คุณเคยสงสัยหรือไม่ ในระบบทางรถไฟกับรถไฟที่วิ่งอยูบนราง ควรออกแบบล้อหรือรางแข็งกว่ากัน หรือเท่ากัน
ดูรูปด้านล่าง [1] ประกอบนะครับ
เมื่อช่วงเดือนพฤษภาหน้าร้อนที่ผ่านมา ผู้เขียนและทีมงานได้เดินทางไปสำรวจความเสียหายของรางรถไฟสายเหนือที่ จ.ลำปาง จ.ลำพูน และ จ.แพร่ ในระหว่างที่เดินสำรวจอยู่นั้นก็พอดีกับรถไฟวิ่งผ่านมาและจอดรับผู้โดยสารพอดี จึงได้ยินเสียงเสียดสีของล้อกับรางชัดเจน ซึ่งการเสียดสีกันของโลหะสองชนิดย่อมทำให้เกิดการสึกหรอ และในระหว่างที่เดินสำรวจรางก็สังเกตเห็นร่องรอยสึกหรอของรางอย่างชัดเจน ก็เลยเป็นที่มาของหัวข้อในวันนี้ที่ว่า… รางควรนิ่มหรือแข็งกว่าหรือล้อ?
การค้นคว้าข้อมูลจากบทความทางวิชาการเพื่อตรวจสอบว่าโดยหลักการจริงๆ รางหรือล้อควรแข็งกว่ากัน พบว่ามีนักวิจัยจากอังกฤษร่วมกับจีน [2] ได้ศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างการสึกหรอในระบบล้อ/ราง กับอัตราส่วนความแข็งของรางกับล้อ และสรุปไว้ว่า (ดูรูปประกอบ)
• ในกรณีที่รางนิ่มกว่าล้อ การสึกหรอของรางลดลงตามความแข็งของรางที่เพิ่มขึ้น ในขณะที่การสึกหรอของล้อจะเพิ่มขึ้น
• ในกรณีที่รางแข็งกว่าล้อ การสึกหรอของรางจะลดลงตามความแข็งของรางที่เพิ่มขึ้น แต่การสึกหรอของล้อยังคงที่
• อย่างไรก็ตาม เมื่อดูภาพรวมจะพบว่า เมื่อรางแข็งกว่าล้อจะทำให้การสึกหรอของระบบโดยรวมลดลง
เราก็ทราบกันดีอยู่ว่าในความเป็นจริงแล้วไม่มีหรอกที่รางๆ หนึ่งจะใช้ได้หรือเหมาะกับทุกสถานการณ์ ดังนั้นความรู้เกี่ยวกับสภาพการใช้งาน การจราจร และกลไกการเสื่อมสภาพของรางก่อนหน้านี้ มีความสำคัญอย่างยิ่งหากเราต้องการปรับเปลี่ยนโปรไฟล์/เกรดรางให้เหมาะสม และมีอีกหลายปัจจัยที่ต้องพิจารณา
แม้ว่าอุตสาหกรรมระบบรางทั่วโลกจะมีการเปลี่ยนแปลงไปสู่การใช้รางที่แข็งขึ้นก็ตาม แต่ก็ไม่ควรไปสรุปว่ารางที่แข็งกว่านั้นจะดีกว่าสำหรับทุกๆ การใช้งาน เพราะเราควรทำความเข้าใจระหว่างความแข็งและความต้านทานการสึกหรอของรางให้ดีก่อน
โดยทั่วไปเราจะเข้าใจว่ารางที่แข็งกว่ามักจะทนทานต่อการสึกหรอมากกว่า ยิ่งไปกว่านั้นบางคนกลับคิดว่าไม่ว่าจะล้อหรือรางแข็งกว่าก็ใช้ทั้งนั้นแหละ ซึ่งในความเป็นจริงเราจะทำแบบนั้นไม่ได้ เหมือนอย่างเราคิดว่ารถยนต์ที่มีราคาแพงกว่านั้นจะให้สะดวกสบายมากกว่า แต่ในความเป็นจริงรถยนต์ที่มีราคาแพงกว่านั้นไม่ได้สะดวกสบายกว่ารถยนต์ที่ราคาถูกกว่าเสมอไป เช่น รถยนต์ที่แพงที่สุดบางรุ่นนั้นมันเป็นรถแข่ง และไม่ใช่ว่าจะขับขี่ง่ายเสียที่ไหน ที่แน่นอนไปกว่านั้น คือ รถจะแพงแค่ไหนถ้ามาขับขี่ในเมืองกรุงก็ติดเหมือนกันครับ
กลับมาที่เรื่องของรางแข็งกับรางนิ่ม (Hard and Soft Rails) กันต่อครับ หากโดยทั่วไปแล้วรางที่แข็งกว่าจะมีความต้านทานต่อการสึกหรอมากกว่า แล้วทำไมยังมีบางรายอยากใช้รางที่นิ่มกว่า?
เราอย่าลืมไปว่าการสึกหรอของรางเป็นเพียงหนึ่งในกลไกการเสื่อมสภาพของรางเท่านั้น ยังมีอีกหลายๆ กลไกที่ทำให้รางเสื่อมสภาพ อย่างไรก็ตาม จากงานวิจัยหลาย ๆ งานมักกล่าวว่าการเสื่อมสภาพของรางนั้นหลักๆ เกิดจากกลไกการสึกหรอ (Wear) และการล้าจากการกลิ้งสัมผัส (Rolling Contact Fatigue; RCF)
การสึกหรอของรางนั้นพื้นหน้าสัมผัสของรางจะสึกออกไปตามทิศทางการวิ่ง/การจราจร และจำเป็นต้องเปลี่ยนรางใหม่เมื่อวัสดุรางสึกหรอมากเกินพิกัดที่กำหนด
การล้าจากการกลิ้งสัมผัส (RCF) มีความสำคัญอย่างมากในการกำหนดอายุการใช้งานของรางและการกำหนดข้อปฏิบัติในการบำรุงรักษา โดยพื้นฐานแล้วผิวหน้ารางที่สัมผัสกับล้ออาจเกิดรอยแตกใต้ผิวหรือที่ผิวราง ซึ่งจะสามารถขยายตัวออกไปได้ตามทิศทางการวิ่งของรถไฟและตามปริมาณการจราจรที่มากขึ้น หากปล่อยไว้ รอยร้าวเหล่านี้อาจทำให้เกิดอันตรายจากความไม่สมบูรณ์ของรางได้และส่งผลร้ายแรงตามมา
ในความเป็นจริง การเสื่อมสภาพทั้งสองประเภทนี้มักจะเกิดขึ้นในรางพร้อมๆ กัน และสภาพการจราจรรวมทั้งเกรดของรางจะเป็นตัวกำหนดว่ามีการเสื่อมสภาพด้วยกลไกใด เนื่องจากทั้งสองกลไกจะร่วมกันส่งเสริมและเร่งให้รางเสื่อมสภาพได้เป็นอย่างดี
ประเด็นจึงอยู่ที่อัตราการเกิดของสองกลไกนี้ว่าอะไรจะเด่นกว่า ดังนี้
หากอัตราการสึกหรอเร็วกว่า RCF เราจะสังเกตเห็นการสึกหรอของรางเท่านั้น เนื่องจากการสึกหรอจะเร็วกว่าไม่ปล่อยรอยแตก RCF เติบโตออกไปได้
หากอัตราการสึกหรอต่ำกว่าการเกิด RCF ก็จะทำให้อัตราการเกิดรอยแตก RCF เติบโตเร็วกว่าพื้นผิวที่สึกหรอ ดังนั้น จึงมองเห็นรอยแตกบนพื้นผิวของรางได้
เงื่อนไขทั้งสองนี้จำเป็นต้องมีการตรวจสอบและทำการซ่อมบำรุง แต่โดยปกติแล้วถ้ารางที่สึกหรออย่างรุนแรงมีวิธีแก้ไขคือการเปลี่ยนรางใหม่ ในขณะที่ถ้าตรวจพบ RCF ก็อาจควบคุมได้โดยการเจียรราง
ถ้าไม่สามารถเจียรรางหรือยากที่จะทำได้ หรือพบว่าการเปลี่ยนรางคุ้มค่ากว่า ทำให้การเลือกรางที่นิ่มกว่าอาจเป็นวิธีแก้ปัญหาที่คุ้มค่าที่สุดในกรณีนี้ อย่างไรก็ตาม เราอาจเห็นว่าหลายอุตสาหกรรมก็หันไปใช้รางที่ทนทานต่อการสึกหรอมากขึ้น เพราะเมื่อตรวจพบ RCF แล้วก็สามารถทำการเจียรออกได้เนื่องจากเขามีเครื่อง/รถเจียรผิวราง
ในขณะเดียวกันแอดก็ได้สอบถามท่านผู้รู้ในแวดวงรถไฟ ท่านให้คำตอบมาว่า
“โดยหลักการแล้ว การออกแบบเครื่องจักรหรือระบบเพื่อให้งานบำรุงรักษาเครื่องจักรสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่อง เราจะออกแบบให้เปลี่ยนสิ่งของที่เปลี่ยนง่ายไม่ยุ่งยาก ราคาถูกก่อน เพื่อให้ทำงานเดินต่อไปได้
ดังนั้น ในระบบรางจะออกแบบให้ ล้ออ่อนกว่าราง และล้อซ่อมบำรุงง่ายกว่าราง เพราะถ้าล้อแข็งกว่ารางตลอดเส้นทางต้องไล่ซ่อมบำรุงเสียค่าใช้จ่ายสูง ต้องปิดเส้นทางเพื่อซ่อมบำรุง แต่ถ้าเปลี่ยนล้อ แค่เอาล้อเลื่อนเข้า depot ซึ่งใช้เวลาน้อย ราคาถูก ไม่กระทบระบบการเดินรถ”
แฟนเพจมีความคิดเห็นประการใด แลกเปลี่ยนกันได้นะครับ
เอกสารอ้างอิง
[1] https://www.onrsr.com.au/safety-essentials/safety-messages/safety-message-short-warning-times-wheel-rail-interface-issues
[2] DOI: 10.4203/ccp.110.151
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น