ้ ด-ี ขอ้ เสยี ของล้อแบบปลอกล้อ (Tyres Wheel) ข้อดี ขอ้ เสีย - มคี วามเครียด (Stress) สะสมน้อย - รบั นา้ หนักไดไ้ มม่ าก - ต้นทุนในการซ่อมบ้ารุงต่้าเพราะสามารถแยก - ราคาลงทนุ สงู ช่วงเร่มิ ต้น เปล่ียนชิน้ ส่วนได้ - เพมิ่ ภาระเวลาและเครอ่ื งมอื ในการบ้ารุงรกั ษา - เหมาะกับรถว่ิงในเมอื ง

1.2 โครงสร้างของลอ้ (Wheels Structure) โครงสรา้ งของลอ้ รถไฟ (Wheels Structure) ดงั แสดงในภาพที่ 1.3 ภาพที่ 1.3 Wheels Structure - Hub บริเวณของล้อ ส้าหรับใสเ่ พลาลอ้ - Rim บริเวณที่ลอ้ สมั ผัสกับราง โดยจะมี WheelProfile บรรจอุ ยู่ภายใน ถา้ ให้เทียบก็เปรียบเสมอื นยางรถ - Flange (บังใบ) ส่วนท่ีออกมาจาก Rim มีหน้าท่ีบังคับให้ล้ออยู่ในราง โดยลักษณะและรูปร่างน้ันจะ เปลย่ี นไปตามลกั ษณะของ Wheel profile ทีใ่ ชอ้ ยู่กบั ล้อนน้ั - Tread บรเิ วณท่ีลอ้ สัมผัสกับราง ตามแตล่ กั ษณะของWheel Profile ทีใ่ ช้อยกู่ บั ล้อนั้น 1.3 เครื่องควบลอ้ (Basic Wheelsets) Basic Wheelsets หรือเครอ่ื งควบลอ้ มดี ้วยกนั 2 ลกั ษณะ คอื Trailer Axle และ Traction Axle Trailer Axle ล้อ 2 ลอ้ ทป่ี ระกอบอยกู่ บั เพลาซึ่งอาจจะมี Disc Brake ติดตงั้ อย่ดู ว้ ย Traction Axle ลอ้ 2 ล้อทีป่ ระกอบอยู่กบั เพลาซ่ึงอาจจะมี Disc Brake ติดตงั้ อยูด่ ว้ ย และเกียร์ ภาพท่ี 1.4 Trailer Axle และ Traction Axle

ประโยชนข์ อง Wheelsets มีดังน้ี 1) ทา้ ใหเ้ กิดระยะหา่ งระหวา่ งตัวรถไฟกบั ราง 2) เปน็ ตัวชว่ ยทา้ ใหส้ ามารถเคลอื่ นทไี่ ด้บนราง 3) เปน็ ส่วนท่ีสง่ แรงขับเคลอ่ื นจากระบบขบั เคลอื่ นไปสรู่ าง และแรงเบรกจากระบบเบรกไปสรู่ าง ลักษณะของ Wheelsets จะถูกออกแบบโดย - ประเภทของการใช้งาน Traction Axle หรอื Trailer Axle - ลกั ษณะของระบบเบรก Shoe Brake, Brake Disc on the Wheel หรอื Brake Disc on the Axle - ลักษณะการออกแบบให้สามารถรองรับความถี่ที่เกิดขึ้นของล้อตามลักษณะการใช้งาน แรงท่ีกระท้าของ ลอ้ ท้งั ท่ีเป็นแรงจากน้าหนัก (Load) จากการเบรก และจากแรงท่เี กิดจากระบบขับเคล่ือน - ลกั ษณะของตา้ แหนง่ ลกู ปืนล้อ Internal Axle Box และ External Axle Box ภาพท่ี 1.5 ตา้ แหน่งลกู ปืนล้อแบบ Internal Axle Box และ External Axle Box พฤตกิ รรมของ Wheelsets บนรางทางตรง ลักษณะพฤติกรรมของ Wheelsets บนราง ได้มีการศึกษาครั้งแรกในปี ค.ศ. 1883 โดย Klingel จาก การศึกษา Wheelsets ลอ้ ท้ังสองท่ีอยู่ในเพลาเดียวกัน มีความเร็วเชงิ มุมเท่ากัน แต่อย่างไรก็ตามล้อท่อี อกมาจาก เคร่ืองกลึงล้อ จากการใช้งาน รัศมีของล้อจะไม่เท่ากัน รวมท้ังพ้ืนผิวของรางก็ไม่เหมือนกันท้าให้เกิดการวิ่งแบบ Sinusoidal หรือ Hunting Motion ภาพที่ 1.6 พฤตกิ รรมของ Wheelsets บนรางทางตรง

1.4 โปรไฟลล์ อ้ (Wheels Profile) Wheel Profile คือ ลักษณะของล้อท่ีถกู ออกแบบมาให้วง่ิ บนรางรถไฟ โดยทีร่ ถไม่ตกราง ประโยชนข์ อง Wheel Profile - ป้องกันการตกราง เน่ืองจาก Wheel Profile เป็นการออกแบบโดยให้มีลักษณะเหมือน Double Cone ท้าให้ มีสว่ นบงั คบั เลี้ยว คือ Flange - Wheel Profile ที่เหมาะสม จะท้าให้ความสามารถในการเดินทางสะดวกสบายข้ึน เช่น ถ้าเอา Profile ของล้อรถสินค้ามาใช้กับรถโดยสาร จะท้าให้การเดินทางท้าได้ช้าลง เพราะหน้าสัมผัสของ Profile น้ันมีลักษณะท่ี แตกต่างกัน - การสึกหรอระหว่างล้อกับราง ถ้า Wheel Profile ท่ีเหมาะสมมาวิ่งบน Profile รางที่เหมาะสม จะท้าให้ การสกึ หรอตา้่ หรือดขี ึน้ นนั้ เอง 1.4.1 Wheel Profile Structure ภาพท่ี 1.7 Wheel Profile Structure 1 Wheel Web แบบจานล้อ 8 Flange Root รากแนวเสน้ พ้นื ฐานบังใบ ความสูงบังใบ 2 Tyre/Rim Width หนา้ กวา้ งขอบวงล้อ 9 Flange Height มมุ เส้นบังใบ แนวเสน้ ดา้ นหลังผสมบงั ใบ 3 Tread Datum จดุ อ้างอิงผวิ สัมผัสล้อ 10 Flange Angle แนวเส้นหลังบงั ใบ ผิวสมั ผัสล้อ 4 Throat Thickness ความหนาคอคอด 11 Flange Back Blend 5 Tread Chamfer พน้ื ท่ีขูดผวิ สมั ผัสล้อ 12 Flange Back 6 Flange Toe พ้ืนทแี่ นวโคง้ ดา้ นในบังใบ 13 Tread 7 Flange Tip ส่วนปลายบนสุดบงั ใบ

1.4.2 Wheel Profile Standard UIC 510

2. เครอื่ งมือสาหรับตรวจวดั ล้อรถไฟฟ้า และการตรวจวัดลอ้ รถไฟ 2.1 Wheel Profile Measuring การตรวจสอบ Wheel Profile เป็นการซ่อมบ้ารุงเพ่ือตรวจสอบและรักษาค่าต่างๆ ที่ส้าคัญของล้อรถไฟ ใหอ้ ยูใ่ นเกณฑม์ าตรฐาน เพ่ือให้เกิดความปลอดภยั ในการให้บริการ การท่ี Profile ของลอ้ ผดิ รปู ไปนั้น ซึ่งอาจมผี ล ทา้ ใหร้ ถไฟตกรางได้จากรูปเป็นตวั อย่าง Profile UIC 510-2 ภาพท่ี 2.1 Wheel Profile UIC 510-2 ภาพท่ี 2.2 Wheel Profile Measuring

2.2 Wheel Diameter Measuring การตรวจสอบ Wheel Diameter เป็นการซ่อมบ้ารุงเพื่อรักษาค่าต่างๆ ท่ีส้าคัญของล้อรถไฟให้อยู่ใน เกณฑ์มาตรฐาน เพื่อให้เกิดความปลอดภัยในการให้บริการ เช่น ในกรณีท่ีล้อเกิด Crack แล้วส่งผลให้ล้อก้าลังจะ หมด อาจต้องพจิ ารณาวา่ สามารถส่งไปกลงึ ไดห้ รือไม่ หรอื ถ้ากลึงแล้ว ยงั มลี ้อเพียงพอส้าหรับการให้บริการหรอื ไม่ เป็นตน้ ภาพที่ 2.3 Wheel Diameter Measuring

2.3 Back to Back Measuring การตรวจสอบ Back to Back เป็นการซ่อมบ้ารุงเพื่อรักษาค่าต่างๆ ที่ส้าคัญของล้อรถไฟให้อยู่ในเกณฑ์ มาตรฐาน เพื่อให้เกิดความปลอดภัยในการให้บริการ ซ่ึงค่า Back to Back นั้น จะแตกต่างกันตามขนาดของล้อ และการออกแบบ Axle Box ว่าเป็นแบบ Internal Axle box หรือ External Axle Box โดยจ้าเป็นจะต้องรักษา ค่าให้อยเู่ กณฑ์มาตรฐาน เชน่ Back to Back Standard UIC 510-2 ภาพท่ี 2.4 Back to Back Measuring

3. วธิ กี ารตรวจสอบความผิดปกตขิ องล้อรถไฟฟ้า 3.1 Brake Disc Inspection (Hair crack) - ตรวจสอบสภาพน็อตและมาร์ก ถา้ หลดุ หลวมใหข้ ันแน่น - ถ้ารอยรา้ วแบบ a กบั a ใกลก้ ันมากกว่า 50 mm. ถือวา่ ยอมรับไมไ่ ด้ ให้เปลย่ี น Disc - ถา้ รอยรา้ วแบบ a กบั b ใกลก้ นั มากกว่า 50 mm. ถอื วา่ ยอมรับไม่ได้ ใหเ้ ปลยี่ น Disc - ถา้ รอยร้าวแบบ b กับ b ใกล้กันมากกวา่ 50 mm. ถือวา่ ยอมรบั ไม่ได้ ให้เปลย่ี น Disc - ถา้ รอยร้าวแบบ a อย่เู ปน็ กล่มุ มีระยะห่างไมเ่ กินกวา่ 10 mm. ระยะยาวสูงสุดของ Hair crack ไม่เกินกว่า 100 mm. ให้เปล่ยี น Disc - ถ้ารอยร้าวของ จากขอบนอกถึงขอบในรับ ถือว่าไม่สามารถ ยอมรบั ได้ * ขนาด a > 100 mm. และ ขนาด b > 80 mm. 3.2 Wheelset Flat Spots Inspection คือ อาการท่ีล้อไม่กลม โดยทั่วไปมักจะเกิดจากการไถลของล้อโดยท่ีล้อไม่หมุนเป็นระยะทางมากพอท่ีจะ ทา้ ใหเ้ กดิ ลักษณะทีล่ อ้ ไมก่ ลม ซึง่ อาจจะเกดิ จากสาเหตดุ ังน้ี - Emergency Brake ทา้ งานผดิ ปกติ หรอื จงใจ - Wheel Slip and Slide ทา้ งานผิดปกติ - Brake System Fault - ปัญหาท่เี กิดจากการลอ๊ คไมใ่ หล้ ้อหมนุ เช่น Bearing Lock, Traction Motor Lock เป็นต้น ซง่ึ คา่ ท่ียอมให้ของ Wheelset Flat spots Inspection ตามมาตรฐาน UIC 510-2 มดี ังนี้

แนวทางการปฏบิ ตั ิในกรณที ตี่ รวจพบล้อ Flat Spot ภาพท่ี 3.1 Wheelset Flat Spots 1) ถ้าตรวจพบล้อ Flat Spot ที่มีขนาดเล็กกว่า 40 มิลลิเมตร สามารถให้บริการจนจบวัน แล้วจึงค่อยมาท้าการ กลึงลอ้ หมายเหต:ุ ความเหน็ จากผูป้ ฏิบตั งิ าน แนะน้าให้กลงึ ล้อเลยเมือ่ ตรวจพบ เนือ่ งจากเสย่ี งลอ้ แตก 2) ถ้าตรวจพบล้อ Flat Spot ทมี่ ีขนาดมากกว่า 40 มิลลิเมตร จ้าเป็นต้องถอนรถออกจากการบรกิ ารทันที เพือ่ มา ท้าการกลึงล้อ 3.3 Rolling Contact Fatigue (RCF)

3.4 Thermal cracks เป็นลักษณะความเสียหายที่เกิดจาก Wheel Tread และ Rim ได้รับความร้อนแล้วกับเย็นสลับกัน จน ทา้ ให้เกดิ การเปล่ียนแปลงทางวสั ดุศาสตร์ ลักษณะการเกิดความเสียหายประเภทนี้จะเกิดขึ้นต้งั ฉากกับทิศทางการ เคลือ่ นที่ของล้อ Thermal Cracks เกดิ จากความถ่จี ากการใชง้ านเบรกจากพ้ืนผวิ ของราง หรืออาจมาจากเปลี่ยนทศิ ทาง ว่ิงบอ่ ยคร้ัง

3.5 Wheel Spalling Inspection ลักษณะชิ้นสว่ นของโลหะบริเวณผวิ สัมผัสล้อหลุดเป็นแผ่นบาง อาจเน่ืองมาจากอุณหภูมิ การลื่นไถลแบบ เสียดสี และความเครียดเกนิ พกิ ดั ของหน้าสมั ผสั ระหว่างลอ้ กับราง สาเหตุของความเสียหายทเ่ี กดิ ขึ้น อาทิเชน่ - สภาพรางท่ีชา้ รดุ จากการไมไ่ ด้กลึง กบั ความเรว็ ขณะนน้ั เกินกา้ หนด จนทา้ ใหเ้ กิดความเครียด - ภาระนา้ หนักในแนวตั้งสูงเกินไป - เกิดการเบรกท่ีรนุ แรง ซึง่ ผลท่ตี ามก็คือ ท้าใหเ้ กดิ ความร้อนสูง และลน่ื ไถลแบบเสยี ดสี

3.6 Wheelset Flaking Inspection ลักษณะของ Wheel Defect แบบนี้คือ เนื้อโลหะหลุดออกไปตาม Wheel Tread ของล้อรถไฟ โดยการ เกิดความเครียดของล้อ - เมื่อตรวจพบ Wheel Flaking ที่มีขนาด >15 mm. ให้ถอนออกจากการให้บริการเม่ือจบบริการในวันนั้น แล้วทา้ การ Wheel Re-profile - เม่ือตรวจพบ Wheel Flaking ท่ีมีขนาด >10 mm. มีจ้านวนมากกว่า 2 และมีระยะห่างของ Wheel Flaking แต่ล่ะจุดห่างกันไม่เกินกว่า 50 mm. ให้ถอนออกจากการให้บริการเมื่อจบบริการในวันนั้นแล้ว ทา้ การ Wheel Re-profile - เมือ่ ตรวจพบไมว่ า่ จะมีขนาดเทา่ ไหร่ในระหวา่ งการซ่อมบ้ารงุ ควรน้าไป Re-profile 3.7 Wheelset Material roll over Inspection ลกั ษณะของความเสยี หาย เกดิ มาจากปญั หาการใช้งานจนท้าให้ Wheel Profile เปลยี่ นแปลงไป

3.8 Wheel Tread run out Inspection

3.9 Wheel Inspection Checklists การตรวจสอบและประเมินความผิดปกติของล้อรถไฟฟ้า แบ่งออกเป็น การตรวจสอบประจ้าสัปดาห์ (Weekly) การตรวจสอบประจา้ เดอื น (Monthly) และ 3 เดอื น (3 Monthly) โดยมรี ายการดงั แสดงในตาราง