چگونه روغن نامناسب، فاصله ترمزگیری قطار شهری را تغییر می‌دهد؟

چگونه روغن نامناسب، فاصله‌ٔ ترمزگیری قطار شهری را تغییر می‌دهد؟

پرسش کلیدی این است: آیا یک روغن و گریس «نامناسب» می‌تواند فاصله‌ٔ ترمزگیری قطار شهری را طولانی‌تر کند؟ پاسخ کوتاه «بله» است. در قطارهای شهری و مترو، چسبندگی تماس چرخ–ریل، حلقهٔ حیاتی انتقال نیروهای ترمز است. هر چیزی که ضریب اصطکاک مؤثر را پایین بیاورد، از باران و برگ گرفته تا آلودگی روغنی ناشی از روانکاری اشتباه، می‌تواند سامانهٔ ترمز را از حالت «سیستم‌محدود» به «چسبندگی‌محدود» تغییر دهد. نتیجه، فعال‌شدن مکرر سامانهٔ حفاظت از لغزش چرخ (WSP شبیه ABS)، افزایش مسافت توقف و حتی ایجاد فلت روی چرخ‌ها است.

در نقش یک تامین‌کنندهٔ تخصصی روانکار، ما در موتورازین بارها دیده‌ایم که انتخاب اشتباه ویسکوزیته، افزودنی یا روش اعمال گریس فلنج و مواد کنترل اصطکاک روی تاج ریل (TOR-FM)، چگونه با حرکت به سمت تاج ریل، ضریب اصطکاک را به محدودهٔ خطرناک 0.03–0.07 می‌کشاند. این مقاله، نوشتهٔ سارا مرادی، تلاش می‌کند تصویر فنی و عملی دقیقی از این زنجیرهٔ علت‌–معلولی ارائه کند و راه‌های کنترل آن را پیش پای مدیران و مهندسان ناوگان‌های متروی ایران بگذارد.

«هر میلی‌ثانیه لغزش کنترل‌نشده روی ریل لغزنده، مترها به فاصله‌ٔ ترمزگیری شما اضافه می‌کند.»

فیزیک اصطکاک در تماس چرخ–ریل و نقش روانکاری هدفمند

تماس چرخ فولادی با ریل فولادی، ناحیه‌ای بسیار کوچک با تنش‌های بالا و پدیدهٔ «سرخزش» است. در حالت خشک و تمیز، ضریب اصطکاک مؤثر (adhesion) معمولاً در بازهٔ 0.2 تا 0.35 قرار دارد و سامانهٔ ترمز می‌تواند به شتاب منفی طراحی‌شده (مثلاً 1.1–1.3 m/s² در حالت اضطراری) برسد. اما وقتی تاج ریل پوشیده از رطوبت، فیلم آلی یا ذرات برگ شود، adhesion به 0.05 یا حتی کمتر سقوط می‌کند؛ در این شرایط، محدودکنندهٔ اصلی دیگر توان ترمز نیست، بلکه چسبندگی سطحی است.

روانکاری در راه‌آهن دو قلمرو دارد: ۱) گریس فلنج چرخ برای کاهش سایش در قوس‌ها و تماس فلنج–جانبی ریل؛ ۲) مواد کنترل اصطکاک روی تاج ریل (Top-of-Rail Friction Modifiers) برای تنظیم ضریب اصطکاک به بازهٔ «کنترل‌شده» و پایدار، نه لزوماً پایین. اشتباه رایج این است که هر دو را «لغزاننده» بدانیم؛ در عمل، TOR-FM باید اصطکاک را در محدوده‌ای قابل پیش‌بینی نگه دارد تا هم سایش کم شود و هم چسبندگی کافی برای ترمز فراهم بماند.

کلید طراحی، «پایداری μ» است: یعنی μ بسیار پایین (مثلاً 0.03–0.07) یا بسیار متغیر، WSP را درگیر می‌کند، طول stopping را افزایش می‌دهد و ریسک عبور از علامت توقف در ایستگاه را بالا می‌برد. بنابراین فرمول درست، «روانکاری هدفمند و محدودشده» است، نه «لغزنده‌کردن گستردهٔ مسیر».

کجاها اشتباه می‌کنیم؟ ویسکوزیته، افزودنی و روش اعمال

سناریو ۱: ویسکوزیتهٔ نامناسب و مهاجرت به تاج ریل

گریس فلنج با پایه‌روغن بسیار سبک، یا رقیق‌شدن گریس به‌دلیل دمای محیط بالا، می‌تواند زیر فشار تماس و نیروی گریز از مرکز به تاج ریل مهاجرت کند. نتیجه، تشکیل فیلم نازک روغنی روی تاج ریل و سقوط μ به حوالی 0.03–0.06 است. در تهرانِ گرم تابستان یا اهواز، اگر سیستم wayside برای اقلیم گرم کالیبره نشود، همین اتفاق رخ می‌دهد.

سناریو ۲: افزودنی‌های نامتوازن

کاربرد بی‌رویهٔ افزودنی‌های EP، روغن‌های بسیار قطبی یا tackifier زیاد، چسبندگی فیلم را بالا می‌برد و «حمل» ماده از فلنج به تاج را تسهیل می‌کند. در TOR-FM ها نیز اگر فرمول به‌جای «کنترل اصطکاک»، آن را بیش از حد کاهش دهد، μ افت می‌کند و WSP فعال می‌شود.

سناریو ۳: روش اعمال و دوزینگ

در سیستم‌های wayside یا on-board، تنظیم نبودن دبی پمپ، خرابی نازل، زاویهٔ غلط برس یا stick، و فقدان سناریوهای فصلی، باعث over-application می‌شود. over-application در مسیرهای پررفت‌وآمد متروی تهران و مشهد، اثر انباشتی دارد و با باران، فیلم روغنی روی تاج تشکیل می‌دهد.

شرایط کم‌چسبندگی: باران، برگ، آلودگی روغنی و تعامل با WSP

کم‌چسبندگی (Low Adhesion) می‌تواند طبیعی یا انسان‌ساخت باشد. طبیعی‌ها شامل باران نخستین پس از دورهٔ خشک، شبنم صبحگاهی در سواحل شمالی، و خردشدگی برگ پاییزی در خطوط حومه‌ای است. انسان‌ساخت‌ها اغلب به آلودگی روغنی ناشی از روانکاری اشتباه برمی‌گردد. وقتی μ پایین می‌آید، سامانهٔ WSP با کاهش گشتاور ترمز و رها–گرفتن مکرر چرخ، لغزش را مدیریت می‌کند. این حفاظت لازم است، اما هزینهٔ آن افزایش مسافت توقف و داغ‌شدن موضعی/فلت چرخ است.

ترکیب کم‌چسبندگی طبیعی و فیلم روغنی، اثر هم‌افزای مخربی دارد. برای مثال، در یک بارندگی پاییزی با حضور بقایای برگ در حاشیهٔ پارک‌ها و بلوارها، اگر دوز گریس فلنج کاهش نیافته یا TOR-FM به‌درستی انتخاب نشده باشد، μ می‌تواند به 0.05 سقوط کند. در این نقطه، حتی اگر ترمز سالم و قدرتمند باشد، محدودکننده چسبندگی است و ممکن است stopping distance تا چند صد متر افزایش یابد.

خبر خوب این‌که با انتخاب صحیح محصول، دوز، و پایش زیرسیستمی (از لاگ WSP تا دوربین لبهٔ ریل)، می‌توان μ را در بازهٔ 0.18–0.25 پایدار نگه داشت؛ بازه‌ای که هم سایش را کنترل می‌کند و هم اجازهٔ ترمزگیری مطمئن را می‌دهد.

اثر شرایط روانکاری بر μ و فاصلهٔ ترمزگیری: جدول مقایسه

در جدول زیر، به‌صورت تقریبی نشان می‌دهیم که شرایط مختلف سطح ریل چگونه μ را تغییر می‌دهد و چه اثری بر فاصلهٔ توقف از سرعت 60 km/h دارد. محاسبهٔ مسافت بر پایهٔ رابطهٔ S = v²/(2a) با v = 16.67 m/s انجام شده و شتاب مؤثر a برابر Min(μ·g, 1.3) در نظر گرفته شده است تا محدودیت‌های سامانهٔ ترمز نیز لحاظ شود. اعداد صرفاً نمونهٔ آموزشی‌اند و بسته به ناوگان، وزن محوری، درصد ترمز دینامیکی و وضعیت واقعی خط تغییر می‌کنند.

نکته: فاصلهٔ واقعیِ توقف به عوامل دیگری مثل درصد سهم ترمز دینامیکی/پنوماتیکی، وزن واگن، وضعیت ریل و شیب مسیر بستگی دارد. اعداد بالا برای مقایسهٔ نسبی مفیدند.

استانداردها، حاشیه‌های ایمنی و درس‌آموخته‌ها برای متروهای ایران

مرجع‌های بین‌المللی نظیر EN 14531 (محاسبهٔ عملکرد ترمز) و EN 15595 (سامانهٔ WSP) چارچوبی برای تحلیل stopping distance و رفتار لغزش ارائه می‌دهند. پیام اصلی استانداردها این است: باید برای بدترین سناریوهای μ، حاشیهٔ ایمنی داشت و سامانه‌ها را برای آن کالیبره کرد. تجربهٔ خطوط ایران نشان می‌دهد که مدیریت روانکاری ریل در کنار نگهداشت ترمز، حلقهٔ مفقودهٔ بسیاری از افزایش‌های ناگهانی stopping distance در بارندگی‌های نخست است.

برای اقلیم‌های متنوع کشور—از رطوبت بالای شمال تا گرمای مرکز و گردوغبار جنوب—باید نسخه‌های فصلیِ گریس و TOR-FM تعریف شود. در خطوط با قوس‌های تند (مثلاً بخش‌هایی از خطوط تهران و شیراز)، مزیت کاهش سایش فلنج غیرقابل‌انکار است، اما دوز و ویسکوزیته باید به‌گونه‌ای باشد که migration به تاج رخ ندهد. ابزارهای ساده‌ای مثل «آزمایش دستمال سفید» روی تاج ریل پس از عبور چند رام قطار، یا بررسی رد لایه روی بال ریل با دوربین، در کنار پایش داده‌های WSP، زنگ خطر آلودگی را زود به‌صدا درمی‌آورد.

پایش، آنالیز و کنترل: از چک‌لیست تا داده‌محور و هوش مصنوعی

چک‌لیست عملی برای توازن سایش و چسبندگی

• تعریف μ هدف: برای خطوط شهری، μ هدف 0.18–0.25 روی تاج ریل، مگر آن‌که دستورالعمل سازنده خلاف آن باشد.
• انتخاب ویسکوزیتهٔ مناسب: گریس فلنج NLGI 1–2 با پایه‌روغن متناسب با فصل؛ در گرما از پایهٔ بسیار سبک پرهیز کنید.
• دوزینگ فصلی و جغرافیایی: برنامهٔ تابستان/زمستان و «ژئوفنس» برای نقاط باران‌خیز، ایستگاه‌های پرمسافر و قوس‌های تند.
• بازرسی روزانهٔ نازل/برس: گرفتگی، زاویهٔ پاشش، فشار پمپ و نشتی را ثبت کنید.
• کنترل آلودگی سطح ریل: تست دستمال سفید، مشاهدهٔ بصری، و سنجهٔ μ در مسیرهای حساس.
• پایش WSP: نرخ رخداد، مدت لغزش و فواصل ترمزگیری غیرعادی را به دوزینگ ربط دهید.
• مواد TOR-FM کنترل‌شده: از فرمول‌هایی استفاده کنید که μ را پایدار نگه می‌دارند، نه این‌که صرفاً آن را پایین بیاورند.
• آموزش تیم‌ها: راننده، تعمیرات، و بهره‌برداری باید زبان مشترک μ و دوزینگ را بدانند.

داده‌محور و هوش مصنوعی

با همگرایی داده‌های سرعت/فشار ترمز، رخدادهای WSP، وضعیت آب‌وهوا و لاگ دوزینگ، می‌توان یک مدل پیش‌بین ساخت تا «ریسک کم‌چسبندگی» را در هر بلاک مسیر پیش‌بینی و دوزینگ را به‌صورت تطبیقی اصلاح کند. این کار هم مصرف روانکار را بهینه می‌کند، هم μ را در بازهٔ امن نگه می‌دارد. موتورازین می‌تواند در کنار تامین محصول، در طراحی داشبوردهای پایش آنلاین و قواعد تصمیم‌گیری مبتنی بر داده همراه شما باشد.

نمایهٔ سناریوها: از خطا تا راه‌حل

خطا: گریس خیلی رقیق در تابستان

نتیجه: migration به تاج ریل، μ ≈ 0.05–0.07، فعال‌شدن شدید WSP، stopping طولانی‌تر. راه‌حل: تغییر گرید یا فرمول فصلی، کاهش دبی پمپ و بازرسی بصری روزانه.

خطا: TOR-FM با فرمول بیش‌لغزاننده یا بیش‌تزریق

نتیجه: μ ناپایدار و پایین، افزایش لاستینگ‌های لغزش. راه‌حل: انتخاب TOR-FM «کنترل‌کنندهٔ اصطکاک» با μ هدف، کالیبراسیون سامانهٔ wayside و بازخوردگیری از داده‌های WSP.

خطا: عدم همخوانی روش اعمال با مسیر

نتیجه: آلودگی گستردهٔ تاج در مسیرهای پرتردد. راه‌حل: ترکیب روش‌ها (مثلاً stick روی ناوگان + wayside نقطه‌ای)، تنظیمات ژئوفنس، و خاموشی خودکار در باران‌های شدید نخست.

نکات کلیدی برای مدیران ناوگان

• روغن/گریس نامناسب می‌تواند μ را تا 80–90٪ کاهش دهد و stopping distance را چند برابر کند.
• TOR-FM «درست تنظیم‌شده» کمک می‌کند به μ پایدار برسید؛ TOR-FM «بیش‌تزریق‌شده» عامل کم‌چسبندگی است.
• WSP محافظ است، اما فرکانس فعال‌سازیِ بالا نشانهٔ مشکل μ یا دوزینگ است.
• نسخهٔ فصلی محصول و برنامهٔ دوزینگ برای اقلیم ایران ضروری است.
• پایش داده‌محور (WSP، آب‌وهوا، لاگ پمپ) بهترین ابزار تصمیم‌گیری سریع است.

جمع‌بندی

فاصلهٔ ترمزگیری قطار شهری فقط تابع قدرت ترمز نیست؛ چسبندگی تماس چرخ–ریل نقشی تعیین‌کننده دارد. هرجا روانکاری از «کاهش سایش هدفمند» به «لغزش ناخواسته» تغییر ماهیت دهد—خواه با ویسکوزیتهٔ نامناسب، افزودنی‌های ناهماهنگ یا دوزینگ غلط—μ سقوط کرده و stopping distance افزایش می‌یابد. راه‌حل، انتخاب مهندسی‌شدهٔ گریس فلنج و TOR-FM، کالیبراسیون فصلی، و پایش مستمر داده‌ها مطابق چارچوب‌های استاندارد (مانند EN 15595 و EN 14531) است. تیم‌های مهندسی بهره‌بردار با همکاری تامین‌کنندگان متخصصی چون موتورازین، می‌توانند میان کاهش سایش و حفظ چسبندگی تعادل ایجاد کنند؛ تعادلی که ضامن ایمنی مسافر، انطباق مقرراتی و پایداری اقتصادی ناوگان است. — سارا مرادی

پرسش‌های متداول

آیا هر نوع گریس فلنج روی stopping distance اثر می‌گذارد؟

اگر به‌درستی انتخاب و اعمال شود، خیر؛ گریس فلنج برای تماس فلنج–جانبی ریل است و نباید به تاج ریل مهاجرت کند. اما ویسکوزیتهٔ بسیار پایین، tackifier زیاد یا دوزینگ بالا احتمال مهاجرت را افزایش می‌دهد و در نتیجه μ تاج ریل کاهش یافته و stopping distance بیشتر می‌شود. انتخاب گرید و دوز مناسب، این ریسک را به حداقل می‌رساند.

TOR-FM چه تفاوتی با «روغن‌کاری معمولی» دارد؟

TOR-FM برای «کنترل اصطکاک» طراحی شده تا μ را در بازهٔ پایدار نگه دارد، نه آن‌که آن را تا حد لغزش پایین بیاورد. مواد و حامل‌های آن طوری انتخاب می‌شوند که فیلم نازک، یکنواخت و قابل پیش‌بینی تشکیل دهند. اگر محصول یا دوز نامناسب باشد، μ بیش‌ازحد افت می‌کند و سیستم WSP مرتب فعال می‌شود؛ بنابراین انتخاب و کالیبراسیون درست ضروری است.

چطور بفهمیم آلودگی روغنی روی تاج ریل داریم؟

نشانه‌ها شامل افزایش رخدادهای WSP، طولانی‌شدن غیرعادی stopping distance در باران‌های نخست، رد براق روغنی روی تاج و آزمایش «دستمال سفید» است. بررسی دوربین‌های خط، نمونه‌برداری نقطه‌ای و همبستگی با لاگ دوزینگ wayside، شواهد را تکمیل می‌کند. اگر تایید شد، دوزینگ را کاهش دهید، ویسکوزیتهٔ محصول را بازنگری کنید و پاکسازی موضعی انجام دهید.

در اقلیم‌های متفاوت ایران چه تنظیماتی پیشنهاد می‌شود؟

برای تابستان‌های گرم و خشک مرکز و جنوب، از گریس‌های با پایهٔ سنگین‌تر و دوز کمتر استفاده کنید تا migration کاهش یابد. در شمال مرطوب، حالت باران نخست و شبنم صبحگاهی را در الگوریتم دوزینگ لحاظ کنید. پاییز شهرهای پر درخت، سناریوهای «برگ خردشده» را فعال و TOR-FM را به سمت μ هدف پایدار تنظیم کنید. همواره نتایج را با دادهٔ WSP تطبیق دهید.

نقش داده و هوش مصنوعی در کاهش stopping distance چیست؟

با تلفیق داده‌های سرعت، فشار ترمز، رخداد WSP، آب‌وهوا و لاگ دوزینگ می‌توان شاخص ریسک کم‌چسبندگی ساخت. این شاخص به‌صورت برخط، دوزینگ wayside را اصلاح می‌کند، مناطق پرخطر را پررنگ نشان می‌دهد و حتی پیش از وقوع باران نخست، سناریوهای محافظه‌کارانه را فعال می‌سازد. نتیجه، پایداری μ، کاهش سایش و stopping distance قابل پیش‌بینی‌تر است.