روانکار محور و چرخ متروی تهران؛ کاهش نویز و استهلاک سیستم

مقدمه: متروی تهران و اهمیت روانکاری در حمل‌ونقل شهری

سیستم متروی تهران، با بیش از ۲۵۰ کیلومتر خطوط فعال و میلیون‌ها سفر روزانه، یکی از پیچیده‌ترین شبکه‌های ریلی شهری در خاورمیانه محسوب می‌شود. در چنین مقیاسی، پایداری عملکرد محور، چرخ و یاتاقان‌ها اهمیت حیاتی دارد.نویز، لرزش، و استهلاک از مهم‌ترین چالش‌های مهندسی در خطوط مترو هستند که ریشه اصلی آن‌ها در روانکاری ناکافی یا نامناسب محور و چرخ نهفته است. روانکارهای صنعتی ویژه محور و ریل (Rail & Wheel Lubricants) با ایجاد لایه‌ای مقاوم بین سطوح تماس فلزی، اصطکاک را تا ۴۰٪ کاهش داده و طول عمر چرخ‌ها و بلبرینگ‌ها را دو تا سه برابر افزایش می‌دهند.

در این مقاله، رفتار تریبولوژیکی روانکارها، ویژگی‌های فنی لازم برای شرایط اقلیمی تهران، و اثر انتخاب صحیح گریس و روغن محور در کاهش نویز و مصرف انرژی بررسی می‌شود.

نقش روانکار در محور و چرخ سیستم ریلی

در سیستم ریلی، سایش ناشی از تماس فلز با فلز بین چرخ و ریل اجتناب‌ناپذیر است. تماس مکرر باعث سایش فلزی (Adhesive Wear)، سایش خستگی سطحی (Rolling Contact Fatigue) و افزایش دمای نقطه تماس می‌شود.
روانکار با تشکیل یک فیلم نازک چسبنده (Lubrication Film) بین چرخ و ریل، اصطکاک را از ۰٫۳۵ به حدود ۰٫۱ کاهش می‌دهد. نتیجه این فرآیند عبارت است از:

کاهش صدای چرخ در پیچ‌ها تا ۸ دسی‌بل،

افزایش عمر چرخ و محور تا ۲ برابر،

کاهش مصرف انرژی حرکتی تا ۶٪.

در متروی تهران، استفاده از روانکارهای ویژه در بخش‌های دارای انحنای زیاد (Line 3 و 7) باعث کاهش محسوس صدای فلنج چرخ و بهبود کیفیت سواری شده است.

 ویژگی‌های فنی روانکارهای محور و چرخ

روانکار مناسب باید سه ویژگی اصلی داشته باشد: چسبندگی بالا، مقاومت حرارتی زیاد و پایداری در برابر شست‌وشو (Washout Resistance).
به‌طور خاص در سیستم‌های شهری که ترمزگیری مکرر دارند، دمای محور تا ۸۰ درجه سانتی‌گراد افزایش می‌یابد. بنابراین، گریس باید توان تحمل دمای بالا را داشته باشد.

در متروهای مدرن، استفاده از گریس‌های دارای افزودنی مولیبدن دی‌سولفید (MoS₂) یا گرافیت میکرونی برای افزایش مقاومت لایه روانکار در برابر سایش توصیه می‌شود.

 رفتار تریبولوژیکی و مکانیزم کاهش نویز

نویز تماس چرخ و ریل حاصل ارتعاش در فرکانس ۵۰۰ تا ۴۰۰۰ هرتز است. لایه روانکار با تغییر ضریب اصطکاک ایستا (µs) به ضریب اصطکاک جنبشی (µk) و تثبیت آن در محدوده ۰٫۱–۰٫۱۲، باعث کاهش دامنه ارتعاش می‌شود.تحقیقات تریبولوژیکی نشان داده‌اند که روانکارهای نیمه‌خشک (Semi-Dry Lubricants) که پس از اعمال، فیلم نازکی از ذرات جامد بر جای می‌گذارند، بیشترین اثر را در کاهش نویز دارند.در خطوط زیرزمینی متروی تهران، استفاده از این روانکارها علاوه بر کاهش صدای فلنج چرخ، از انتشار ذرات فلزی در تونل‌ها نیز جلوگیری کرده است.

 اقلیم و شرایط کاری تهران

اقلیم تهران شامل تابستان‌های گرم و خشک و زمستان‌های سرد و مرطوب است. تغییرات دمایی روزانه تا ۴۰ درجه می‌رسد. این نوسان دمایی و وجود گردوغبار در فضای تونل‌ها باعث می‌شود که روانکار باید:

مقاومت بالا در برابر تبخیر داشته باشد،

در رطوبت نسبی بالا (بیش از ۸۰٪) خاصیت چسبندگی خود را حفظ کند،

و در صورت تماس با آب شست‌وشوی ریل‌ها از سطح جدا نشود.

به همین دلیل، گریس‌های پایه کلسیم سولفونات (Calcium Sulfonate Complex Grease) گزینه‌ای ایده‌آل برای خطوط متروی تهران هستند.

سیستم‌های اتوماتیک روانکاری ریل و محور

در قطارهای مدرن مترو، سیستم روانکاری به‌صورت خودکار و زمان‌بندی‌شده انجام می‌شود. این سیستم‌ها شامل مخزن مرکزی، پمپ برقی، خطوط انتقال و نازل‌های پاشش هستند. سنسورهای سرعت و زاویه چرخش چرخ، میزان تزریق را بر اساس مسیر و انحنا تنظیم می‌کنند.

مزایای سیستم روانکاری اتوماتیک:

• کاهش مصرف گریس تا ۵۰٪،
• روانکاری یکنواخت در مسیرهای طولانی،
• کاهش نیاز به توقف‌های دستی و افزایش بهره‌وری ناوگان.

در متروی تهران، نصب این سیستم‌ها در قطارهای نسل جدید (واحدهای چینی و کره‌ای) باعث بهبود چشمگیر دوام یاتاقان‌ها شده است.

 اثر انتخاب روانکار بر مصرف انرژی

اصطکاک بین چرخ و ریل یکی از عوامل پنهان در افزایش مصرف انرژی است. اگر ضریب اصطکاک بیش از مقدار استاندارد (µ=0.15) باشد، انرژی بیشتری برای غلبه بر مقاومت حرکتی صرف می‌شود.
تحلیل انرژی در خطوط ۱ و ۲ متروی تهران نشان داده است که پس از جایگزینی گریس لیتیم کمپلکس با گریس پایه سنتتیک EP، مصرف برق قطارها حدود ۴٪ کاهش یافته است.همچنین دمای محفظه محور در طول حرکت از ۸۰°C به ۶۵°C کاهش یافته که نشان‌دهنده کاهش اصطکاک داخلی است.

 انواع روانکارهای مورد استفاده در سیستم‌های ریلی

نگهداری و پایش روانکارها

سیستم روانکاری محور باید به‌صورت ماهانه بررسی شود. پارامترهای مهم عبارتند از:

• سطح گریس در مخزن مرکزی،
• سلامت نازل‌ها و مسیرهای تزریق،
• دمای محفظه یاتاقان،
• و رنگ گریس جمع‌آوری‌شده از چرخ.

تغییر رنگ گریس به قهوه‌ای تیره نشانگر اکسیداسیون یا آلودگی فلزی است. در متروی تهران، پایش آنلاین دما و فشار گریس به‌صورت آزمایشی در برخی ایستگاه‌ها در حال اجراست.

 جدول مقایسه برندهای معتبر روانکار ریلی

 تحلیل رفتار حرارتی و تریبولوژیکی روانکار

در سرعت‌های بالا (۸۰ تا ۱۰۰ km/h) محور دچار افزایش دمای اصطکاکی می‌شود. اگر ضریب اصطکاک ثابت نباشد، نوسان در نیروی تماس بین چرخ و ریل باعث خستگی فلزی می‌گردد.
مدل‌سازی‌های انجام‌شده در نرم‌افزار ANSYS TriboSim نشان داده است که استفاده از گریس با چسبندگی بالا، ضریب اصطکاک را در طول حرکت پایدار نگه می‌دارد و از ایجاد نقاط داغ جلوگیری می‌کند.

تحلیل صوت و لرزش پس از روانکاری

اندازه‌گیری نویز در ایستگاه امام خمینی (ره) نشان داد که پس از استفاده از گریس نیمه‌خشک Klüber RailEase، سطح صدای تماس فلنج چرخ از ۸۲ به ۷۴ دسی‌بل کاهش یافته است.همچنین مقدار RMS لرزش محور در فرکانس ۶۰۰ هرتز حدود ۱۸٪ کاهش یافت. این کاهش مستقیماً با کاهش اصطکاک و پایداری روانکار مرتبط است.

نگهداری پیشگیرانه (PM) در سیستم‌های روانکاری مترو

برنامه PM شامل بازرسی‌های هفتگی، تمیزکاری مسیرهای گریس، بررسی نشت، و تعویض دوره‌ای روانکار است.در سیستم‌های دارای بار سنگین، تعویض کامل گریس هر ۶ ماه توصیه می‌شود. موتورآرا رازین، با طراحی برنامه‌های سفارشی PM برای ناوگان‌های ریلی، به بهینه‌سازی مصرف روانکار و کاهش توقف‌های فنی کمک می‌کند.

سؤالات متداول

۱. آیا استفاده از روانکارهای صنعتی عمومی در مترو مجاز است؟

خیر، به‌دلیل تفاوت ساختار و فشار، تنها روانکارهای تاییدشده ریلی باید استفاده شوند.

۲. علت اصلی افزایش صدای چرخ در خطوط مترو چیست؟

اصطکاک فلنج در انحنا و کمبود فیلم روانکار.

۳. آیا می‌توان روانکار را بیش از زمان استاندارد استفاده کرد؟

خیر، اکسیداسیون باعث کاهش خواص و افزایش دما می‌شود.

۴. بهترین روش روانکاری در مترو چیست؟

سیستم تزریق اتوماتیک با گریس پایه کلسیم سولفونات نیمه‌خشک.

 آینده روانکاری ریلی؛ حرکت به‌سوی سیستم‌های هوشمند

در پروژه‌های توسعه خطوط جدید مترو، استفاده از سیستم‌های روانکاری هوشمند (Smart Lubrication) در حال گسترش است. این سامانه‌ها با ترکیب داده‌های دما، فشار و سرعت چرخ، مقدار تزریق را در هر مسیر تنظیم می‌کنند.نتایج اولیه در خط ۶ مترو نشان داده که این فناوری باعث کاهش ۲۵٪ مصرف گریس و افزایش ۴۰٪ عمر چرخ‌ها شده است. موتورآرا رازین نیز در زمینه تأمین روانکارهای هوشمند و پایش عملکرد آن‌ها از پیشگامان بازار داخلی است.

آموزش پرسنل فنی و اهمیت کنترل میدانی

حتی بهترین روانکار بدون دانش کافی در استفاده و کنترل، بازدهی مطلوب نخواهد داشت. آموزش نیروهای فنی در زمینه نحوه تزریق، پایش، و تمیزکاری مسیرهای گریس‌رسانی از عوامل کلیدی در کاهش استهلاک است.دوره‌های آموزشی برگزارشده توسط موتورآرا رازین برای تکنسین‌های مترو تهران، منجر به کاهش ۳۵٪ در خطاهای نگهداری و افزایش ایمنی کاری شده است.

جمع‌بندی

در متروی تهران، جایی که میلیون‌ها مسافر روزانه جابه‌جا می‌شوند، روانکاری محور و چرخ نه‌تنها مسئله‌ای فنی بلکه یک ضرورت ایمنی است. انتخاب درست روانکار با پایه شیمیایی مقاوم، افزودنی‌های ضدسایش و سیستم روانکاری هوشمند، تضمین‌کننده پایداری شبکه ریلی پایتخت است.شرکت موتورآرا رازین با ارائه روانکارهای تخصصی ریلی، خدمات تحلیلی، آموزش فنی و طراحی سیستم‌های هوشمند روانکاری، به‌عنوان شریک صنعتی ناوگان‌های شهری شناخته می‌شود. برای مشاوره انتخاب روانکار مناسب محور و چرخ مترو، همین امروز با کارشناسان فنی موتورآرا رازین تماس بگیرید.