روند توسعه بوژی و چرخ و محور
همکاران زیمنس موبیلیتی اتریش، کورت استرومر، توماس موشامر و مارتین روزنبرگر توضیح می‌دهند که چگونه طراحی و توسعه بوژی و چرخ و محور در ۲۰ سال گذشته تغییر کرده‌است. با تمرکز بر برخی از مهمترین مسائل مربوط به روند توسعه بوژی از جمله ایمنی، صدا، سایش و کاهش وزن، و چشم‌اندازی بر چالش‌ها و فرصت‌های بهبود بیشتر این مؤلفه‌ها در سال‌های آینده را ارائه می‌دهند.
بوژی‌های زیمنس موبیلیتی
واحد بوژی زیمنس در گراتس اتریش بخشی از MoComp است، خانواده قطعات ریلی و مرکز بین‌المللی تایید برای بوژی‌ها در زیمنس، به این معنی که تمام پیشرفت‌های بوژی (برای پروژه‌های اروپایی و بین‌المللی) در گراتس تکمیل شده و کلیه فعالیت‌های بوژی در واحدهای تولید ماهواره توسط گراتس مدیریت می‌شود.
اگرچه طراحی محصول، که عمدتا بر اساس نیازهای مشتری برای پارامترهای کلیدی است، تغییرات و پیشرفت‌های متعددی وجود دارد که تأثیر زیادی بر طراحی بوژی‌ها و چرخ‌های مدرن گذاشته‌است.
روش‌های نوین ساخت
علاوه بر افزایش الزامات مربوط به دقت در طراحی استحکام در چند سال اخیر، چالش‌ها از نظر میزان اتوماسیون در تولید نیز افزایش یافته‌است. در حال حاضر در مرحله توسعه اولیه، این موضوع که آیا فریم‌ها را می‌توان روی خطوط رباتیک بسیار خودکار جوش داد، مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد. برای این منظور، بررسی‌های مربوط به دسترسی به درزهای جوشکاری باید در مرحله توسعه اولیه انجام شود. این مبنایی برای تولید فریم بوژی به طور کارآمد با بالاترین کیفیت است.
مواد جدید برای فریم بوژی
از آنجایی که کاهش وزن یکی از مهمترین الزامات یک بوژی مدرن است، مواد جدید برای فریم بوژی در سال‌های گذشته مورد بررسی قرار گرفته‌است. برخی از رقبا چندین طرح ساخته‌شده از پلاستیک‌های تقویت‌شده با فیبر کربن (CFRP) را برای کاربردهای مختلف ارائه کردند. در زیمنس، استراتژی ساخت قاب‌های بوژی سبک وزن با فولاد با کشش بالا است (شکل ۱ را ببینید). صرفه‌جویی در وزن، هم برای CFRP و هم برای فولاد با کشش بالا در محدوده ۴۰ تا ۵۰ درصد است.
شکل ۱
روش‌های شبیهسازی محاسباتی و طراحی
فرآیند محاسبه استحکام خستگی در شکل ۲ نشان داده شده‌است.
طراحی سبک با پشتیبانی از روش‌های جدید ارزیابی خستگی، روش‌های فرضی بار پیشرفته، مدل‌های دقیق‌تر FEA و روش‌های پیشرفته ارزیابی خستگی، در حالیکه همزمان اجازه می‌دهد که استحکام در اولویت باقی بماند، ساختارهای سبک وزن را ممکن می‌سازد.
دقت مدل‌سازی FEA در اینجا در طول سال‌ها افزایش یافته‌است. امروزه یک مدل المان محدود تقریبا از ۷۰۰ هزار تا یک میلیون و ۴۰۰ هزار عنصر تشکیل شده‌است. در شبیهسازی سیستم چند بدنه‌ای، لازم است که اجسام الاستیک مانند اجزای ساختاری در نظر گرفته شود تا بتوان رفتار صحیح عملیات را به تصویر کشید.
در مجموع، طراحی سبک وزن استراتژیک از جنبه‌های مختلف از جمله بهره‌وری انرژی، استفاده بهینه از منابع و کاهش هزینه‌های دسترسی به مسیر بسیار مهم شده‌است.
شبیهسازی دینامیک
برای توسعه بوژی روش شبیهسازی سیستم چند بدنه (شبیهسازی MBS) برای شبیهسازی دینامیک وسایل نقلیه به‌منظور ارزیابی و برآوردن الزامات با توجه به ایمنی در برابر خروج از ریل و حرکت برای بیش از ۳۰ سال استفاده می‌شود. با این حال، به دلیل توسعه مدل‌ها و ماژول‌های فرعی دقیق‌تر برای اجزای مختلف مانند قطعات فلزی لاستیکی، یا فرآیندهای پیشرفته برای ترکیب ساختارهای الاستیک در شبیه‌سازی‌های MBS، نه تنها کیفیت پیش‌بینی افزایش یافته، بلکه فضای کاربردی نیز برای ارزیابی بارگذاری همچنین برای راحتی سفر و صدا افزایش یافته‌است. این امر به این دلیل ممکن شد که در ۲۰ سال گذشته تلاش‌های زیادی برای نزدیک‌تر کردن شبیهسازی و آزمایش قطعات، زیرسیستم‌ها و وسایل نقلیه صورت گرفته‌است.
” بخوانید: آنالیز مشخصات واریانت‌های بوژی Y25 واگن باری با شبیهسازی کامپیوتری “
امروزه مدل‌های شبیهسازی، بالاترین الزامات را در رابطه با اعتبارسنجی برآورده می‌کنند، به طوری که از قبل برای یکسان‌سازی مجازی پارامترهای حیاتی ایمنی مانند ایمنی خروج از ریل و حرکتی استفاده می‌شوند.
از زمان آغاز حمل و نقل ریلی، فرسودگی چرخ و ریل موجب هزینه بسیار زیادی در سیستم است. مدل‌های شبیهسازی MBS با وفاداری بالا، همراه با داده‌های عملیاتی میدانی پدیده‌های سایش و شکستگی، منجر به توسعه مدل‌های سایش و زوال دقیق‌تر چرخ و ریل شد. این رویکردها در حال حاضر برای بهینه‌سازی پروفیل چرخ و به طور کلی رابط چرخ و ریل، به عنوان مثال، با استفاده از سیستم مدیریت اصطکاک هوشمند استفاده می‌شود. در نتیجه، قابلیت اطمینان و در دسترس‌بودن می‌تواند با کاهش هزینه‌های چرخه عمر سیستم ریلی همراه باشد.
شکل ۲
تغییرات استانداردها
چرخ و محور
در توسعه چرخ‌ها، محورها و یاتاقان‌ها، استانداردسازی تاثیر زیادی بر طراحی محصول دارد، زیرا این اجزا بیشترین تاثیر را بر روی ایمنی و هزینه‌های چرخه عمر در سیستم‌های ریل و چرخ دارند. مثلث ایمنی با طراحی، ساخت و نگهداری در سرویس عمیقا تنظیم شده‌است. در ادامه نمونه‌هایی از تغییرات استانداردها و رویه‌ها و تاثیر آن بر طراحی چرخ و محورها توضیح داده می‌شود.
استانداردهای مورد استفاده برای محورها با رویه‌ای جدید برای استفاده از مواد جدید به عنوان فولاد با استحکام بالا 34CrNoMo6 با در نظر گرفتن اثرات سایش تاییدات بیشتری دریافت کرده‌اند.
از آنجایی که تجربه از خدمات نقش عمدهای در اعتبارسنجی اجزای موجود بازی می‌کند، انتشار تحقیقات رخدادها امکان انتقال دانش از میدان به طرح‌های جدید را در ۲۰ سال گذشته بهبود بخشید.
استاندارد طراحی چرخ در روش‌های محاسبه برای استحکام و انتشار صدا، اکنون فرصتی برای بهینه‌سازی چرخ در مورد الزامات متناقض کاهش وزن و کاهش نویز می‌دهد. اگر طرح برای شبیهسازی مناسب نباشد، استاندارد مرحله دوم را بر اساس نتایج آزمایش استحکام و اندازه‌گیری نویز ارائه می‌دهد.
رفتار حرکتی
در زمینه رفتار حرکتی استانداردهایی مانند EN14363 به طور قابل‌توجهی گسترش یافته‌اند. بر اساس تلاش‌های گسترده‌ای که توسط اتحادیه اروپا تامین مالی می‌شود، روش‌ها و فرآیندهایی همراه با معیارهای ارزیابی ایجاد شدند که امکان ارزیابی اعتبار مدل را برای حوزه‌های کاربردی مختلف ارزیابی رفتار در حال اجرا فراهم می‌آورد. همراه با پیشرفت در کیفیت پیش‌بینی مدل‌های شبیهسازی MBS، استفاده از امکان همسان‌سازی مجازی در نتیجه‌ها افزایش می‌یابد. معیارهایی که امکان ارزیابی اعتبار مدل را برای حوزه‌های مختلف کاربردی فراهم می‌کند توسعه یافته‌اند.
ادغام فناوری‌های جدید
علاوه‌بر پیشرفت‌های مبتنی بر استانداردها، روش‌ها و فرآیندهای جدید، سیستم مکانیکی بوژی به طور اساسی با توسعه راه‌حل‌های تشخیصی الکترونیکی و نظارت جدید که در حال حاضر در چندین ناوگان وسایل نقلیه راه‌آهن برای بهینه‌سازی تعمیر و نگهداری بوژی و وسایل نقلیه راه‌آهن استفاده می‌شوند، گسترش یافته‌است. بر اساس حسگرهای روی بوژی و بدنه همراه با سیستم‌های رایانش مرزی و الگوریتم‌های هوشمند از رویکردهای پردازش سیگنال ساده تا ماشین لرنینگ و هوش مصنوعی، وضعیت‌های سلامت و اطلاعات طول عمر مفید باقی‌مانده اجزای بوژی و زیرسیستم بوژی ارائه می‌شود. سپس این اطلاعات در انبار نگهداری برای ایجاد فرآیندهای تعمیر و نگهداری مبتنی بر شرایط استفاده می‌شود، به طوری که هزینه‌های چرخه عمر را می‌توان کاهش داد و در دسترس‌بودن را افزایش داد.
خلاصه
طراحی و عملکرد بوژی‌ها در ۲۰ سال گذشته به دلیل چندین موضوع به طور چشمگیری تغییر کرده‌است. با این وجود، به ویژه استفاده تشدیدشده از روش‌های دیجیتال، بهبودهای بیشتر را در ۲۰ سال آینده تسهیل خواهد کرد.
منبع:
