Jernbanehjul
Jernbanehjul er hjulene til jernbanekjøretøyer og er en del av hjulsettet og har forskjellige design. De var opprinnelig eikerhjul , senere skivehjul samt dekk og solide hjul, gummifjærede og i noen tilfeller pneumatiske dekk. Avhengig av funksjon skilles det også mellom drevne drivhjul og kun bærende løpehjul. Hjulskivene til et hjulsett sitter som regel på en torsjonssikker måte på akselakselen, men det er også løse hjulsett med hjul som er uavhengig montert på den stasjonære akselen og individuelt monterte halv- eller stubbaksler. Når det gjelder et sporskiftehjulsett for standardbiler, kan hjulskivene på akselakselen forskyves sideveis og låses mot rotasjon.
Utviklingen av hjulskinnesystemet har ført til at hjulene blir profilert konisk . Dette fører til at den selvsentrerende sinusformede kjøringen i sporet er sikret av flensen .
Eikerhjul
De første jernbanehjulene ble påvirket av vognbyggingstradisjonen, ofte utformet som eiker av tre. Følgende originalversjon av drivhjulene er kjent fra det amerikanske lokomotivet John Bull , bygget i 1830 : hjulnavene var laget av støpejern , eikene og felgene var laget av hardt robinia-tre og de tre fjerdedels tommer tykke hjulhjul var igjen laget av smijern .
Kopi av en løpeaksel til lokomotivet Adler med SpeI-chen-ra-land
(Original 1835 Replica 1935)
Eikerhjul med buede eiker på replikaen til Saxonia
(original 1838, replika 1988)
Det talte Pferdebahn -wa-genet 167 av FTG i Frankfurt Ver-Kehr mu seum
(1872)
De store drivhjulene til moderne damplokomotiver ble senere laget utelukkende av støpt stål, men var fremdeles designet som eikerhjul for å spare vekt. De første elektriske lokomotivene med full linje gikk også på eikerhjul. Når det gjelder noen typer enkeltakslede stasjoner med fjærbelastede, kraftige motorer, var de eikehjulene også en funksjonell nødvendighet. Her førte utkragere fra det store hjulet på en hul aksel gjennom eikene til utsiden av hjulene, der de var koblet til hjulsenteret via fjærelementer (stålkopfjærer / " spring cup drive " eller gummisegmenter / " gummisegmentfjær kjøre ").
Maleri
Hjulene kan ha et malingstrøk, men dette utelater tråkkene og sideflatene på hjuldekket (der sporbremsene fungerer på godsvogner ). I tillegg til korrosjonsbeskyttelse oppfyller lakken også funksjonen med å gjøre termisk overbelastning og sprekker gjenkjennelige.
I tilfelle termisk overbelastning forårsaket av en varm løper eller en permanent påført brems, brenner malingen med betydelig røykutvikling. Når den er avkjølt, kan man se synlig avskalling av malingen.
Passende farging av hjulet kan bidra til å identifisere skader forårsaket av sprekker i god tid. For eikerhjul av tyske damplokomotiver ble det valgt en rød farge der sprekker i hårlinjen i eikene var tydelig synlige, ettersom de mørke fettrester som samlet seg i sprekkene, var tydelig skilt fra den knallrøde. En enda lysere farge ville ikke vært egnet til å gjenkjenne en skinnende frisk pause.
For dekk med dekk er det festet fire fargede markeringer på hver, som indikerer om dekket har vridd seg i hjulet. På Rhaetian Railway, derimot, er det svart og hvitt lakk ansvarlig for å identifisere blokkerte hjul. I dette toget skyldes den relativt sakte reagerende vakuumbremsen uten mulighet for glidebeskyttelse , i forbindelse med høydeforandringene av rutene og om vinteren med snø og is, en særlig høy risiko for å blokkere hjulsettene.
Malingbelegg på hjulskiver er generelt forbudt på amerikanske jernbaner i dag.
Boxpok hjul
Et alternativ til amerikansk General Steel Castings Corporation (Granite, Illinois) patenterte "Boxpok" konstruksjon (= engelsk "bokset eiker"), der det hule egerhjulet med U-formet tverrsnitt består av omtrent oval side utsparinger i forskjellige størrelser. Med en gitt belastning er de lettere enn “ekte” eikerhjul.
Baldwin-skivehjulet var likt Boxpok-hjulet fra Baldwin Locomotive Works (Eddystone, Pennsylvania) og av Art Deco -industridesigneren Henry Dreyfuss designet Hudson - strømlinjeformede lokomotiver i New York Central - Series J-3a kjent Scullin-Doppelscheibenrad den amerikanske Scullin Steel Co. (St. Louis, Missouri). Bulleid Firth Brown-hjulet (BFB-hjulet) utviklet i Storbritannia av Oliver Bulleid og Firth Brown er ikke hul, men hjulskiven har et trapesformet bølgepappersnitt.
Boxpok-hjul var spesielt populære i Europa etter andre verdenskrig , for eksempel i lokomotivene i den sovjetiske serien П36 (P36) og Mikado universallokomotiv i serien 141 R, som ble levert i stort antall fra USA og Canada til Frankrike som et gjenoppbyggingshjelpemiddel . Åtte ekspresstog i DR-serien 01.5 var de eneste tyske damplokomotivene som til tider var utstyrt med Boxpok-hjul, som imidlertid ikke beviste seg på grunn av produksjonsfeil og ble erstattet av nylig støpte, forsterkede eikerhjulsett.
Hjul dekk
Hjul med dekk består av et hjulhus og et hjul dekk som omgir det . Disse komponentene består hver av en annen stållegering som er mer egnet for deres formål, og som kan behandles separat før montering (f.eks. Smiing av hjulhjulene). Dette konstruksjonsprinsippet tilbys og har fremdeles noen fordeler over det i dag
- en homogen støpejernslegeme (utsatt for brudd på omkretsen),
- en homogen kropp av støpt stål (ennå ikke økonomisk å produsere på 1800-tallet) eller
- en homogen roterende kropp (ennå ikke økonomisk å produsere på 1800-tallet) eller
- en homogen smidd kropp (ennå ikke økonomisk å produsere på 1800-tallet)
Skivehjul av tre med ståldekk ( skinnevogn 8 av FOTG )
(1884)
Smi et hjuldekk tomt med en lufthammer (2010)
Gassbrenner for oppvarming av dekk før montering
Fjerne et hjuldekk: Dekket blir varmet opp av en ringbrenner til det løsner fra hjulspindelen
Montering av et gummifjæret dekk
I 1852/1853 oppfant Alfred Krupp det sømløst rullede hjuldekket i Essen : Et smidd, langstrakt stålstykke ble delt i midten, drevet fra hverandre i en ring, strukket og rullet. Krupp solgte hjuldekkene til de fleste nordamerikanske jernbaner i flere tiår , og etablerte dermed suksessen til det senere Krupp industrielle imperiet . De tre ringene til Krupp-selskapets symbol minner om dette. Samtidig lyktes Jacob Mayer i Bochum å produsere hjulhjul direkte som støpt stål. Fram til begynnelsen av det 20. århundre konkurrerte begge prosessene, men til slutt er Krupp-hjuldekk dannet fra blokken mer økonomisk å produsere og har bedre materialegenskaper på grunn av den mer intensive deformasjonen av stålet. Før Krupp og Mayer oppfant dekkene i ett stykke, ble stenger bøyd rundt og sveiset - noe som førte til hyppige brudd på sveisepunktet med de harde ståltypene som kreves - eller spiralviklet av tynnere stangmateriale og deretter smidd.
En fordel med hjuldekk er at når hjulene er slitte, trenger ikke hele hjulskiven byttes ut. Det er derfor ikke helt nødvendig å løsne presseforbindelsen mellom hjulskiven og akselen. Siden hjuldekk ruller på de harde stålskinner for et gjennomsnitt på 600.000 km , må den være laget av spesielt bestandig stål og er festet ytterst fast til midten av hjulet. Den høyere massen av dekk med dekk er ufordelaktig, for det første på grunn av den mengden materiale som kreves for tilpasning av hjulhjulet og hjuldekk, for stabiliteten til presstilpasningen og på grunn av den minimale tykkelsen på hjuldekket
En hjuloppheng ( gummifjæret hjulsett ) kan monteres mellom hjuldekk og hjulskive . Dette øker kjørekomforten og har bevist seg i trikker og urbane høyhastighetstogbiler. Men ICE ulykken i Eschede viste grensene for dette systemet i høy hastighet trafikk.
Montering og demontering
Hjul i stål er vanligvis koblet til hjulsenteret ved å krympe dem på . For dette formålet er hjuldekkene produsert med litt mindre diameter enn nødvendig for driftsforhold. Hjulene blir deretter oppvarmet i en slik grad at den indre diameteren er litt større enn den ytre diameteren på hjulhuset på grunn av termisk ekspansjon . Hjulsettet brukes i denne tilstanden. Hjuldekket trekker seg sammen igjen når det avkjøles og lukker hjulhuset med en ikke-positiv forbindelse.
På utsiden har hjuldekk en krage på den indre omkretsen, som fungerer som stopp når de settes på og forhindrer forskyvning innover. Et spor er skrudd inn i det innvendig i hvilket en stål snap ring er innsatt og kastes. Det fungerer som en sikkerhetskopi hvis hjuldekkene løsner, spesielt på grunn av en fast brems eller en varm løper. Det er også design som er designet uten et ekstra holderingsspor. Disse hjuldekkene har også en stoppkrage på innsiden, som forhindrer at hjuldekket beveger seg sidelengs. Stoppkragen på innsiden er gjort betydelig mindre enn på utsiden, siden den må kunne trekkes over hjulhuset når hjuldekket krympes på etter at det er blitt varmet opp.
For demontering blir et slitt hjul dekk åpnet, skilt fra hjulhuset og kastet. Hjulsenteret vil fortsette å brukes etter en test.
Last på hjul dekk
På grunn av sin krympefunksjon er hjul dekk stadig under spenning. I tillegg til slitasje, vises det også tverrgående sprekker på hjulene på hjuldekkene som blokkbremsene virker på. På grunn av rullebevegelsen skifter materialet sakte utover ved høye kontaktkrefter på ti tonn per hjul og fører til å velte på ytterkanten. Dette rullende arbeidet på løpeoverflaten slapper også av overflatene som utsettes for sprekker fra bremsing, slik at det ikke er noen risiko for brudd fra de små tverrsprekker. Dette er annerledes når en bremseblokk gnider på de ytre dekkantene og gir varme til ytterkanten: Dette området blir ikke avslappet av rullearbeidet, noe som fører til spenningssprekker på utsiden. Hjuldekk blir undersøkt for denne sprekkingen ved hjelp av ultralyd. En annen fare oppstår på grunn av merker.
Jernbanehjul er lastet med hjullast på opptil 11 t, hovedsakelig i det sentrale rulleområdet. I tillegg til vektkreftene, er det først og fremst driv- og bremsekreftene som må overføres dit. Flensene blir tynnere i mellomstore og smale buer på sidene på grunn av sideslitasje. Hjulflensestoppene kjøres vanligvis ikke på.
For trikker er imidlertid hjullastene mindre enn 6 t. I motsetning til jernbanehjul blir hjulflensen primært utsatt for slitasje og plastisk deformasjon på frontflanken og også på spissen. Siden radier på mindre enn 20 m kan forekomme i trikknett , er spesielt sideslitasjen mer uttalt enn med jernbanehjul. I tillegg, spesielt i nettverk med en stor andel av vegspylte strekninger av veibiler, føres smuss eller slitasje inn i sporene til de rillede skinnene, som fungerer som et slipemiddel, spesielt i kombinasjon med fuktighet. Dette kommer ikke minst til uttrykk i kortere reprofileringsintervaller med kjørelengde på 20.000 til 80.000 km mellom to hjulsettbearbeiding.
overvåkning
Tidligere ble hjulene til stasjonære tog truffet av en vognmester med en lang, lett hammer - selv når de stoppet på togstasjoner. Avhengig av hjulsettet, kunne han identifisere løse hjuldekk eller begynnelsen på utmattelsesbrudd på hjulsettet av lyden.
I dag overvåkes hjuldekkene i verkstedene for konsekvensene av overoppheting, som sprekker i håret og løsningen av setet. Fargemarkeringer kan brukes til å kontrollere om et hjul dekk har vridd seg på hjulets midtpunkt. Sprekker i hårfestet kan oppdages ved ultralydundersøkelser og røntgenbilder av fin struktur. Et hjul dekk som har løsnet, kan skilles fra et fast dekk ved hjelp av en lydtest: Hvis lyden er like lys som en bjelle på 90% av omkretsen og ikke dempet, kan hjuldekket betraktes som stramt. Hjulet er utstyrt med fargede markeringer for å kontrollere at det sitter godt og kan brukes igjen så lenge ingen metallspon har rømt i setet og hjulhjulet ikke roterer igjen.
Fullt hjul
Med fullhjul eller monoblokk er hjulskiven og slitebanen laget av ett stykke, noe som er regelen i moderne kjøretøy. En varmebehandling sørger for at den myke hjulskiven av tøpt støpt stål får en hard, slitesterk løpeoverflate. Sammenlignet med et todelt hjul som består av hjulskive og hjuldekk, er det en besparelse i masse med solide hjul. På den annen side, hvis slitebanen er slitt, må hele det faste hjulet byttes ut. I motsetning til todelte hjul, når et fullhjul med blokkbremser overopphetes , er det ingen risiko for løse hjuldekk; i stedet oppstår høye indre spenninger i slitebanen i omkrets, noe som kan føre til at hjulskiven går i stykker. Massive hjul må derfor regelmessig kontrolleres for spor etter mulig overoppheting under drift og kontrolleres for sprekker ved bruk av ultralyd under vedlikehold. I noen tilfeller kan overopphetede hjul regenereres termisk slik at de ikke trenger å bli skrotet. Hele sykler kan oppnå kilometer mellom 1 og 2,5 millioner kilometer. Hjulet er slitt ned til en diameter på 80 mm (se: DB-serien 101 ). Et spor i fronten på hjulet viser at slitasjegrensen er nådd.
Montering og demontering
Det faste hjulet presses på hjulsettakselen med en hjulsettpresse . Etter montering av begge hjulene måles bakre avstander. Fullhjulsett er balansert. For å gjøre dette, er akselen festet utenfor midten, og skiven på den indre felgen er seglet. Hjulsettet demonteres ved å trykke av hjulskivene.
Last og tester
Et fullhjul med blokkbremser er utsatt for lignende belastninger som et dekk med dekk. Hele ruten undersøkes også for sprekker på utsiden. Men det er en ekstra belastning: Hvis en full sykkel overopphetes, utvides løpeområdet. Det trekker det midtre, fjærende området av hjulet med seg. Etter at sykkelen er avkjølt, presser det strukne midtområdet utover på løpeområdet. Slitebanen slapper av igjen gjennom rullende arbeid, men flensen gjør det ikke. Kreftene er konsentrert på hjulflensen og fører til dype sprekker. Av denne grunn bør overopphetede solide hjul skiftes ut og oppussingen slappes av. Under oppussing blir de solide hjulene utsatt for en full ultralydtest inkludert restspenningsmåling.
Når det gjelder skivebremsede solide hjul som oppnår en veldig høy kjørelengde uten å måtte slås av, kan det i sjeldne tilfeller være duplisering av materiale i løpeområdet. Disse tilfellene er svært sjeldne, og årsakene er ennå ikke helt forstått. Materialet skreller av noen få millimeter under løpeoverflaten, og det er derfor løpekilometerene er begrenset til neste oppussing.
Felgherding / målrettet herding av løpeflater
Hjulet går på skinnen og opplever større slitasje i denne sammenkoblingen. Dette skyldes at strukturen til det ferdige hjulets løpeflate er perlitisk . For dette formål, bare slitebanen og flensen av den smidde hjul blir herdet i en HEESS bråkjøling bad ved målrettet anvendelse av vann. Nett og hjulnav er ikke herdet. Varmebehandlingen utføres i utgangspunktet som følger:
- Varme jernbanehjulet i en høytemperaturovn til rundt 860 ° C (= austenitizing )
- Hold ved 860 ° C (holdetiden avhenger av materialet og tverrsnittet)
- Felgen herding med vann eller en vann-luft-blandingen i HEESS bråkjøling badet
- Oppvarming av toghjulet i en lavtemperaturovn til rundt 550 ° C ( temperering = avslapning)
- Hold ved 550 ° C (holdetiden avhenger igjen av materialet og tverrsnittet)
- Kjøling i luft
Som et resultat av varmebehandlingen opprettes følgende lag ved kanten av slitebanen sett fra utsiden inn
- Et hardt lag med ren bainitt
- Et blandet lag av bainitt og perlitt
- Grunnleggende struktur: lag laget av rundt 95 prosent perlitt og fem prosent ferritt
Det harde laget og det blandede laget blir slått av i den påfølgende harde bearbeidingen slik at den grunnleggende strukturen, nemlig i det vesentlige perlitt, forblir. I Europa brukes smidde konstruksjonsstål med lavt legering til produksjon av jernbanehjul. Vanlige materialnavn er R7, R8 og R9. UIC-812-3-standarden til International Union of Railways spesifiserer de nødvendige tekniske egenskapene før og etter varmebehandling. Viktige spesifikasjoner er laget for:
- Brinell hardhet i en dybde på 30 millimeter
- Hakket slagfasthet
- strekkstyrke
- Struktur av den dreide delen
- Nivå av restspenninger
Hjulsett med lav restspenning
For å motvirke den ekstra oppvarmingen som oppstår ved bruk av komposittbremseklosser og de resulterende mulige spenningssprekker, har hjulsett med lav restspenning blitt brukt på prøvebasis siden slutten av 1980-tallet og siden midten av 1990-tallet i større skala. De sammensatte bremseklossene er mindre i stand til å spre den resulterende bremsevarmen enn de grå støpejernsbremseklossene, slik at hjulskiven må avgi mer termisk energi og derfor utsettes for større temperatursvingninger.
For effektivt å bekjempe spenningssprekker forårsaket av temperatursvingninger, ble det utviklet en hjulskive som er mindre følsom for slike påkjenninger. Hovedforskjellen mellom hjulnavet og slitebanen er den særegne S-formen på denne hjulskiven, noe som gir bedre spenningsreduksjon enn med flate hjulskiver. Som en bivirkning har den større overflaten også en forbedret varmespredning. Slike hjulsett er merket på godsvogner med en avbrutt, vertikal hvit linje på lagerhuset.
Pneumatiske hjul
Noen t- banenettverk og enkeltkjøretøyer - for eksempel franske Micheline - bruker hjul med luftdekk. Fordelen med disse hjulene er at slitebanen gummi på stålskinner har en betydelig høyere koeffisient for statisk friksjon enn stålhjul. Dette muliggjør høyere akselerasjoner og bremsingretelerasjoner, noe som gir tilsvarende kortere kjøretider og også tettere rutesykluser mellom stopp i nærheten. Den høyere statiske friksjonen er også fordelaktig for ruter med bratte stigninger, for eksempel Lausanne metro . I tillegg forårsaker gummihjulene langt færre vibrasjoner enn konvensjonelle stålhjul, noe som er spesielt merkbart på ruter i enkle lavtliggende områder i forbindelse med en solid veibane , som Métro Lyon . En ulempe med hjulsett med pneumatiske dekk er mangelen på selvsentrering i sporet. I tillegg krever høyere statisk friksjon mellom hjul og skinne i drivhjulsett installasjon av differensialgir.
Avhengig av jernbanesystemet kjøres dekkene på vanlige jernbanespor eller på kjørebaner spesielt designet for gummidekk. For å kjøre på vanlige stålskinner så vel som over brytere, tar flensene til de ekstra klassiske jernbanehjulene, parallelt med gummidekkene, ledelsen; de er også nødløpselementene i tilfelle et flatt dekk. I normal drift berører ikke de ekstra stålhjulene skinnehodene. Når det gjelder kjørebaner designet utelukkende for gummidekk, er det nødvendig med ytterligere andre føringselementer, for eksempel tverrskinner og horisontale føringshjul.
Den relativt komplekse konstruksjonen medfører tilsvarende høyere anskaffelseskostnader. Byggekostnadene for sporet er rundt dobbelt så høye som for et konvensjonelt friksjonsspor. Omvendt er innsatsen for å vedlikeholde sporet lavere, fordi på grunn av materialets forskjellige hardhet er det bare dekkene på toget som er utsatt for slitasje, men ikke skinnene.
"Howden-Meredith patenthjul" som ble brukt i jernbanebusser i Irland var et spesielt tilfelle . Richard Meredith og George Howden utviklet et jernbanehjul der et gassfylt pneumatisk dekk var lukket av et ståldekk. Det irske jernbaneselskapet Great Northern Railway (GNR) bygde på 1930-tallet for seg selv og andre operatører et antall jernbanevogner på grunnlag av gatebusser der dette systemet ble brukt.
Økonomiske aspekter
Jernbanevogner har en stor økonomisk fordel av at de kan konvertere drivenergien mye mer effektivt enn mange andre kjøretøyer. Den lave friksjonen av stålhjul på skinnen , som på den ene siden fører til generelt dårligere oppbremsing og akselerasjon hos jernbanekjøretøyer, på den annen side fører til en effektiv bruk av energien som kreves for enda lange reiser med tunge belastninger.
En optimal bruk av kjøreegenskapene til jernbanevogner krever imidlertid ensartede standarder for den geometriske utformingen av hjul og spor. De forskjellige hjul- og skinnepassene er en av årsakene til at jernbanevogner mister en del av sin tekniske effektivitet så snart de kjører på skinnesystemer som er bygget i henhold til forskjellige standarder (andre land, banedesign og skinnevinkler). Lavere eller forskjellige gjennomsnittshastigheter resulterer i økt energiforbruk, belastningen på hjulflensen (spesielt i svinger) kan føre til høyere vedlikeholdskostnader. I europeiske standard- og bredsporingsnettverk er imidlertid dimensjonene for hjulsett og spor internasjonalt standardisert. Imidlertid er det avvik i dimensjonene i det kinesiske og nordamerikanske standardmålernettverket, for eksempel i den viktige bakre overflateavstanden til hjulskivene og i skinnehelling og slitebaneprofiler. En utveksling av kjøretøy mellom Europa og Midtøsten og det kinesiske eller nordamerikanske nettverket krever vanligvis, i tillegg til ytterligere justeringer, et hjulsett og i noen tilfeller en redigering av omrisset. Kjøretøy som skal kjøre likt på vei og jernbanenett får hjul med kompromissprofiler. Deres ulempe er lavere toleranser og hyppigere omprofilering som derfor er nødvendig.
litteratur
- Klaus Knothe, Sebastian Stichel: Rail Vehicle Dynamics . Springer-Verlag, Berlin 2003, ISBN 3-540-43429-1 .
- Moritz Pollitzer: Høyere jernbanekunnskap : For bruk av praktiserende jernbaneingeniører og alle de som er utdannet til slike ved tekniske universiteter. Del 1: Materialene av jern og stål. Produksjon og bruk av det samme med hensyn til bestemmelsene i sammenslutningen av tyske jernbaneadministrasjoner . Spielhagen & Schurich, Wien 1887.
Individuelle bevis
- ↑ steamlocomotive.com: Steam Locomotive Driver Wheel Typer , åpnet 25. april 2020.
- ↑ https://patents.google.com/patent/US1960039
- ↑ https://locoyard.files.wordpress.com/2012/08/2008-ropley-35005-canadian-pacific-bulleid-firth-brown-wheel.jpg?w=1200
- ↑ Foto av DR 01 0503-1 med Boxpok hjul
- ↑ Den store kronikken i verdenshistorien. Bind 13: Industrialisering og nasjonal oppvåkning 1849–1871. Wissen Media Verlag GmbH, Gütersloh / München 2008, ISBN 978-3-577-09073-5 , s. 72 online .
- ^ Moritz Pollitzer
- ↑ BMVIT (red.): Undersøkelsesrapport avsporing av tog Z54352 i Tauern-tunnelen . 2007, 8/9/6. Regler for vedlikehold, s. 31-38 ( pdf ).
- ^ René Waldmann: La grande Traboule . Ed. Lyonnaises d'Art et d'Histoire, Lyon 1991, ISBN 2-905230-49-5 , pp. 197 .
- ↑ Irske lokomotivingeniører på steamindex.com, tilgjengelig 19. desember 1017
- ^ Martin Bairstow: Jernbaner i Irland. Del en . Martin Bairstow, Leeds 2006, ISBN 1-871944-31-7 , pp. 68 .
- ↑ SLNCR Railcar 2A Enniskillen 08-06-1957 på rmweb.co.uk, åpnet 19. desember 1017
- ↑ Tom Ferris: Irish Railways i farger: Fra Steam til Diesel 1955-1967 . Midland Publishing, 1995, ISBN 1-85780-000-1 , pp. 44 og 68 (engelsk).
