Sự phát triển của công nghệ đường sắt

Trong phần đầu tiên của bài viết gồm hai phần về thiết kế hộp trục đường sắt, chúng tôi xem xét sự phát triển của hệ thống con đường sắt quan trọng này từ góc độ lịch sử. Là một công ty có truyền thống phát triển các giải pháp hộp số từ lâu, SKF luôn đề cập đến các vấn đề môi trường như bảo tồn năng lượng và tiết kiệm dầu nhờn cho thị trường này.

Kể từ khi được sử dụng sớm nhất trong các ứng dụng đường sắt, vòng bi hộp số đã mang đến cơ hội tiết kiệm năng lượng và bôi trơn. Ngày nay, hầu hết các phương tiện đường sắt đều được trang bị các thiết kế tiên tiến ngày càng tăng dựa trên các cụm trục bánh xe, bao gồm vòng bi bánh xe hoặc bộ phận vòng bi, vỏ hộp trục và cảm biến tích hợp. SKF hiện phục vụ thị trường đường sắt với các giải pháp bổ sung như giám sát tình trạng và các gói dịch vụ bao gồm kỹ thuật dịch vụ, tái sản xuất và đào tạo.

Khái niệm thiết kế thiết yếu cho bánh xe đường sắt vẫn không thay đổi trong suốt lịch sử đường sắt. Việc lắp ráp hai bánh xe đường sắt và một trục xe thường được gọi là một bánh xe đường trục, có thể quay và được hỗ trợ bởi các vòng bi được gọi là vòng bi trục hộp số. Chúng được đặt trong các hộp trục hoặc được hỗ trợ bởi các bộ điều hợp đặc biệt được kết nối trực tiếp hoặc qua lò xo với thiết bị đang chạy, trong hầu hết các trường hợp được thiết kế dưới dạng bogie. Một hộp số là một trong những hệ thống con quan trọng về an toàn trong các phương tiện đường sắt.

Thông qua ứng dụng của bộ lạc, nghiên cứu về ma sát, bôi trơn và mài mòn, các kỹ sư và nhà khoa học đã học được nhiều về sự tương tác của các bề mặt trong chuyển động tương đối. Ví dụ về bộ lạc ứng dụng có thể được tìm thấy trong giao thông vận tải. Đối với đường sắt, sự khởi đầu khiêm tốn của thiết kế bánh xe và hộp trục đã phát triển thông qua vòng bi trục chống ma sát sớm cho đến sự phát triển mới nhất của các gối đỡ rất phức tạp và các gói giải pháp phức tạp bao gồm vòng bi, bạc đạn, phớt, bôi trơn, cơ điện tử (ví dụ: cảm biến để phát hiện các thông số vận hành) và một loạt các dịch vụ.

Đường sắt đầu tiên
Một trong những ví dụ tiết kiệm năng lượng ban đầu là đường sắt ngựa Linz, Áo – Budweis, Cộng hòa Séc, chủ yếu được xây dựng để vận chuyển muối, sau đó rất tốn kém. Tuyến đường dài 130 km được mở vào năm 1832. Vào thời điểm đó, đây là tuyến đường sắt dài nhất thế giới. Hình. 1 cho thấy một hệ thống đường sắt có thể mang tải trọng gấp 8 đến 10 lần vận chuyển đường bộ.

Vòng bi hộp số
Một số bằng sáng chế ban đầu tồn tại nhưng không có bằng chứng cho thấy tất cả chúng đều được áp dụng. Xe ô tô chở khách ba trục, ra mắt vào năm 1903, là một trong những ứng dụng mang trục chống ma sát được chứng minh bằng văn bản đầu tiên. Những chiếc xe được trang bị hộp trục, mỗi chiếc được kết hợp hai vòng bi rãnh sâu (hình 2a). Nỗ lực kéo cho một bộ hai xe với tổng trọng lượng 33,15 tấn là 4,4 kN với vòng bi trượt và chỉ 0,62 kN với vòng bi, giảm 86% (hình 2b). Vòng bi và hộp trục được sản xuất bởi Deutsche Waffen- und Munitionsfabriken AG (DWF) tại Berlin, Đức. Công ty này sau đó đã trở thành một phần của Vereinigte Kugellagerfabriken (VKF), sau đó được SKF mua lại.

Một thử nghiệm tiếp theo đã được thực hiện vào năm 1905 tại Hoa Kỳ bởi Giáo sư Graham của Đại học Syracuse ở New York. Ông đã tiến hành nghiên cứu về mức tiêu thụ năng lượng dưới dạng thử nghiệm trường so sánh hai xe điện, chiếc đầu tiên được trang bị vòng bi trượt và chiếc thứ hai có vòng bi lăn (hình 3a). Tiêu thụ năng lượng trên tuyến đường cho xe điện sử dụng vòng bi trượt là 6,45 kWh; so với 3,10 kWh cho xe điện có vòng bi lăn – tiết kiệm năng lượng 52% (hình 3b). Vào năm 1907, Hợp tác xã vận chuyển nhanh của Syracuse đã nói với Công ty vòng bi tiêu chuẩn (SRB) ở Philadelphia rằng sau 4,5 năm hoạt động và khoảng 400.000 km, vòng bi lăn không bị mòn. Tiết kiệm hàng năm trong than để tạo ra năng lượng điện cần thiết là 260 đô la Mỹ mỗi năm cho mỗi chiếc xe, tương đương với 390 g vàng. Công ty Vòng bi Tiêu chuẩn sau đó trở thành một phần của Tập đoàn Marlin Rockwell (MRC). SKF mua lại MRC vào năm 1986.

Đáp ứng nhu cầu về tốc độ
Tốc độ là bản chất của đường sắt kể từ khi đầu máy hơi nước đầu tiên xuất hiện vào năm 1804. SKF vẫn đi đầu trong thiết kế tàu cao tốc, cung cấp một số thành phần quan trọng nhất về an toàn của phương tiện đường sắt – cụm lắp ráp trục bánh xe, bao gồm vòng bi  SKF bánh xe hoặc đơn vị mang, vỏ trục và cảm biến tích hợp. SKF luôn tích cực trong việc phát triển các giải pháp để đáp ứng các yêu cầu đầy thách thức của các nhà xây dựng và vận hành tàu cao tốc, để phát triển, thiết kế và thử nghiệm vòng bi bánh xe (hình 4a và 4b). Vào những năm 1930, các chuyến tàu ở Châu Âu và Bắc Mỹ đã đạt tốc độ di chuyển 130 km / giờ, với tốc độ tối đa 160 km / giờ. Ngày nay, vận tải đường sắt tốc độ cao được xác định theo một số tiêu chuẩn châu Âu là phương tiện có tốc độ tối đa hơn 200 km / h.

Tiết kiệm dầu nhờn
Ngoài khả năng tiết kiệm năng lượng, có thể đạt được những đóng góp hơn nữa cho môi trường bằng cách giảm lượng tiêu thụ dầu nhờn. Chất bôi trơn vòng bi như dầu mỡ phải được tinh chế từ dầu khoáng. Trong quá trình bảo trì, sau nhiều năm phục vụ, chất bôi trơn đã sử dụng phải được thu gom trong quá trình tháo dỡ hộp số và được xử lý đặc biệt như xử lý chất thải, giống như các sản phẩm chứa dầu khoáng đã qua sử dụng khác. Rõ ràng là một lượng dầu nhờn giảm thiểu là một đóng góp tích cực cho môi trường.

Vào đầu của vòng bi trượt dầu bôi trơn vận chuyển đường sắt đã được sử dụng. Lượng dầu ban đầu được đổ vào trong hộp trục của một chiếc xe chở hàng thông thường là 1,3 kg, trong đó 500 g được sử dụng cho dầu bôi trơn và 800 g cho bể chứa dầu. Mức dầu phải được kiểm tra thường xuyên vì mất dầu liên tục trong quá trình vận hành làm ô nhiễm nặng nề các tuyến đường sắt và môi trường. Tiêu thụ dầu là khoảng 200 g trên 1.000 km.

Một bước tiến lớn là sự ra đời của vòng bi, bạc đạn SKF tự bôi trơn bằng mỡ. Việc đổ đầy dầu mỡ được áp dụng trong quy trình lắp đặt và đối với hầu hết các ứng dụng, không cần phải đặt lại thêm nữa. Vào những năm 1930, lượng mỡ của một chiếc xe trục chở hàng thông thường được trang bị vòng bi trụ là khoảng 1,7 kg. Nhiều cuộc điều tra đã được thực hiện trong nhiều thập kỷ gần đây và xác nhận rằng số lượng có thể giảm đáng kể mà không gặp rủi ro trong điều kiện bôi trơn. Khoảng năm 1950, lượng dầu mỡ đã giảm xuống còn 1,2 kg. Sau đó, nó đã giảm xuống còn 1 kg và sau đó đến mức hiện tại – 700 g để bôi trơn vòng bi trụ mở. Một bước quan trọng nữa trong việc giảm tiêu thụ dầu mỡ là sự ra đời của bộ phận trục lăn hình trụ được bôi trơn và được bôi trơn trước (CRU) trong đó chỉ cần 200 đến 300 g mỡ. Số lượng dầu mỡ giảm dẫn đến nhiệt độ hoạt động thấp hơn. Điều này dẫn đến tuổi thọ và dầu mỡ lâu hơn.

 

 

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

error: Content is protected !!