آیا طراحی "بدنه بالابر" برای واگن قطار مفید است

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: 100 مایلی شمال لندن جاده آیلستون، لستر، لسترشر. LE2

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 3286

سپاس: 5494

جنسیت:

تماس:

آیا طراحی "بدنه بالابر" برای واگن قطار مفید است

پست توسط rohamavation »

ایده طراحی بدنه بالابر اینه که بدنه وسیله نقلیه را به گونه ای شکل دهیم که بالابر بدون بال ایجاد بشه.این می تونه یک روش کارآمد برای کاهش کشش و در عین حال بالا بردن باشه.
این معمولاً برای هواپیما یا فضاپیما انجام میشه
بلند کردن اجسام آیا یک روش مشابه می تونه به کارآمدتر کردن قطارها کمک کنه؟
قطارهای مسافری در حال حاضر ساده و آیرودینامیک به نظر میرسن مقاومت هوا تنها شکل مقاومتی نیستش که قطارها باید بر آن غلبه کنن ببینین. اونا باید بر مقاومت چرخ های خود در مسیر غلبه کنن. این جایی است که من فکر می کنم صرفه جویی در انرژی ناشی از طراحی بدنه بالابر از آنجا حاصل میشه. هرگونه بالابر اضافی ایجاد شده توسط طراحی بدنه بالابر باعث کاهش اصطکاک بین چرخ ها و ریل می شود و در نتیجه در مصرف انرژی صرفه جویی میشه
چرخ های قطار دارای فلنج هایی بر روی خود هستند خوب بنابراین برای هدایت نیازی به کشش ندارند. خودروها همچنین نیازی به کشش روی ریل ندارن زیرا چرخ‌های محرک فقط روی موتورها قرار دارن
آیا یک بدنه بالابر می تواند به اندازه کافی بالابر در سرعت های معمولی قطار ایجاد کنه تا تفاوت قابل توجهی ایجاد کنه؟
طراحی "بدنه بالابر" (Bogie) برای واگن قطار به وسیله‌ای که تعدادی از چرخ‌های واگن را همراه یکدیگر بلند کنه ممکنه در برخی شرایط مفید باشه. این طراحی برای بهبود عملکرد و ایمنی واگن‌های قطار مورد استفاده قرار می‌گیره خوب. مزایا و کاربردهای ممکن برای طراحی بدنه بالابر در واگن‌های قطار که به به فکرم رسیده اینحا اوردمشون شما میتونید بیارین
۱. افزایش ثبات:
بدنه بالابر با افزایش ارتفاع واگنه می‌تونه ثبات و پایداری واگن را افزایش بده به خصوص در شرایطی که واگن با سرعت بالا حرکت می‌کنه
۲. کاهش نیروی اصطکاک:
افزایش ارتفاع واگن می‌تواند باعث کاهش نیروی اصطکاک بین چرخ و ریل شود، که این موضوع می‌تواند به بهبود کارایی سیستم قطار منجر بشه
۳. کاهش لرزش و ترازبندی:
با افزایش ارتفاع واگن، امکان دارد که لرزش و نوسانات به دلیل ناهمواری‌های ریل کاهش یابد و ترازبندی افزایش و کاراتر بشه
من نمی گویم که نمی توان تفاوت محسوسی ایجاد کنیم. اما من می توانم بگویم که بسیار بعیده
نیروهای بالابر و کش روی هر جسمی معمولاً به سرعت جسم بستگی دارد (v، چگالی سیال (ρ، مساحت جسم (A) و یک ضریب بی بعد (CL یا سی $C_D$
). منطقه قابل اجرا می تواند از نظر اینکه در مورد ناحیه جلویی صحبت می کنم یا ناحیه پلان شکل کمی مبهم باشه اما برای یک قطار این منطقه اساساً منطقه ای درسطحه است که در جهت حرکت عادی است (با توجه به اینکه بیشتر واگن های قطار به سادگی در پی لوکوموتیو هستند). ضرایب میتونن کمی با سرعت به دلیل تلاطم تغییر کنه اما به طور کلی بین 0 و 2 خواهد بود. شکل تابعی اون هم
$F_L = 1/2\rho A C_L v^2$تخمین خام یک قطار باری به عنوان 4 متر
بلند و پهن، با سرعت 16 متر بر ثانیه حرکت می کنه
(57 کیلومتر در ساعت). این به ما می دهد که ارتفاع بالابر حدود 2500 نیوتنتر هستش
برای کل قطار (برای بلند کردن یک ماشین معمولی کافی نیست). این محاسبه قرار نیست بسیار دقیق باشه اما حتی اگر با ضریب 10 کاهش یابه در مقایسه با وزن کلی وسیله نقلیه، وزنه بالابر حداقل هستش با توجه بهش ممکنه مزایای اضافه کردن عناصر آیرودینامیکی اضافی را در نظر بگیرم. در اینجا شما وارد یک معاوضه بین تولید بالابر (برای کاهش نیروی رو به پایین روی چرخ ها) و ایجاد نیروی کشش می شوید. در حالی که نسبت بالابر به درگ می تواند بالا باشد (~50 در موارد خوب) مقاومت غلتشی چرخ های قطار در واقع بسیار کمه $C_{rr} \sim 0.00035$). بنابراین اگرچه بالابر تلفات ناشی از اصطکاک را کاهش می دهد، اما تلفات ناشی از کشش بیشتر را افزایش میده
بنابراین کاهش درگ خوبه اما ارائه بالابر احتمالاً ارزشش را نداره. در واقع، کاهش پسا به قیمت اضافه کردن مقداری وزن می‌تواند مفید باشه زیرا چرخ‌ها در تحمل بار موثر بسیار خوب هستند.
آخرین ویرایش توسط rohamavation سه‌شنبه ۱۴۰۳/۱/۱۴ - ۱۷:۳۵, ویرایش شده کلا 2 بار
تصویر

نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: 100 مایلی شمال لندن جاده آیلستون، لستر، لسترشر. LE2

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 3286

سپاس: 5494

جنسیت:

تماس:

Re: آیا طراحی "بدنه بالابر" برای واگن قطار مفید است

پست توسط rohamavation »

ایده دارم! بدنه بالابر برای قطارا، مثله طراحی‌هایی که برای هواپیما و فضاپیماها استفاده میشه فکر کردی؟ بله درست متوجه شدی، مطالعات نشون داده که این روش میتونه خیلی کارآمد باشه، به طوری که مقاومت هوایی رو کم میکنه و بهره‌وری رو بالا میبره.
قطارهای مسافری که الان داریم، خیلی ساده و آیرودینامیک نیستن. مقاومت هوا فقط یک موضوع نیست که قطارها باید باهاش روبرو بشن، باید با مقاومت چرخ‌ها هم مبارزه کنن. خب من فکر میکنم اینجاست که این طراحی بالابر میتونه کمک کنه. هر بدنه بالابر اضافی که اضافه بشه میتونه کشش بین چرخ‌ها و ریل رو کم کنه و در نتیجه مصرف انرژی رو هم صرفه‌جویی کنه.
چرخ‌های قطارها فلنج دارن به این معنی که برای راهنمایی نیازی به کشش ندارن. و خود قطارها هم نیازی به کشش روی ریل ندارن، چون چرخ‌های حرکتی فقط روی موتورها هستن.
بازم مطمئن نیستم که یه بدنه بالابر میتونه ارتفاع کافی بده که توی سرعت‌های معمولی قطار تفاوت قابل توجهی داشته باشه. ولی فکر میکنم برای شرایط خاصی، مثله قطارهای سریع، میتونه مفید باشه.
این طراحی بالابر برای واگن قطار به شکلیه که چندین چرخ واگن رو باهم بلند کنه، ممکنه توی بعضی مواقع خیلی مفید باشه. مثلاً بهترین کاربردش برای بهبود پایداری و ایمنی واگن‌هاست.
خب به طور کلی این موضوع میتونه برای قطارها مزایایی داشته باشه، ولی البته باید توجه کنیم که هزینه‌ها و نیازهای فنی برای اجرای این طراحی مهمه. هر پروژه‌ای باید با دقت و با توجه به نیازها و امکانات موجود بررسی بشه تا تصمیم درستی گرفته بشه.
حالا دقت کن من نگفتم که تفاوت قابل توجهی ایجاد میکنه. ولی میگم این امکان وجود داره ولی خیلی کم احتماله.
برای قطارها، نیروهای بالابر و کش به سرعت قطار بستگی داره، چون توی محیط هواپیما، منطقه مقاومتی ممکنه کمی مبهم باشه، ولی برای قطار، این منطقه اساساً منطقه حرکته. میتونه شکل تابعی داشته باشه ولی بین 0 و 2 متغیره.
محاسبهٔ خام برای یه قطار باری با سرعت 16 متر بر ثانیه (که حدوداً ۵۷ کیلومتر در ساعته) میگه که بالابر باید حدود ۲۵۰۰ نیوتن توانا بشه (البته این محاسبه دقیق نیست، ولی حتی اگه با یه ضریب ۱۰ کاهش بدیم همچنان بالابر وزن کمی داره).
پس اضافه کردن بدنه بالابر میتونه در موارد خاصی مفید باشه ولی احتمالاً ارزشش رو نداره. اگه بخوایم بهبود بدیم، شاید بهتر باشه به راهکارهای دیگه فکر کنیم مثله بهینه‌سازی مواد بهبود تکنولوژی‌ها و استفاده از منابع انرژی پاک.
تصویر

ارسال پست