1

كتاب لكوموتيو

محمد قربانعلی بيک1388

ويژه مديران و كارشناسان ارشد

2

مؤسسه نشر: پص: تلفن : نو آوري در صنعت ريلي: نام كتاب عباس قربانعلي بيك: مولف سپيده رمضانی: ويراستار 1387: چاپ اول عدد 1000: تيراژ چاپخانه : ليتوگرافي: شابك:ISBN : لایر 4000: قيمت

1361محمد قربانعلي بيک ،: سر شناسه لكوموتيو: عنوان و پديد آور محمد قربانعلي بيک : نويسنده مشخصات نشر : ص 32: مشخصات ظاهري. لایر 4000: قيمتشابک: فيپا: وضعيت فهرست نويسي32.ص: کتابنامه راه آهن :موضوع- 1387: رده بندي کنگره 263/625: رده بندي ديويي شماره کتابخانه ملي:

فيپا شناسنامه

مراجعاتحاديه بين المللي راه آهنهاسايتهاي سازندگان لكوموتيوسايتهاي را آهنها مجالت(RIJ , RG ) ويكي بديا

3

جلد1.

شناسنامه2.

فهرست3.

مقدمه 4.

تاريخچه را ه آهن5.

انواع لكوموتيو6.

مشتركات لكوموتيو7.

لكوموتيو بخار8.

لکوموتيو برقی9.لکوموتيو برقی10.لکوموتيو ديزل الکتريک11.لکوموتيو توربيني12.پالتفرم مشترك لكوموتيو13.لكوموتيو برقي ديزلي14.لكوموتيوهايبريد15.كشش لكوموتيو16.ضريب چسبندگي17.مقاومت حركت18.انواع ترمز لكوموتيو19.بوژي و بار محوري20.تراكشن موتور و نسبت دنده21.شاسي، قالب و قواره لكوموتيو22.موتور ديزل23.سيستم خنک کاری24.توربو شارژر25.سيستمهاي حفاظتي لكوموتيو26.سيستمهاي ايمني قطار27.خريد، نگهداري و عمر لكوموتيو28.مصرف انرژي ريلي29.هزينه هاي جانبي لكوموتيو30.بهره برداري لكوموتيو و بهره وري31.روند تكنولوژي لكوموتيو 32.

ستهر

ف

4

مقدمهراه آهن به عنوان زير بناي توسعه كشورها ميتواند به صورت يك

شاخص بسيار مناسب نشان دهنده سياستگذاري، فناوري و مديريت .در يك كشور است

اين صنعت حاصل تعامل تخصصهاي مختلف فني، مديريتي و اقتصادي است و هنگامي ميتواند به رشد فزاينده و شتابدار برسد كه با

رويكرد يادگيري سازماني، بهبود مستمر را مهمترين هدف خود قرار .دهد

راه آهن ژابن را در بخش مسافري و راه آهن آمريكا را در بخش بار ميتوان از موفق ترين راه اهنهاي دنيا نام برد كه هر دو از حدود

با استفاده از الگوي صحيح خصوصي سازي بدون 1984سال .جداكردن ناوگان و شبكه توانستند به موفقيت استثنايي دست يابنددر بخش بار راه آهنهاي خصوصي آمريكا با افزايش بار محوري و

ارتقاء مستمر تكنولوژي لكوموتيو و رفع گلوگاههاي بهره برداري توانستند بهره وري خود را بصورت چشمگيري بهبود بخشيده و

عالوه بر كاهش نسبي انرژي ويژه مصرفي، سرمايه در گردش ويژه را نيز علي الخصوص در ناوگان كاهش دهند ) نسبت به گردش مالي(

و عمال با اين رويكرد توانستند تعرفه خود را به قيمت ثابت و جاري . كاهش دهند

كتاب حاضر بصورت خاص براي آشنايي مديران و كارشناسان با لكوموتيو نگاشته شده واز آنجايي كه بر اساس مطالعات بانك جهاني در كشورهاي در حال توسعه آماده بكاري متوسط لكوموتيو ديزل در

درصد است بنظر ميرسد كه ميتوان آنرا يكي از مهمترين 65حدود . گلوگاههاي توسعه ريلي قلمداد نمود

اين كتاب با شتاساندن انواع لكوموتيو، قابليتها، مزايا و معايب نسبي از يك سو و اشاره به اجزاء اصلي و ويژگيهاي عملياتي و مديريتي يك

لكوموتيو بدنبال ايجاد يك زبان و دانش مشترك بين مديران و كارشناسان است تا از اين طريق زمينه تصميم سازي بهتري براي

.اين ركن مهم از صنعت ريلي فراهم گردد

عباس قربانعلي بيك

5

تاريخچه را ه آهنزمانی که . تاريخچه پيدايش حمل و نقل ريلی به حدود چهار قرن پيش بر می گردد

در آلمان برای اولين بار در معادن زغال سنگ برای سهولت حرکت از ريلهای چوبی برای هدايت ارابه ها استفاده شد ولی در آن زمان از سگها برای تامين

.نيروی کششی استفاده ميشد به انگلستان نيز 1649سپس به دستور ملکه اليزابت اين سيستم جديد در سال

انتقال يافت پس از مدتی برای جلوگيری از فرسايش ريلهای چوبی روی انها را با ورقه آهن پوشاندند وسپس برای آنها لبه ای تعبيه کردند که از خارج شدن چرخ

مرحله بعدی استفاده از اسب برای کشش و سوار کردن . از ريل جلوگيری می کرد.شکل بود vريلهای چدنی

ريل مقعر 1720درسالv شکل به ريل برجسته تبديل شد وبه جای آن چرخهاv که البته . متر شد 5شکل مقعر ساخته شدند و طول ريلها که از جنس آهن بودند

اضافه گشتعمر اين ريلها کوتاه بود پس از کشف ساختمان فوالداستحکام ريلها در . گشت 1435mmسال افزايش يافت وفاصله بين دو ريل 15وعمر آنها به

اولين خط آهن با نيروی اسب با تصويب پارلمان انگلستان بين 1804سال wandsworth وmerstam راه اندازی گشت.

برای اولين بار واگن بخار توسط مخترع 1784در سال : تاريخچه لوکوموتيوتنی با 5با ساخت لکوموتيو 1803در سال . انگليسی جيمز وات ابداع گشت

کيلومتر در ساعت توسط ريچارد 5/6تن بار در سرعت 25توانائی کشيدن در آغاز . ترويتيک خط حمل چدن در مسير کوتاهی در جنوب انگلستان به راه افتاد

. لکوموتيو را اسب آهنی می ناميدند اولين قطار مسافری که با لکوموتيو حرکت می کرد در مسير بين شهرهای

به راه افتاد بيش از اين برای 1825دارلينگتون واستاکتون بود که در سال .حرکت دادن قطارهای مسافری همچنان از اسب استفاده می کردند

که طول آن . عمليات ساخت راه آهن ليورپول منچستر آغاز گشت 1826در سال. کيلومتر بود 48

مسابقه ای برگزار شد 1829برای ساخت لکوموتيو مناسب برای اين خط در سالکه شرايط مخصوصی داشت برنده اين مسابقه لکوموتيو راکت ساخت استيفنسن از

تن بار را داشت وسرعت 16تن وزن داشت وتوانائی حمل 5/4نيوکاسل بود که.کيلومتر بر ساعت داشت 15

6

انواع لكوموتيو

:انواع لکوموتيو لکوموتيوها در حالت کلی به انواع زير :از لحاظ سيستم حرکتی تقسيم می شوند

لکوموتيوهای بخار 1.

لکوموتيوهای برقی 2.

الکتريک -لکوموتيوهای ديزل3.

لكوموتيو هاي گازسوز 4.

هيدروليک -لكوموتيوهای ديزل5.

لکوموتيوهای توربيني6.

لکوموتيوهای هايبريد7.

ديزلی–لکوموتيوهای برقی 8.

لکوموتيوهای بالتفرم مشترك9.

تعريف لکوموتيو:به وسيله اي ميگويند كه روي ريل

.تعدادي از واگنها را جابجا نمايد

7

مشتركات لكوموتيو لكوموتيوها به عنوان كشنده قطارهاي باري و مسافري از مهمترين

.تجهيزات حمل و نقل ريلي هستند براي استفاده حداكثر از قابليت لكوموتيوها امكان اتصال چندگانه

.دستگاه در سيستم كنترل گنجانده شده است 5تا 2لكوموتيوها بين هزار تن الزم است 30تا 5براي حمل قطارهاي باري سنگين از

شاسي لكوموتيو از استحكام كافي براي تحمل نيروهاي كششي و .تن برخوردار باشد 450تا 200فشاري از

بوژي هستند و با تعداد 3لكوموتيوها اغلب داراي دو بوژي و ندرتا.محور ساخته ميشوند 8و استثنائا 6، 4

ميليمتر است و بعد از آن خطوط با عرض 1435عرض خط متداول.نيز مورد استفاده هستند 1076و 1676و 1525

را آهنها ) متركوران(طول لكوموتيوها بر اساس بار طولي مجاز 135محوره 6محاسبه و منظور ميگردد و لذا طول يك لكوموتيو

دارد 7و متر كوران 22.5تن در شبكه اي كه محدوديت با محوري . متر باشد 20بايد حدود

واگن، برق مورد 20تا بيش از 5در حمل قطارهاي مسافري بين.نياز واگنها اغلب توسط ديزل ژنراتورهاي مستقل تامين ميگردد

در كشورها يي كه در مسيرهاي كوتاه استفاده ميگردند لكوموتيوهابصورت دو كابين ساخته ميشوند كه امكان تغيير جهت حركت در

.زمان كوتاه فراهم گردد ،در لكوموتيوهاي باري كه در مسيرهاي طوالني استفاده ميشوند

. سرويس بهداشتي و حتي امكان استراحت منظور شده است اسب بخار، 6000براي نصب موتورهاي ديرل بزرگتر تا توان

هزار تن استفاده 5لكوموتيوهايي كه در حمل قطارهاي سنگين باالي ميگردند با ابعاد بزرگتر ساخته ميشوند و به همين منظور ابعاد

.تونلها در اين كشورها افزايش يافته است

8

لكوموتيو بخار اولين لکوموتيوهای راه آهن در دنيا به وسيله موتور بخار به حرکت

لکوموتيوهای بخار تا پايان جنگ جهانی دوم . در می آمدند . متداولترين انواع لکوموتيو در جهان بود

اولين لکوموتيو بخار قبل از زمان اختراع رسمي راه آهن يعني سالابداع گشت ومدتی زمان صرف شد تا اين نوع لکوموتيو به 1825

.لکوموتيوی کارا واز نظر اقتصادی قابل توجيه تبديل شود لکوموتيوهای بخار به وسيله لکوموتيوهای برقی 20در اواسط قرن

تقريبا در تمامی 60و ديزلی جايگزين شدند ودر انتهای دهه .کشورها لکوموتيوهای بخار از رده خارج گشتند

رکورد سرعت در اين نوع لکوموتيوها توسط لکوموتيوA4 pacific در مسيری در انگلستان 1938به جا مانده است در سال

کيلومتر 203واگن با سرعتی معادل 6با شيبی ماليم در حال کشيدن . در ساعت دست يافت

توان حداكثر لكوموتيوهاي بخار به اسب بخار رسيد.راندمان لكوموتيوهاي بخار به درصد رسيده است.حداكثر نسبت توان به وزن در اين لكوموتيوها به رسيده است. كشش حداكثر اين لكوموتيوها به و چسبندگي نيز به رسيده

.است

9

لکوموتيو برقی

توسط شركت جنرال 1895اولين لكوموتيو برقي در جهان در سال.الكتريك وارد خدمت گرديد

درعين حال که هزينه برقی کردن خطوط نسبتا باال می باشد ولیلکوموتيوها ی برقی هزينه راهبری پايين تری نسبت به انواع ديزل

.دارند و لذا برای كار در مسيرهاي پر ترافيك مناسب ميباشند دستگاه است 30000تعداد كل لكوموتيوهاي برقي دنيا حدود. از كشش برقی ) 250باالي سرعت (تمامي راه آهنهاي سريع السير

. استفاده می كنند رکورد باالترين سرعت يک وسيله نقليه ريلی به قطار فرانسوی

TGV ميالدی به سرعتی برابر 2007تعلق دارد که درسالkm/h . دست يافت 575

هم اکنون اکثر کشورهای دنيا ازسيستم برق باالسريAC و اغلببرای انتقال برق به لکوموتيو استفاده می ولت 25000با ولتاژ

. کنند 6و در نوع 6توان حداكثر لكوموتيو برقي چهار محوره به باالي

24مگاوات رسيده و كشش مداوم به باالتر از 9محوره به باالي . تن رسيده است 48و

بيشترين توليدكتتدگان لكوموتيوهاي برقي در اروبا قرار دارند.

لکوموتيوهای برقی به وسيله خطوط برقاز خارج تغذيه می شوند که اين خط خارجی ميتواند به صورت کابلی در باالی لکوموتيو

.و يا يک خط سوم در کنار ريل باشد

10

لکوموتيو ديزل الکتريک

لکوموتيوهای ديزل الکتريک نوعي لکوموتيو برقی هستند که واحد. توليد انرژی را با خودشان حمل ميکنند

توسط جنرال 1913اولين لکوموتيوهائ ديزل الكتريك در سال.الكتريك وارد بازار شدند

دستگاه است 90000تعداد كل لكوموتيوهاي ديزل دنيا حدود. 6000مگاوات يا 4بيشترين توان لكوموتيوهاي ديزل الكتريك به

.تن رسيده است 150محوره باالي 6اسب در انواع تن 80تن به حدود 35كشش اين نوع لكوموتيوها با بار محوري

.رسيده است% 38وضريب چسبندگي به سال گذشته تقريبا دو 30توان و كشش لكوموتيوهاي ديزل طي

.برابر شده است زمينه افزايش توان، كشش و ضريب چسبندگي لكوموتيوهاي جديد از

سال گذشته، با استفاده از تراكشن موتورهاي جريان 20حدود .متناوب فراهم شده است

همچنين براي امكان استفاده ازموتورهاي ديزل بزرگترو افزايشوزن و استحكام لكوموتيوها از حدود نيم قرن قبل تونلها و ابنيه فني

.با ابعاد بزرگتر ساخته شده اند ودر حالت 140سرعت حداكثر لكوموتيوهاي ديزل الكتريك باري به

. رسيده است 200مسفري به

لکوموتيوهای ديزل الکتريک نوعيلکوموتيو برقی هستند که واحد توليد

. انرژی را با خودشان حمل می کنند

11

لكوموتيو ديزل هيدروليك اغلب لکوموتيوهای ديزل هيدروليک از سيستم انتقال قدرت

. هيدروديناميكي برای به حرکت در آوردن لکوموتيو استفاده ميکنند سال قبل به خدمت گرفته شدند 50نمونه هاي اوليه اصلي از حدود.و يك ) تورك كنورتور(در اين نوع لکوموتيوها از يک مبدل گشتاور

.يا چند كوبلينگ هيدروليك برای انتقال قدرت استفاده می شود مبدل گشتاور از سه قسمت تشکيل شده که درون يک محفظه روغن

.قرار دارند دوتای اين قسمتها دوارند ويک قسمت ثابت است اسب 4500اسب در نوع مانوري تا 500توان اين لكوموتيوها از

در )محوره 4محوره و دو موتور در نوع 6با يك موتور در نوع (.نوع اصلي متغيير است

قابليت تغيير دنده در اين نوع لكوموتيوها، امكان داشتن.لكوموتيوهاي چند منظوره را فراهم كرده است

محور هستند و بدليل اتصال مكانيكي 6تا 2اين لكوموتيوها داراي.محورها نسبت به هم لغزش ندارند

كيلومتر در 220حداكثر سرعت عملياتي لكوموتيوهاي مذكور تا.ساعت نيز رسيده است

است% 33حداكثر ضريب چسبندگي اوليه اين لكوموتيوها. بدليل اروبايي بودن سازنده اصلي سيستم انتقال قدرت، اين

. لكوموتيوها اغلب در اروبا استفاده ميگردند

12

لکوموتيو توربيني اين نوع لکوموتيوها بعد از جنگ جهانی دوم در بسياری از کشورها

اين نوع لکوموتيوها به موتورهای . مورد بهره برداری قرار گرفت . جت از نوع توربو شفت مجهز شده اند

يكي از روشهاي انتقال قدرت در اين گونه لكوموتيوها سيستم برقيبه اين . است كه اغلب در آمريكا و روسيه بكار برده شده است

ژنراتور را ) هزار اسب بخار10تا قدرت بيش از (صورت که توربين به حرکت در می آورد که اين ژنراتور تركشن موتورها را تغذيه می

. کند تا چرخها را به حرکت در آورند روش ديگر انتقال قدرت استفاده از سيستمهاي هيدروديناميكي است

.. كه اغلب در كشورهاي اروبايي بكار گرفته ميشود اسب ساخته شده اند اما سرو 4000لکوموتيوهای توربين گاز تا

انواع ( صدای زيادی توليد می کنند و راندمان آنها پايين است ) درصد 33و اكنون حدود 20قديمي

و افزايش قيمت سوخت 70پس از بحران سوخت در دههلکوموتيوهای توربين گاز به دليل نداشتن صرفه اقتصادی به تدريج

.از خطوط خارج شدند در سالهاي اخير با افزايش راندمان توربينهاي جت استفاده از اين

در خطوط 240نوع لكوموتيو براي رسيدن به سرعتهاي باال تا .غير برقي بويژه در آمريكا آغاز شده است

13

پالتفرم مشترك لكوموتيو در يك لكوموتيو، طراحي و ساخت بخش شاسي و بدنه و كابين

.بيشترين زمان را به خود اختصاص ميدهد يكي از روشهاي كاهش زمان طراحي و ساخت يك لكوموتيو جديد

.استفاده حداكثر از اجزا بكار رفته در ساير لكوموتيوها است اغلب سازندگاني كه تنوع زيادي در محصوالت دارند با استفاده از

اين روش هزينه هاي خود را كاهش داده و انعطاف خود را براي .تطبي با درخواست مشتريان افزايش ميدهند

،لكوموتيوهاي الكتريكي و انواع ديزل الكتريك در بخش شاسي ، بدنه.قطعات مشابه دارند% 75بوژي و تراكشن موتور تا ميزان

با اين منطق لكوموتيوهاي الكتريكي ساخت جنرال الكتريك در حدودسي سال قبل با استفاده از بوژي، تراكشن و ساير سيتمهاي اصلي

.انواع ديزل الكتريك ساخته شد تعدادي لكوموتيو به شركت 2000راه آهن يونان نيز در سال

مگاوات در حالت ديزلي، با 2بمباردير سفارش داد كه با وجود توان .مگاوات تبديل ميشوند5اندكي تغيير به لكوموتيو برقي با توان

مگاوات 3اين قابليت در لكوموتيوهاي ديزل الكتريك 1376در سال.مگاوات منظور گرديده است 6آلستوم براي تبديل به برقي

14

لكوموتيو برقي ديزلي لكوموتيوهاي برقي ديزلي به ان دسته از لكوموتيوهاي ديزلي گفته

ميشود كه عالوه بر امكان كار در خطوط غير برقي، با استفاده از انرژي شبكه برقي ميتواند در شبكه برقي نيز به عنوان يك لكوموتيو

.برقي با توان باالتر از نوع ديزلي كار كند 750تا 650يكي از انواع مذكور با قابليت كار با ريل سوم و ولتاژ

ولت در حومه برخي شهرهاي بزرگ آمريكا استفاده ميشد تا آلودگي و صدا در اين مناطق كاهش يابد كه انواع جديد آن توسط شركت

.زيمنس و جنرال موتورز ساخته شده استمشابه اين كار توسط زيمنس براي آفريقاي جنوبي انجام شده است . نوع ديگر كه اخيرا در آمريكا استفاده ميگردد و توسط شركت

بمباردير ساخته شده عالوه بر داشتن موتور ديزلي و حتي موتور مستقل ديزلي براي تامين برق واگنهاي مسافري، امكان كار در شبكه

.كيلوولت جريان متناوب را نيز دارد 25برقي لكوموتيوهاي ديگر توسط شركت كف اسبانيا بنحوي طراحي شده كه

محوره و در دو نوع 6يا 4با يك شاسي ثابت ميتواند بصورت .الكتريكي و ديزل الكتريكي توليد گردد

اين لكوموتيوها با داشتن دو سيستم كشش مستقل و دو ديزل ژنراتورمجزا ميتوانند در حالت بروز خرابي ماموريت خود را با كارايي كمتر

. به اتمام برسانند

15

لكوموتيوهايبريد ميالدي با استفاده از تجربيات 2000لكوموتيوهاي هايبريد در سال

.خودروهاي هايبريد در قاره آمريكا وارد بازار شدند نمونه ساخت ايران نيز با استفاده از شاسي،بوژي و تجهيزات

.در همان ايام رونمايي گرديد 12لكوموتيوهاي جي هايبريد به معني دو رگه است و ودر صنعت خودرو به معني

خدروهايي است كه عالوه بر داشتن سيستم انتقال قدرت معمول و متداول، با ذخيره انرژي الكتريكي در حالت كم باري ميتوانند بخشي . از عمليات خود را در با استفاده از باطريهاي ذخيره اي انجام دهند

هدف اصلي سازندگان اين نوع لكوموتيو بويژه در انواع مانوريكاهش سوخت مصرفي و آلودگي هوا بود و اثر اين اقدام كاهش

.. آلودگي هوا بود% 70مصرف سوخت و % 30 تا 1000در يك لكوموتيو هايبريد مانوري موتور اوليه با توان

اسب با موتورهاي كوچك مورد استفاده در انواع اتوبوس و 2000.اسب جايگزين ميگردد 500تا 300كاميون با توان

با همين منطق در موارد با ضريب بار بيشتر ميتوان از دو يا تعداد.بيشتري ديزل ژنراتور استفاده نمود

شركت جنرال الكتريك در لكوموتيوهاي جديد خطوط اصلي نيز از اينتكنولوژي استفاده نموده به اين ترتيب كه لكوموتيوهاي معمولي را به تهدادي باطري ذخيره ساز انرژي مجهز كرده كه در زمان ترمز

ديناميك برق حاصله را در آنها ذخيره و در زمان شتاب گيري از آن استفاده مينمايد و به اين ترتيب عالوه بر صرفه جويي سوخت و

. كاهش آلودگي، كارايي لكوموتيو را نيز بهبود ميبخشد

16

كشش لكوموتيو هدف اصلي استفاده از لكوموتيو تامين كشش مورد نياز قطار

.ميباشداوليه، مداوم و چسبندگي: كشش به سه نوع اصلي تقسيم ميگردد كشش اوليه به حداكثر نيرويي اشاره دارد كه در لحظه راه اندازي

.قطار از سرعت صفر توسط لكوموتيو قابل اعمال است بدليل گذرا بودن اين مرحله، نياز به كشش اوليه باال محدود بوده و

سيستمها و تجهيزات براي كاركرد مداوم در اين شرايط طراحي . نميشوند

كشش مداوم لكوموتيو به نيرويي اشاره دارد كه ميتواند بصورتمستمر توسط لكوموتيو تامين گردد بدون اينكه صدمه يا خسارتي به

.تراكشن موتورها،اينورتر يا ژنراتورلكوموتيو وارد گردد كشش چسبندگي به ميزان نيرويي اشاره دارد كه بر اساس ضريب

شرايط آب و هوايي قابل % 99چسبندگي بين چرخ و ريل در . دستيابي است

ميزان بار قطارهاي باري سنگين در مسيرهاي با فراز طوالني براساس حداقل كشش مداوم و كشش چسبندگي لكوموتيو تنظيم

.ميگردد

17

ضريب چسبندگي ضريب چسبندگي به اصطكاك قابل استفاده در حركت چرخ روي ريل

.در حالت كشش اشاره دارد اين ضريب بر حسب سرعت تغيير مينمايد و حداكثر آن در سرعت

.صفر و با افزايش سرعت بصورت تدريجي كاهش مييابد چسبندگي با سرعت نسبي چرخ به ريل رابطه دارد و ابتدا افزايشي و

.بعد از نقطه حداكثر كاهشي ميشود شرايط آب و هوايي تاثير شديدي روي منحني چسبندگي دارد و

استفاده از ماسه ميزان انرا تا دو برابر و وجود روغن بين چرخ و .ريل انرا تا نصف ميكاهد

توصيه مينمايد براي 660اتحاديه بين المللي راه اهنها در استانداردامكان تردد متقابل قطارهاي سريع السير بين كشورها ضريب

منظور گردد و % 20چسبندگي در سرعت كم يا در لحظه شروع % 9به 300بتدريج با افزايش سرعت بصورت زير براي سرعت

.كاهش يابد ضريب چسبندگي مداوم در لكوموتيوهاي ديزل جديد با تراكشن

.رسيده است% 38موتور جريان متناوب اكنون به كليه % 99ضريب چسبندگي لكوموتيوها بصورت احتمال تحقق براي

. شرايط آب و هوايي اعالم ميگردد عبور چرخها بر افزايش ضريب چسبندگي با رفع رطوبت و چربي اثر

مثبت دارد و لذا افزايش تعداد لكوموتيو ميتواند ضريب چسبندگي . عملي را افزايش دهد

در شرايط خشك با ثابت بودن احتمال عبور ضريب چسبندگي افزايش.مييابد

18

مقاومت حركت نيروي كشش لكوموتيو براي غلبه بر مقاومت حركت قطار و شتاب

.بخشيدن به آن استفاده ميگردد در صورت فزوني كشش به مقاومت شتاب مثبت و در صورت

تساوي شتاب صفر و در صورت كمتر شدن نيرو از مقاومت شتاب .منفي حاصل ميگردد

مقاومت حركت قطار ناشي از عوامل مختلفي است همچون مقاومتجرخشي چرخ و ريل،مقاومت هوا،مقاومت فراز، مقاومت قوس و

.مقاومت تونل بدليل استفاده از چرخ و ريل فوالدي، ضريب مقاومت چرخشي آنها

است و اين ضريب با افزايش سرعت رشد مييابد و 0.001در حد .در لحظه حركت نيز به مقادير بيشتري ميرسد

با افزايش بار محوري ) نسبت نيرو به وزن(مقاومت چرخشي ويژه.كاهش مييابد

مقاومت هوا در بين ساير عوامل بيشترين سهم را بويژه در.سرعتهاي باال به خود اختصاص ميدهد

يكي از عوامل اصلي اين مقاومت بر اساس سطح مقطع روبرو وشكل سه بعدي آن است كه هر قدر طول قطار بيشتر شود سهم ان در

.كل مقاومت هوا كاهش مييابد اصطكاك جانبي واگنها بخش دوم مقاومت هوا است و در قطارهاي

طويل سهم بيشتري دارد و به تغييرات طولي قطار حساس ميباشد به اين صورت كه هر قدر فاصله دو واگن بيشتر باشد يا تجهيزات .زير واگن يكنواختي كمتري داشته باشند اين مقاوت افزايش مييابد

مقاومت فراز متناسب با سينوس زاويه فراز ميباشد و به ازاء هر. درصد فراز مسير معدل يك در صد وزن قطار به ان اضافه ميگردد

19

انواع ترمز لكوموتيو لكوموتيوها براي كند كردن سرعت قطار يا توقف آن از روشهاي

:مختلفي براي ترمز كردن استفاده مينمايند از جمله، ترمز الكتروديناميك، ترمزمغناطيسي، )كفشي و ديسكي(ترمز اصطكاكي

... ترمز القايي و ترمز اصطكاكي كه متداولترين و قديميترين روش ترمز است با

اعمال نيرو با قطعه اي سايشي به چرخ ميباشد كه يكي از خطرات و حتي خروج ) قفل شدن و بريدگي(آن افزايش احتمال توقف چرخ

از خط است و عالوه بر اين با استفاده زياد از اين ترمز، دماي كفشها يا لنتها و همچنين چرخ و ديسك افزايش يافته و ضريب

.اصطكاك كاهش مييابد تراكشن موتورها در زمان ترمز به ) الكترو ديناميك(در ترمزديناميك

ژنراتور تبديل شده و برق توليدي به مقاومت مربوطه براي مستهلك .شدن ارسال ميگردد

در برخي لكوموتيوهاي برقي امكان بازيافت انرژي در اين مرحله درلكوموتيو و شبكه بيش بيني شده و حتي در لكوموتيوهاي ديزلي جديد ميتوان اين انرژي را براي تامين برق واگنهاي مسافري يا

.شارژ باطريها استفاده نمود اثر ترمز ديناميک را می توان به صورت يک نيروی کشش منفی در

ترمز ديناميک وسيله ای بسيار سودمند برای کنترل . نظر بگيريم در واقع از ترمز ديناميک برای نگه داشتن قطار . سرعت قطار است

استفاده نمی شود بلکه در اکثر موارد از آن برای از بين بردن شتاب . حرکتی استفاده می گردد

540و 453: برخي استانداردهاي سيستم ترمز عبارتند از

20

بوژي و بار محوري بوژی به قفسه اي گفته می شود که مجموعه انتقال نيرو، حرکت

. وتعليق را در زير لکوموتيو يا واگن دربر می گيرد وظيفه اصلی بوژی نگهداري چرخها و محورها و مستهلک کردن

تکانها و ارتعاشات به واگن يا لکوموتيو وهدايت مناسب تر .لکوموتيو يا واگن در قوسها می باشد

فاصله محورها در بوژي لكوموتيو بر حسب سرعت حداكثر و ابعادمتر متغيير است و قطر چرخها نيز 3تا 1.5تراكشن موتورها بين

.متر ميباشد 1.2تا 1اغلب بين برخي بوژي لكوموتيوها براي تطابق بهتر در مسيرهاي با شعاع

قوس كم با قابليت فرمانبذيري ساخته ميشوند كه با اين ويژگي نه تنها ساييدگي چرخ بلكه ساييدگي ريلها نيز كاهش يافته و چسبندگي

.افزايش مييابد براي اين مقصود برخي اغلب سازندگان از سيستم روغنكاري فالنچ

.چرخ استفاده ميكنند بدليل نداشتن مسافر در لكوموتيو بويژه در حالت ايستاده يا در تردد

.از بوژيهاي كج شونده در لكوموتيوها استفاده نميگردد ريخته ... شاسي بوژي در كشورهاي آمريكا، كانادا، استراليا و

كگري و در ساير كشورها بويژه در اروبا و آسيا جوشكاري شده .است

20غالبا بين ) 1435(بار محوري لكوموتيوها در خطوط استاندارد .تن متغيير است 30الي

) 40-35موارد خاص.(

21

تراكشن موتور و نسبت دنده لكوموتيوهاي برقي و ديرلي از لحاظ نوع تراکشن موتوربه دو دسته

DC وAC تقسيم می شوند . اسب، دور 1000حداكثر توان تراكشن موتور نوع جريان مستقيم تا

%28نيوتن متر و چسبندگي 7500، گشتاور 2500 اسب، دور 2000حداكثر توان تراكشن موتور جريان متناوب تا

% 38نيوتن متر و چسبندگي 10000و گشتاور 3500 در گذشته از ياتقنهاي لغزشي براي تكيه محور استفاده ميگرديد و

.اكنون غالب تراكشن موتورها به ياتاقانهاي غلتشي مجهز شده اند كيلومتر بر ساعت از تعليق 140براي تراكشن موتورها تا سرعت

دماغه اي استفاده ميكنند و بعد از اين سرعت از سيستم نيمه معلق و .براي سرعتهاي باالتر از تعليق كامل استفاده ميكنند

سرعت لكوموتيو را تغيير داد -با تغيير نسبت دنده ميتوان رابطه نيرو.و به سرعتها يا نيروي كشش باالتر دست يافت

نسبت دنده متفاوت براي يك تراكشن موتور حاصل ضرب كشش و.سرعت را تغيير نميدهد

با استفاده از تركشن موتورهاي جريان متناوب بدليل سرعت دورانيو نيز گشتاور باالتر ميتوان لكوموتيوهاي مسافري را به صورت چند

.منظوره استفاده كرد اين قابليت در لكوموتيوهاي باري نيز امكان دستيابي به سرعتهاي

) بدليل سيستم تعليق تراكشن موتور( 160و حتي 140باالتر تا حد . را فراهم كرده است

22

شاسي، قالب و قواره لكوموتيو شاسي لكوموتيوها بر اساس استاندارد اتحاديه بين المللي راه آهنها

.تن را تحمل كند 200بايد بتواند نيروي كشش و فشار ميليون 1ا استحكام شاسي لكوموتيو بايد ...در آمريك، كانادا،چين و

تن باشد و اين امر نه تنها امكان اتصال لكوموتيوهاي 450بوند يا 20بيشتري را فراهم ميكند بلكه حمل قطارهاي سنگينتر تا بيش از

.هزار تن را نيز ممكن مينمايد قالب اغلب لكوموتيوهاي اروبايي اعم از مسافري و باري از نوع

زنجيري است در حالي كه در روسيه و كشورهاي آسياي ميانه از .تن ميباشد 100با ظرفيت كشش ) SA3(قالب اتوماتيك نوع

،قالب اتوماتيك متداول در كشورهاي كانادا، آمريكا، استراليا، چينتن 200از نوع بوده و ظرفيت كشش آن ... آفريقاي جنوبي و

.است كشورهاي اروبايي براي سهولت تردد قطارهاي بين المللي از قواره

استفاده ميكنند و اين در حالي است كه برخي از 1-505) گاباري(كشورها مانن انگليس قواره كوچكتري دارند و برخي چون فنالند از

.قواره بزرگتر بهره مندند از قواره هاي بزرگتر از ... در كشورهاي روسيه ، چين، آمريكا و

. استفاده ميكنند 506يا 6-505جمله يا 518تست و تاييد ناوگان ريلي ازبعد ايمني بر اساس استاندارد

.استانداردهاي هر كشور انجام ميگردد در تست لكوموتيو عالوه بر كنترل ابعادي و وزني، تست عملكرد و

. نيز بايد مورد توجه باشد... قابليت اعتماد و

23

موتور ديزل 20الي 12موتور ديزل لكوموتيوهاي اصلي غالبا داراي انواع

.اسب بخار هستند 6000تا 2000سيلندر و توان سيلندر و توان 12الي 6موتور لكوموتيوهاي مانور نيز غالبا با

اسب هستند،هر چند در كشورهايي مانند چين توان 2000تا 1000تن 20000اين نوع لكوموتيوها براي جابجايي قطارهاي سنگين تا

. اسب بخار نيز رسيده است 4000به در كشورهاي اروبايي كه غالب مسيرهاي با ترافيك باال برقي شده اند

تن است لكوموتيوهاي ديزلي 500و وزن متوسط قطارهاي باري . اسب دارند 4000تا 2000تواني برابر

موتورهاي ديزل قويتر بدليل ابعاد بزرگتر و وزن سنگينتر در.لكوموتيوهاي قواره بزرگ و بار محوري باالتر بكار برده ميشوند

بدليل گستردگي و غلبه ... كشورهاي آمريكا، كانادا، استراليا و 20000تن و حداكثر 5000ترافيك باري سنگين و وزن متوسط

تن، عمدتا از انواع موتورهاي قوي و 35تا 30تن و با محوري .اسب استفاده ميكنند 6000و 4000سنگين بين

موتور ديزل در قيمت اوليه و هزينه تعميرات و نگهداري لكوموتيو 1000000سهم اصلي را داشته و در مصرف انرژي ساالنه كه بين

.ليتر در سال ميباشد نيز بسيار نقش آفرين است 2000000تا يكي از خصوصيات موتور ديزل افت توان يا كاهش قدرت با افزايش

نيز % 10دما و ارتفاع است كه اين نسبت در موتورهاي جديد به ميرسد

سال است 6تا 4فاصله تعميرات اساسي يك موتور ديزل حدود .

24

سيستم خنک کاری سيستم خنك كاري در لكوموتيو بايد انرژي حرارتي آب موتور را با

تبادل حرارت با هوا كاهش دهد بصورتي كه دماي آب ورودي به .درجه تجاوز ننمايد 80و حداكثر 70موتور ازحداقل

مقدار انرژي دفع شده از طريق آب سيستم خنك كاري در حد توان.موتور است

بدليل سطح مقطع كوچك قطار، رادياتورها بصورت افقي يا عمودي.موازي با جهت حركت نصب ميگردند

به منظور رسيدن به حداكثر صرفه جويي سوخت، موتورهاي خنككاري هيدروليكي، مكانيكي و اغلب الكتريكي به تعدادبيشتر از يك

.عدد وظيفه جابجايي هوا رابا دورهاي مختلف بر عهده دارند سيستم خنک کاری در لکوموتيوها برای جلوگيری از ايجاد

. اتمسفر كارميكند 1.5كاويتاسيون تحت فشار باال تا در لكوموتيوهاي جديد براي رسيدن به توان و راندمان باالتر از خنك

.كننده جدا براي خنك كاري آب آفتركولر استفاده ميشود سيستمهاي حفاظتي براي كاهش استهالك موتور و اجزا آن، با

. افزايش دما يا ارتفاع، حداكثر توان موتور را كاهش ميدهند سيستم خنك كاري آب وظيفه كاهش دماي روغن را نيز از طريق

) ويسكوزيته (رادياتور مخصوص بعهده دارد تا بويژه گرانروي . روغن كاهش نيابد

25

توربو شارژر با اضافه شدن توربوشارژرها به موتور ديزل نه تنها توان

درصد اضافه ميشود بلكه از افت 50تا 30موتورهاي ديزل از .قدرت موتور در ارتفاعات نيز كاسته ميگردد

استفاده از اين سيستم كه مركب از يك توربين درمسير گازهايخروجي اگزوز و يك كمبرسور دوراني در مسير هواي ورودي به موتور ميباشد، تاثير زيادي بر راندمان كار موتورهاي احتراقي و

بويژه نوع ديزلي داشته و در حال حاضر اغلب موتورها به اين .سيستم مجهز شده اند

افزايش دما و ارتفاع يا افت فشار هواي ورودي به موتور، دوركاري روتور اين وسيله را افزايش ميدهد و لذا در شرايط گرفتگي فيلتر هوا، در تونل، كاركرد چند لكوموتيو با هم و در ارتفاعات،

.افزايش دور توربوشاژر ميتواند صدماتي را به آن تحميل كند براي كاهش احتمال صدمات به توربوشارژر، نوان موتور ديزلي را

بر حسب حداكثر دور روتور، فشار ورودي هوا و دماي خروجي .اگزوز كنترل و محدود مينمايند

26

سيستمهاي حفاظتي لكوموتيو لكوموتيو ها مشابه يك نيروگاه و كارخانه متحرك بدليل

محدوديتهاي ابعادي و وزني، بيچيدگي زيادي دارند و با توجه به تعويض لكوموتيو ران و تعميركاران و تغيير دائم شراليط كار تحت

.فشار و تنشهاي فراواني قرار دارند تنوع تجهيزات و سيستمها، گستردگي سامانه هاي حفاظتي را در

بر دارد كه بر اساس اهميت و حساسيت سيستمهاي مورد حفاظت و ماموريت آنها، با رويكردهاي متفاوتي عمل كنترل را انجام

.ميدهند برخي از اين سيستمها در صورت رسيدن شاخص مورد كنترل به

حدود مجاز، فقط هشدار ميدهند و برخي كاهش قدرت و برخي نيز . عمليات را متوقف ميكنند

ذيال به برخي از آنها اشاره ميگردد:سيستم كنترل دماي موتور يا ترانسفورماتور1.سيستم كنترل دور موتور ديزل2.سيستم كنترل دور توربو شاژر3.سيستم كنترل فشار روغن 4.سيستم كنترل هواي فشرده ترمز5.سيستم كنترل دماي تراكشن موتور6.سيستم كنترل جريان نشتي برق ژنراتور7.سيستم كنترل دماي ياتاقان سرمحور8.سيستم كنترل لغزش چرخها9.

سيستم كنترل ولتاژ ورودي از شبكه10.

27

سيستمهاي ايمني قطار براي نمايش و ثبت سرعت سير لكوموتيو از سيستم سرعت سنج و

.سرعت نگار استفاده ميگردد اين امر نه تنها براي كنترل نحوه هدايت لكوموتيو توسط

.لكوموتيوران، بلكه براي تحليل سوانح نيز حساسيت بااليي دارد اتصال اين سيستم به ساير سيستمهاي حفاظتي و كنترلي اهميت اين

.وسيله مضاعف ميكند با گسترش فناوري نمايش موقعيت جهاني با استفاده ازGPS اين ،

.وسيله در لكوموتيوها نيز مورد استفاده وسيع قرار گرفته است- سيستم حفاظت خودكار قطار:(ATP)Automatic Train

Protection صورت گرفت سيستم هاي حفاظت 80با پيشرفتهايي كه دردهه

.جديدي وارد عرصه حمل ونقل ريلي شدند محافظت قطار در مقابل حادثه دراثرغفلت :وظيفه اين سيستم ها

...راننده از عالئم ، كنار خط به دليل سرعت باال و تعدادي ازاين سيستم ها به صورت دسته جمعي به نامATP شناخته

ميشوند 641-شرايط سيستم هوشياري اتوماتيك734- سيستمهاي سيگنالينگ سريع السير

28

خريد، نگهداري و عمر لكوموتيو يورو(قيمت لكوموتيو برقي (PEL=W/3+1

ELP = قيمت به ميليون يوروW =توان لكوموتيو روي طوقه چرخ به مگاوات يورو(قيمت لكوموتيو ديزلي (PDL=1.2 W نگهداري لكوموتيو برقيMEL=0.2 PEL نگهداري لكوموتيو ديزليMDL=2

يورو بر كيلومتر سال 30عمر لكو موتيو برقي سال20عمر لكو موتيو ديزلي

2000در سال /+ _% 20اعداد با تقريب هزينه ها بصورت متوسط طول عمر ميباشند، در واقع بصورت تساعدي

.كه در هر مرحله تعميرات، يا بازسازي كاهش ميابدLCC ،يا هزينه هاي طول دوره عمر لكوموتيو شامل هزينه طراحي

.ساخت و نگهداري شامل كليه موارد فوق ميگرددRAMS يا شاخص قابليت اعتماد، آماده بكاري، تعمير بذيري و

.ايمني، نيز از عواملي هستند كه كارايي لكوموتيو را مشخص مينمايد آماده بكاري لكوموتيو بستگي به نوع لكوموتيو، روش بهره برداري

.و نگهداري دارد

سالعمر،

هزينه تعميرات

10 20 30

29

مصرف انرژي ريلي هزار كيلومتر در سال است 250تا 150سير لكوموتيو ديزلي بين. هزار كيلومتر در سال است 500تا 250سير لكوموتيو برقي بين. تا دو ميليون ليتر است 1مصرف ساالنه سوخت يك لكوموتيو ديزل. سي سي بر تن كيلومتر خالص، 3و قطار سنگين 8قطارهاي باري معمولي

.سوخت مصرف ميكنند سي سي بر نفركيلومتر، 30و قطار سريع 15قطارهاي مسافري معمولي

.سوخت مصرف ميكنندمصرف سوخت ويژه خودرو سواري برابر روش ريلي است.مصرف سوخت ويژه اتوبوس برابر روش ريلي است.مصرف سوخت ويژه هوابيما برابر روش ريلي است. سي سي بر تن 50تا 30براي حمل يك تن كيلومتر توسط كاميون بين

. كيلومتر خالص سوخت مصرف ميشود قطارهاي برقي نيز با فرض نسبت توان به وزن مساوي حدود سه برابر برق

)برحسب وات ساعت(مصرف ميكنند با افزايش نسبت توان به وزن و سرعت، انرژي مصرفي افزايش ميابد.

30

هزينه هاي جانبي لكوموتيو يكي از مهمترين دغدغه هاي دولتها كاهش هزينه هاي جانبي حمل و

نقل از جمله تصادفات، آلودگي هوا، اتالف وقت، تغيير آب و هوا .است... و

از درآمد ناخالص % 5هزينه هاي جانبي در حال حاضر حدود.كشورهاي اروبايي را به خود اختصاص ميدهد

بيشترين سهم در اين هزينه ها به خودروهاي سواري شخصي و در.مرحله بعد به حمل و نقل هوايي باز ميگردد

نسبت كشته هاي جاده اي توسط خودروهاي سواري شخصي نسبت. برابر است 20به ريل حدود

كشورهاي اروبايي بر اساس مطالعات انجام شده در اين اتحاديهبراي كاهش اين هزينه ها سياستهايي را اتخاذ كرده اند كه مهمترين

.آنها افزايش سهم حمل و نقل ريلي است براي ترغيب مديران و تصميم گيرندگان، قوانيني در اين كشورها

براي محاسبه ارزش اقتصادي جان انسانها وضع شده است كه بر . اساس محاسبات آماري تا سه ميليارد تومان متغير ميباشد

براي محاسبه ارزش وقت مسافرين نيز بررسيها و محاسباتي انجاميورو بر نفر ساعت بدست 20شده است كه ارزش تقريبي متوسط

. ميايد

31

بهره برداري لكوموتيو و بهره وري هدف از كاركرد لكوموتيو جابجايي بار و مسافر است و هر قدر واحد

اين جابجايي در زمان كوتاهتر و با انرژي كمتر انجام شود جنبه .اقتصادي و بهره وري لكو موتيو بيشتر ميگردد

افزايش بهره وري لكوموتيو ميتواند افزايش بهره وري واگنهاي.باري و مسافري را نيز بدنبال داشته باشد

در صورت كاهش نسبت توان به وزن يا به بيان ديگر تعدادلكوموتيو در قطار، با وجود افزايش بهره وري لكوموتيو، بهره وري

.شبكه كاهش ميابد بايد توجه گردد كه هدف بهره وري حصول بيشترين خروجي به كل

ورودي يا سرمايه گذاري اوليه است و لذا در مسيرهاي با ترافيك باال بهره وري شبكه و در مسيرهاي با ترافيك متوسط و كم، بهره وري

.لكوموتيو ميتواند اولويت يابد در تمامي موارد برآورد اوليه بايد با محاسبات دقيق قطعي و نهايي

.گردد در شكل زير تاثير سرعت حداكثر و نسبت توان به وزن در زمان

.كيلومتري مشاهده ميگردد 1000سير قطار مسافري در مسافت تاثير كاهش زمان سير بر كاهش قيمت تمام شده حمل مسافر بدليل

. سير ساليانه بيشتر واگن از نتايج افزايش توان لكوموتيو است

32

لكوموتيو طي دو قرن گذشته شاهد تغييرات زيادي در زمينه هاي.مختلف بوده است

لكوموتيوهاي الكتريكي چهار و شش محوره با استفاده از تكنولوژيبه توان بيش ) IGBT(تراكشن موتورهاي متناوب و اينورترهاي

.تن رسيده اند 50و 24مگاوات و كشش مداوم 9و 6از اسب به 6000لكوموتيوهاي ديزلي نيز با اين تكنولوژي به توان

.تن رسيده اند 75كشش مداوم بيش از و در 250حداكثرسرعت عملياتي لكوموتيو قطارهاي معمولي به

).با انواع خودكشش 400و 350( رسيده 300قطارهاي سريع به قابليت اعتماد لكوموتيوهاي الكتريكي تا حدي باال رفته كه فاصله بين

.ميليون كيلومتر رسيده است 1خرابيها به بيش از شركتهاي سازنده تعميرات و نگهداري لكوموتيو را نيز با تعهد

.قابليت اعتماد و آماده بكاري بعهده ميگيرند ضريب چسبندگي لكوموتيوهاي ديزلي سنگين با تراكشنAC از

.درصد رسيده است 38به 70در دهه 20حدود اسب رسيده 5000توان لكوموتيوهاي ديزل هيدروليك به حدود

.است مناسبت (گسترش سيستمهاي ترمزالكترونيوماتيكLOCOTROL(گسترش يافته اند... لكوموتيوهاي هايبريد، برقي ديزلي، گازسوز و . سيستمهاي تشخيص موقعيت )GPS ( و ايمني قطار )ETCS (

.فراگير شده است) WSMS(نمايش وضعيت كنار خط سطح آلودگي موتورهاي ديزلي در حد استاندارد روز دنيا ميباشد.تبديل اقتصادي لكوموتيوهاي ديزل الكتريك به برقي ميسر شده است .

روند تكنولوژي لكوموتيو