Re: [問題] 火車車輪為何不裝差速器？

[komachi275 (笨笨熊)]

※ 引述《Harrychou (惡運不斷,壞事不斷)》之銘言：
: 標題: Re: [問題] 火車車輪為何不裝差速器？
: 時間: Sat Feb 20 01:14:51 2016
: ※ 引述《LPen (鳥人)》之銘言：
: : 一般汽車能高速過彎，就是在兩側輪子當中有安裝差速器，
: : 克服高速過彎的時候內側跟外側輪子轉的距離不一樣的問題。
: : 大幅減少了轉彎半徑。
: : 鐵路鋼輪因為沒有這個東西，在過彎的時候，只能硬磨磨過去。
: : 造成過彎的時候，很大的噪音，也加速輪子的磨損。
: : 但似乎沒有車廂有這樣的設計，不知是怎麼回事呢？
: 鋼輪的形狀就已經可以解決差速的問題
: http://i.imgur.com/Shq2yde.png
: 從圖中就可以看出鋼輪的踏面並不是平行於鋼軌上,而是有一定角度
: 當過彎時,輪軸會向外偏移一些,形成外車輪的直徑大,而內車輪的直徑小
: 這樣就有差速的功能
這其實是一個很複雜的議題
就我所知來回一篇

關鍵字：縱向磨耗 冲角 & 徑向轉向架

1.縱向磨耗：

H大提的錐形踏面是解決內外軌長度差異的方案
但是輪片內外圓周長差異沒很大
曲率半徑小或曲率漸變很急的路線仍然會發生輪緣接觸與縱向磨耗的問題

縱向磨耗：
車軸過彎時，因軌道內外側長度不同，
造成輪片一側呈現輕微滑走/空轉(WS)狀態而來的輪軌磨損
但是，縱向磨耗如同空轉一般是沒什麼噪音的

影響：
車軸有一側輕微WS中，因此彎道的黏著會下降

案例：
牡丹坡坡度不及苗栗站南，但因急彎道而比較容易空轉，不利爬坡

: 至於過彎時聽到的噪音則是車輪邊緣凸出的部分與鋼軌摩擦而造成的
: 一般比較常見的原因有
: 而這幾年已經有可變軸距轉向架問市,算是另一種解決方案
: http://i.imgur.com/0CzLjY9.jpg
: 簡單說就是讓車軸隨著彎道而變更角度,使其減少與鋼軌的摩擦
: 效果就像這樣 https://youtu.be/n1MIqMSBmS0
噪音主要的來源的確是輪緣接觸鋼軌，這時候會產生主要的彎道阻力
要降低此類噪音比較傳統的做法是輪緣抹油
這應用在MRT新北投支線以及PP動力車E1000型上面
不然就是增加一次懸的自由度，讓車軸更容易去因應路線曲率變動

但新式徑向轉向架的開發不僅能降噪，還能降低縱向磨耗改善黏著
只是結構較複雜，而且直線高速行走易發生蛇行的缺點

2.冲角與徑向轉向架

冲角：軌道中心線(或切線)與車軸垂直向量所夾的角度
http://img.blog.163.com/photo/FnnhfXJB0j9hFpCpbFubFA==/3972737821294334713.jpg
也因為過彎時輪軌之間有冲角
所以會有輪緣接觸、彎道阻力、縱向磨耗、黏著下降、噪音等等問題

徑向轉向架是透過偏轉車軸的方式降低冲角，使車軸過彎中能盡量垂直於軌道中心線
來降低輪緣接觸的問題，並且減少縱向磨耗的程度

依設計不同有自導式 迫導式等等幾種
各有優劣但目的都是要降低冲角
: 雖然看起來效果很好,但是價格的關係,加上會讓轉向架複雜化,用的車輛並部窩
: 台灣目前只有亞泥新購買的一批水泥斗車裝有這種轉向架
貨運列車因為重載，過彎阻力、輪軌磨耗與噪音、爬軌機率都比同速客運大
徑向架是對於貨運高速化非常好的解決方案


結論：
車軸式列車過彎時，因為軌道切線與車軸垂直向量有冲角
因此會產生輪緣接觸(噪音、磨損、彎道阻力)與縱向磨耗(磨損、黏著下降)等等問題
改進方案有
1.增加一次懸自由度
2.降低冲角
3.左右輪獨立的輪片式設計等等方式

: 推 ciswww: 低地板路面電車的兩輪之間沒有軸相連，                    02/20 02:25
: → ciswww: 可惜輪的旋轉軸似乎不會隨著彎道而移動?                   02/20 02:26
LRT的冲角問題有靠踏面來解決
只不過世上沒有完美的設計就是了...
: 推 Odakyu: TEMU2000不是也有自導轉向架嗎（RN）                      02/20 12:41
我認為具有橫向轉臂的車輛可以稱自導式設計，但是不見得能稱為徑向架

橫向一次懸轉臂可以讓車輛偏轉時，輪軌接觸力呈現漸進式的傳遞
車軸的靈活度高，更容易適應軌道曲率變化，降低彎道阻力、爬軌率與磨耗

它的橫向力傳遞流程是：
輪軌→一次懸→轉向架→牽引裝置→車體

傳統車輛橫向力傳遞流程為：
輪軌→轉向架→牽引裝置→車體

他們之間多一個步驟

其他同樣概念的設計可以參見TR40 TR50與TEMU1000此類沒有軸箱定位裝置的車輛
它們因為車軸自由度較大，在過彎的時候車軸都可以比轉向架先行偏轉甚多
我認為稱自導式並不為過

只不過徑向架仍然必須要符合降低冲角的目標
此類轉向架冲角並沒有太大改變，故不能稱徑向架是確定的
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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 122.116.197.108
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Railway/M.1455947529.A.5F4.html
※ 編輯: komachi275 (122.116.197.108), 02/20/2016 14:09:13
推 cutec: Talgo的車輪設計也算是有俓向自導的功能。
推 cutec: LRT於過彎的輪緣沖角問題除了用縮短轉向架輪距的方式外，
→ cutec: 有時也用關節式轉向架改善。
→ ecpoem: 彰化站南有坡道？
→ komachi275: 囧，我在想什麼... Orz是苗栗 回家改
→ ecpoem: 另外「冲」是異體字，有些系統可能不能顯示
我本想用沖角 但是這個字找不到資料...
推 jhin: 長知識了
推 Odakyu: 專業推
→ hotsauce1111: 牡丹坡道那常下雨也有關係
雪上加霜...
推 vespar: 專業推
→ mingchaoliu: 司機老大出現了
※ 編輯: komachi275 (122.116.197.108), 02/20/2016 22:03:59
推 omkizo: 苗栗站南的斜坡坡度是多少?
推 chadhsieh: 沒那麼複雜啦 就很簡單的傳動觀念 如果有差速器 那你馬
→ chadhsieh: 達的齒輪要傳動那一側車輪？會不會造成傳動系統複雜化
→ chadhsieh: ？造成故障增加？
→ ecpoem: 苗栗南記得是20/1000
→ komachi275: 沒錯 而且是目前臺鐵正線最陡坡道
→ komachi275: 以後桃園地下化後應該就被取代了 XD
推 IanLi: 牡丹坡是常飄雨濕滑+彎道降低黏著力+彎道阻力=軟腳車考驗場
                                                 還有坡道阻力...
推 mingchaoliu: 以前宜蘭線尚未電氣化前，牡丹坡上坡的莒光號只聽到
→ mingchaoliu: 柴電機車一直怒吼，列車卻跟龜爬一樣慢
※ 編輯: komachi275 (122.116.197.108), 02/22/2016 17:18:21