جواد علیزاده کاکلر - استادیار گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه
بهروز عرب - استادیار گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال

چرخ فولادی در سامانه ریلی، تا چند صد میلیون دور غلتش و تماس شدید با ریل را تجربه می کند. در اثر این تماس ها، چرخ دچار آسیب هایی می شود که مهمترین آنها سایش و خستگی تماس غلتشی است. در این نوع خستگی، علاوه بر ترک های سطحی (که متاثر از سایش اند)، به دلیل بیشینه بودن تنش برشی در زیر سطح تماس چرخ، ترک های زیرسطحی نیز ایجاد می شوند. با توجه به تنوع واگن های مسافری مورد استفاده در سامانه ریلی ایران و محدودیت های نگهداری و تعمیرات آنها، یک چرخ و محور ممکن است در طول عمر خود روی چند نوع واگن با وزن متفاوت مورد استفاده قرار بگیرد. به عبارت دیگر، بار محوری تحمل شده توسط چرخ و محور در طول عمر کاری خود می تواند متغیر باشد. در پژوهش حاضر، ابتدا غلتش و تماس چرخ مونوبلوک R7T مورد استفاده در سامانه ریلی ایران با ریل به صورت حرکت بازغلتشی خالص هرتز روی سطح فضای نیمه بی نهایت سه بعدی معادل سازی شده است. قطر چرخ 920 میلیمتر وپروفیل سطح آن از نوع s1002 انتخاب شده که در مسیر مستقیم روی ریل UIC60 در حرکت است. در ادامه، میدان تنش سه بعدی زیرسطحی حین عبور بار غلتشی خالص به صورت تحلیلی مورد محاسبه و استخراج قرار گرفته است. با استفاده از میدان تنش محاسبه شده، عمر خستگی چرخ فولادی به ازای بارهای محوری مختلف محاسبه شده است. در تعیین عمر خستگی از ترکیب مدل خستگی چند محوره تنش برشی اوکتاهدرال با رابطه عمر باسکوین استفاده شده است. نهایتا با استفاده از توزیع احتمال تجمعی وایبول، درصد واماندگی چرخ به ازای عمرهای مختلف و نیز قابلیت اطمینان عمر خستگی مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای بازه بار محوری سامانه ریلی مسافری ایران، عمر خستگی چرخ با قابلیت اطمینان 90 و 95 درصد به ترتیب 220 و 162 هزار کیلومتر تعیین گردید.

چرخ فولادی، تخمین عمر، خستگی چند محوره، قابلیت اطمینان