تعتبر القطارات من وسائل النقل والمواصلات المهمة، فالقطارات كما في أي وسيلة أخرى تعتمد على الطاقة الحركية الناتجة من مصدر طاقة أياً كان نوعها، فهي مركز توليد طاقة مركب على إطار يُنتج القوة الدافعة اللازمة للجر على السكك الحديدية، هناك ثلاث قاطرات متميزة مستخدمة على السكك الحديدية، كل منها يستمد قوته من مصدر طاقة مختلف وهي: القاطرة البخارية وقاطرة الديزل والقاطرة الكهربائية، وفي هذا المقال سنتطرق الى الديناميكية التي يتحرك بها القطار من قوة الجر والقوى المقاومة ونظام التعليق وأنواعه.
ما هي ديناميكية حركة وسير القطارات
إن الطاقة الحركية المتولدة تنتقل وتتحول الى قوى أخرى يحتاجها نظام القطار أثناء عمله، ومن هذه القوى المستفيدة من هذه الطاقة المولدات والعجلات، فتأثيرها على المولدات لتحويل هذة الطاقة إلى طاقة مغناطيسية ثُم الى كهربائية كمصدر لتشغيل كامل النظام الكهربائي للقطار، أما في العجلات فهي فتتحول إلى قوة جر لعجلات القاطرة لبدء الحركة واستمرارها.
ما هي قوة جر القاطرة Tractive effort
1. الجر
الجر: وهو عملية نقل حمولة بين نقطتين محددتين خلال زمن معين بأقل التكاليف وبأفضل وسيلة، العنصرين الأساسين في عملية الجر هما:
- مقدار الجهد المبذول الذي يتطلبه النقل.
- القدرة الواجب استخدامها للحصول على هذا الجهد.
إذا تساوت وسائل النقل المختلفة من ناحية القدرة فإن السكك الحديدية هي أقل وسائل النقل استهلاكًا لهذه القدرة من الناحية الاقتصادية.
2. قوة الجر
قوة الجر: هي قوه تتولد من عزم دوران معين يعبر عنه بالقوة المماسية التي تؤثر في طوق العجلات الجارة من أن تتغلب على جميع المقاومات التي يصادفها القطار أثناء سيره، ويجب أن يتم دوران العجلات فوق القضبان بدون أي انزلاق، وهذا يعني أن تكون قوى التماسك بين العجلات والقضبان الناشئة من وزن القطار أكبر من قوة الجر حتى لايحدث إنزلاق بدلًا من تحرك العجلة دورانيًا.
لذلك يجب أن تكون قوة التماسك أكبر من قوة جر القاطرة وأكبر من المقاومات التي تصادف القطار أثناء سيره؛ وتعتمد قوة الجر على تصميم القاطرة وخصائصها ومهارة السائق.
3. نظام التعليق في القطار
يقسم نظام التعليق في القاطرات الى قسمين:
- القاطرات وتكون مُحملة على بواجي تنقل الحمل على المحاور.
البوجي به عدد من المحاور، والمحاور إما أن تكون جارة أي تتصل المحاور بالمحرك وتأخذ منه حركتها، وإما أن تكون غير جارة أي لا تتصل بالمحرك وتتحرك تبعًا لحركة المحاور الجارة، ويتم التعرف علي نوع البواجي من طراز القاطرة سواء محاوره جارة متصلة بالمحرك أو محاورة غير جارة غير متصلة بالمحرك.
- العربات وتكون مُحملة على بواجي أو محاور فقط.
أغلب عربات الركاب الحديثة محملة على بواجي ويصل طول العربة تقريباً إلى (22) مترًا ووزنها تقريباً يصل إلى (50) طناً.
4. المقاومات التي يصادفها القطار أثناء سيره
هي قوى فيزيائية مقاومة يجب التغلب عليها عن طريق قوة الجر الناتجة من القاطرة التي تجر القطار والتي يجب أن تكون أقل من قوى التماسك بين العجلة والقضيب ومنها:
- المقاومة الداخلية لمحرك القاطرة الناتجة من الاحتكاك بين الاسطوانات وكذلك نقط نقل الحركة داخل المحرك.
- مقاومة الحمل الواقع علي المحور وتسمى “مقاومة الدنجل” وتشمل: المقاومة الناتجة من الاحتكاك داخل صندوق الدنجل (friction Journal) ومقاومة التدحرج (resistance Rolling) ومقاومة السكة (resistance Track).
- المقاومة التي تتناسب مع سرعة السير، وتسمى “مقاومة شفة العجل”.
- مقاومة الهواء وتتناسب مع مربع السرعة.
- المقاومة الناتجة عن الأحمال الإضافية علي المحاور مثل مولدات التيار الكهربائي.
- المقاومة الناتجة عن ترخيم السكة.
- مقاومة المنحنيات.
- مقاومة الانحدار.
- مقاومة التسارع.
- مقاومة بدء الحركة.
- مقاومة الرياح العاصفة.
