Các bộ phận của tàu hỏa và đường sắt: Tên, chức năng và các bộ phận đúc

Các bộ phận của một đoàn tàu được gọi là gì? Câu trả lời nhanh

Một đoàn tàu bao gồm hai loại bộ phận chính: thành phần đầu máy toa xe (chính chiếc xe) và bộ phận cơ sở hạ tầng đường sắt (hệ thống theo dõi cố định mà nó chạy trên đó). Đầu máy toa xe bao gồm đầu máy, giá chuyển hướng, bộ bánh xe, khớp nối, hệ thống phanh và các cấu trúc thân ô tô. Cơ sở hạ tầng đường sắt bao gồm đường ray, tà vẹt (dây buộc), ốc vít, công tắc và dằn. Nhiều bộ phận quan trọng nhất về mặt cấu trúc trong cả hai loại - bao gồm khung giá chuyển hướng, tâm bánh xe, khối phanh và neo ray - được sản xuất thông qua quá trình đúc kim loại sử dụng hợp kim sắt, thép hoặc nhôm.

Thị trường thiết bị đường sắt toàn cầu được định giá hơn 180 tỷ USD vào năm 2023 , phản ánh khối lượng và độ phức tạp tuyệt đối của các thành phần cần thiết để xây dựng và bảo trì mạng lưới đường sắt trên toàn thế giới. Hiểu tên của từng bộ phận và chức năng của nó là điều cần thiết cho việc mua sắm, kỹ thuật bảo trì và lập kế hoạch sản xuất.

Các bộ phận chính của tàu hỏa: Đầu máy và toa xe

Đầu máy là bộ phận được cung cấp năng lượng để kéo hoặc đẩy đoàn tàu. Dù là động cơ diesel, điện hay hybrid, tất cả các đầu máy xe lửa đều có chung một tập hợp các bộ phận cơ khí và kết cấu cốt lõi.

Thân xe (Carbody)

Thân toa xe là lớp vỏ kết cấu bên ngoài của đầu máy xe lửa hoặc toa chở khách/chở hàng. Nó thường được chế tạo từ thép cường độ cao hoặc hợp kim nhôm và phải chịu được lực nén dọc lên tới 3.500 kN (787.000 lbf) trong các ứng dụng vận chuyển hàng hóa nặng. Thân xe chứa tất cả các hệ thống bên trong — thiết bị kéo, chỗ ở cho hành khách hoặc khoang chở hàng — và được gắn trực tiếp lên khung chuyển hướng.

Bogie (Xe tải)

Bogie - được gọi là "xe tải" ở Bắc Mỹ - là cụm khung có bánh xe nằm bên dưới mỗi đầu của toa tàu. Nó mang thân xe, dẫn hướng xe dọc theo đường đua và hấp thụ chấn động thông qua hệ thống treo. Một bogie tiêu chuẩn chứa:

• Khung bogie - việc đúc hoặc chế tạo kết cấu chính, thường có hình chữ H trong sơ đồ
• Hệ thống treo sơ cấp - lò xo cuộn hoặc miếng đệm cao su giữa hộp trục bánh xe và khung chuyển hướng
• Hệ thống treo thứ cấp - lò xo không khí hoặc lò xo cuộn giữa khung giá chuyển hướng và thân xe
• Hộp trục (hộp tạp chí) - vỏ đúc giữ ổ trục bánh xe và truyền tải từ trục sang khung
• Thiết bị phanh - xi lanh phanh, cơ cấu phanh và khối hoặc đĩa phanh

Hầu hết các chuyến tàu chở khách đều sử dụng hai giá chuyển hướng cho mỗi toa; toa xe chở hàng hạng nặng có thể sử dụng ba toa xe trở lên dưới những toa xe cực dài. Khung Bogie cho các ứng dụng vận chuyển hàng hóa thường được sản xuất bởi đúc thép để xử lý tải trọng tĩnh vượt quá 25 tấn mỗi trục.

Bánh xe

Bộ bánh xe bao gồm hai bánh được ép vào một trục chung. Các bánh xe là thiết kế monobloc (rắn) hoặc lốp ở giữa , với mặt lốp côn giúp tự lái thụ động khi tàu đi qua các khúc cua. Khổ đường sắt tiêu chuẩn ở hầu hết các nơi trên thế giới là 1.435 mm (4 ft 8½ in) và kích thước của bánh xe phải phù hợp chính xác với thước đo này để tránh bị trật bánh. Bánh xe ô tô chở hàng thường được đúc từ thép Loại C hoặc Loại D theo thông số kỹ thuật AAR và phải chịu được chu trình nhiệt lặp đi lặp lại do phanh - nhiệt độ bề mặt có thể vượt quá 500°C (930°F) khi phanh gấp.

Khớp nối (Khớp nối)

Bộ ghép nối các ô tô riêng lẻ thành một đoàn tàu. Hai thiết kế khớp nối thống trị trên toàn cầu là:

• Khớp nối khớp nối AAR - được sử dụng trên khắp Bắc Mỹ; đúc từ thép hợp kim cao; được đánh giá để xử lý lực đệm (nén) lên tới 4.448 kN (1.000.000 lbf)
• Khớp nối vít UIC có bộ đệm - được sử dụng ở Châu Âu; bao gồm một mắt xích/liên kết vít trung tâm và hai bộ đệm bên; kém hiệu quả hơn đối với các đoàn tàu rất nặng nhưng cho phép kết nối đội tàu hỗn hợp

Thân khớp nối, khớp nối và chốt hầu như được sản xuất phổ biến bởi đúc thép do hình học ba chiều phức tạp cũng như tải trọng kéo và va đập cực lớn mà chúng phải chịu.

Linh kiện hệ thống phanh

Hệ thống phanh đường sắt sử dụng một số bộ phận được đặt tên chính:

• Xi lanh phanh - Bộ truyền động khí nén chuyển đổi áp suất không khí thành lực cơ học
• Khối phanh ( guốc phanh ) - phần tử ma sát ép vào mặt bánh xe; Khối gang vẫn được sử dụng rộng rãi trong vận chuyển hàng hóa do đặc tính tự làm sạch của chúng
• Đĩa phanh và kẹp phanh - sử dụng trên tàu khách tốc độ cao; đĩa được lắp trên trục hoặc bánh xe và được kẹp bằng kẹp phanh bằng gang hoặc nhôm
• Van ba / van phân phối - thiết bị điều khiển bằng khí nén quản lý việc sử dụng và nhả phanh để đáp ứng với sự thay đổi áp suất của đường tàu

Các bộ phận của đường ray: Các thành phần cơ sở hạ tầng và tên của chúng

Hệ thống đường ray là cơ sở hạ tầng cố định hướng dẫn và hỗ trợ tàu. Mỗi thành phần có một tên và chức năng cụ thể trong hệ thống đường đi cố định (P-way).

Đường sắt

Đường ray là thanh thép để bánh xe chạy trên đó. Nó có ba phần: phần cái đầu (bề mặt chạy), mạng lưới (đầu nối dọc) và chân (mặt bích cơ sở) đó nằm trên giường ngủ. Đường ray chở hàng nặng hiện đại có trọng lượng 60–77 kg mỗi mét (cấu hình UIC 60 hoặc 136 RE) và được cuộn từ thép mangan có hàm lượng carbon cao. Chiều dài đường ray đã tăng lên đáng kể — đường ray hàn liên tục (CWR) loại bỏ các mối nối truyền thống, giảm việc bảo trì đường ray tới 40% so với đường nối.

Người ngủ (Tàu đường sắt / Crosstie)

Tà vẹt là các bộ phận ngang giữ hai ray ở đúng kích thước. Chúng phân phối tải trọng từ ray tới bệ dằn bên dưới. Chất liệu làm giường ngủ bao gồm:

• Bê tông (dự ứng lực) - chiếm ưu thế trong đường đua hiện đại; tuổi thọ 40–50 năm; nặng hơn (250–350 kg mỗi chiếc) nhưng có độ ổn định cao
• Gỗ cứng - vật liệu truyền thống; vẫn được sử dụng trong các công tắc và trên đường cong; tuổi thọ 20–30 năm
• Thép - được sử dụng trong một số tuyến đường sắt công nghiệp nặng; khả năng chống cháy và mối mọt
• Tổng hợp/nhựa - công thức nhựa tái chế được chấp nhận; đặc tính tương tự như gỗ có tuổi thọ cao hơn

Đường sắt Fastening System

Chốt gắn ray vào tà vẹt và chống lại các lực dọc, ngang và dọc. Các thành phần chính bao gồm:

• Đường sắt clip (elastic clip) - kẹp thép lò xo (ví dụ, kẹp điện tử Pandrol, Vossloh Skl) để kẹp chân ray; cung cấp khoảng Tải trọng chân 10–14 kN
• Đường sắt pad - đệm cao su hoặc polyme giữa chân ray và tà vẹt giúp giảm rung và bảo vệ bề mặt tà vẹt
• Tấm đế - tấm gang hoặc thép trải tải trọng ray trên bề mặt tà vẹt
• Spike hoặc vít nhọn - được sử dụng trên tà vẹt gỗ để buộc chặt các tấm đế

Chấn lưu

Chấn lưu is the crushed stone layer beneath and around the sleepers. It distributes loads to the subgrade, provides drainage, and allows for track geometry adjustment. Granite and limestone aggregate sized 25–50 mm là phổ biến nhất. Độ sâu dằn tiêu chuẩn dao động từ 150 mm (đường sắt hạng nhẹ) đến 350 mm (đường sắt vận chuyển hàng hóa nặng) .

Chuyển đổi và băng qua (cử tri đi bỏ phiếu)

Một lối rẽ (công tắc) cho phép tàu di chuyển từ đường ray này sang đường ray khác. Các phần được đặt tên của nó bao gồm:

• Chuyển đổi đường ray (đường ray điểm) - đường ray di chuyển thuôn nhọn có thể xoay để hướng tàu sang trái hoặc phải
• Đường ray cổ - các ray cố định mà các ray công tắc đóng vào
• Vượt qua (ếch) - thành phần thép mangan đúc nơi hai đường ray giao nhau; chịu tải trọng tác động mạnh và thường được đúc thành một khối duy nhất từ ​​ Thép mangan của Hadfield (12–14% Mn) cho khả năng chống mài mòn cực cao
• Kiểm tra đường ray (đường ray bảo vệ) - các ray bổ sung được bố trí bên trong ray chạy để dẫn hướng mặt bích bánh xe qua khe hở ếch
• Máy chuyển mạch (động cơ điểm) - bộ truyền động bằng điện hoặc thủy lực để di chuyển các ray công tắc; vỏ đúc bảo vệ cơ chế khỏi thời tiết và tác động

Đường sắtway and Train Casting Parts: What Gets Cast and Why

Đúc là phương pháp sản xuất chủ yếu cho các bộ phận đường sắt đòi hỏi hình dạng phức tạp, khối lượng lớn và độ bền đặc biệt. Ngành đường sắt sử dụng ba quy trình đúc chính - đúc cát, đúc đầu tư, và đúc bọt bị mất - tùy thuộc vào hình dạng của bộ phận, yêu cầu về dung sai kích thước và khối lượng sản xuất.

Bảng sau đây tóm tắt các bộ phận đúc đường sắt quan trọng nhất, vật liệu và phương pháp đúc của chúng:

Tại sao việc truyền được ưa thích cho Đường sắtway Parts

Đúc là phương pháp sản xuất được ngành đường sắt lựa chọn vì nhiều lý do kỹ thuật và kinh tế:

• Hình học phức tạp trong một mảnh - khung chuyển hướng, thân khớp nối và khung bên có dạng ba chiều với các khoảng trống bên trong và độ dày thành thay đổi sẽ cần hàng chục mối hàn nếu được chế tạo từ thép tấm. Quá trình đúc tạo ra những thứ này như một bộ phận không thể thiếu, loại bỏ các điểm hỏng do mỏi của mối hàn.
• Khối lượng cao với các đặc tính được kiểm soát — các bộ phận của đường sắt phải đủ nặng để duy trì độ cứng kết cấu dưới tải trọng động cực lớn. Đúc cho phép kiểm soát chính xác thành phần hợp kim và tốc độ làm mát để đạt được độ cứng, độ bền và độ bền mỏi cần thiết đồng thời.
• Tiết kiệm chi phí cho sản xuất số lượng lớn — khuôn đúc cát cho các bộ phận toa xe chở hàng tiêu chuẩn (khung bên, bệ đỡ) có thể được tái sử dụng hàng nghìn lần, khiến chi phí trên mỗi đơn vị có tính cạnh tranh ở khối lượng mà đường sắt Loại I yêu cầu, có thể đặt hàng 10.000–50.000 xe đúc chở hàng mỗi năm .
• Làm cứng thép mangan — những con ếch vượt qua được làm từ thép mangan của Hadfield thực sự trở nên cứng hơn khi chịu tác động. Thuộc tính này chỉ có thể đạt được trong điều kiện đúc; hợp kim không thể được hàn hoặc gia công thành hình mà không làm mất khả năng làm cứng của nó.

Các bộ phận đường sắt chính theo hệ thống: Bảng tham chiếu đầy đủ

Tiêu chuẩn chất lượng và chứng nhận cho các bộ phận đúc đường sắt

Đường sắtway casting parts are among the most rigorously tested industrial components in any sector. A single failed bogie frame or coupler can cause a derailment with massive safety and financial consequences. The following standards govern their production and qualification:

• AAR M-201 - Đặc điểm kỹ thuật của Hiệp hội Đường sắt Hoa Kỳ đối với khung và đệm đỡ bên hông xe tải chở hàng (Bắc Mỹ). Yêu cầu thành phần hóa học cụ thể, tính chất cơ học và thử nghiệm không phá hủy (NDT) ở mỗi lần đúc.
• EN 13262 — Tiêu chuẩn Châu Âu đối với bánh xe đường sắt, bao gồm các loại vật liệu, dung sai kích thước và các yêu cầu kiểm tra siêu âm.
• EN 13749 - Tiêu chuẩn Châu Âu quy định các yêu cầu về kết cấu đối với khung giá chuyển hướng, bao gồm thử nghiệm độ mỏi dưới tải trọng vận hành mô phỏng trong thời gian tối thiểu là 10 triệu chu kỳ tải .
• UIC 860 - Đặc điểm kỹ thuật của Hiệp hội Đường sắt Quốc tế về thép đúc dùng trong kết cấu phương tiện đường sắt.
• Tiêu chuẩn GB/T (Trung Quốc) — Bộ tiêu chuẩn vật liệu và đúc riêng của Đường sắt Trung Quốc, áp dụng cho một trong những lĩnh vực sản xuất đường sắt lớn nhất thế giới, được sản xuất trên 4.000 đầu máy và 50.000 toa xe chở hàng riêng vào năm 2022.

Tất cả các vật đúc có yêu cầu an toàn cao đều phải trải qua NDT bắt buộc bao gồm kiểm tra hạt từ tính (MPI), kiểm tra siêu âm (UT) và kiểm tra chụp ảnh phóng xạ (RT) để phát hiện độ xốp, vết nứt hoặc tạp chất bên trong trước khi bộ phận được đưa vào sử dụng. Nhiều thông số kỹ thuật cũng yêu cầu thử nghiệm phiếu giảm giá mang tính phá hủy từ mỗi lần nung nóng của thép để xác minh độ bền kéo, cường độ chảy, độ giãn dài và giá trị va đập Charpy ở nhiệt độ vận hành.

Chu kỳ bảo trì cho các bộ phận đường sắt và tàu hỏa chính

Hiểu được khoảng thời gian bảo trì giúp các nhóm mua sắm lên kế hoạch kiểm kê phụ tùng thay thế và đặt hàng đúc. Dưới đây là các khoảng thời gian kiểm tra và thay thế điển hình cho các bộ phận quan trọng nhất: