ออกแบบชุดยึดเหนี่ยวรางชนิด ชุดยึดรางแบบยืดหยุ่นชนิด W

บทคัดย่อ

ระบบขนส่งทางรางของประเทศไทยมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ทั้งในด้านรถไฟทางไกล รถไฟฟ้าในเขต เมือง และรถไฟความเร็วสูง ส่งผลให้ความต้องการโครงสร้างพื้นฐานที่มีความแข็งแรง ปลอดภัย และมี ประสิทธิภาพเพิ่มสูงขึ้น โดยหนึ่งในองค์ประกอบสาคัญคือระบบยึดเหนี่ยวราง (Rail Fastening System) ซึง่ ทาหน้าที่ยึดรางเข้ากับหมอนรองรางและรองรับแรงจากการใช้งานจริง อย่างไรก็ตาม ระบบยึดรางแบบยืดหยุ่น ชนิด W-Clip แบบดั้งเดิมยังมีข้อจากัดในด้านการติดตั้งที่ต้องควบคุมแรงบิด ใช้เวลานาน และมีความเสี่ยงต่อ การถูกถอดหรือสูญหายได้ง่าย รวมถึงอุปกรณ์ส่วนใหญ่ยังต้องนาเข้าจากต่างประเทศ ส่งผลให้มีต้นทุนสูง โครงงานนี้จึงมุ่งเน้นการศึกษา ออกแบบ และพัฒนาระบบชุดยึดเหนี่ยวรางแบบยืดหยุ่นชนิด W โดยใช้การ วิเคราะห์เชิงวิศวกรรมด้วยวิธี Finite Element Analysis (FEA) ผ่านโปรแกรม Abaqus เพื่อศึกษาพฤติกรรม การรับแรงของโครงสร้าง พร้อมทั้งปรับปรุงรูปแบบชิ้นงานให้เหมาะสมต่อการใช้งานจริง โดยอ้างอิงตาม มาตรฐานสากลที่เกี่ยวข้อง ผลการศึกษาพบว่าแบบจาลองที่ได้รับการปรับปรุงสามารถกระจายความเค้นได้ดี ขึ้น มีประสิทธิภาพในการรองรับแรงใกล้เคียงหรือดีกว่ารูปแบบเดิม และสามารถลดปริมาณวัสดุลงได้ประมาณ 19.60% โดยยังคงความแข็งแรงตามเกณฑ์มาตรฐาน ส่งผลให้มีศักยภาพในการพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์ ภายในประเทศ และช่วยลดการพึ่งพาการนาเข้าในระยะยาว คาสาคัญ: ระบบยึดเหนี่ยวราง/W-Clip/Finite Element Analysis/ความเค้น/กระบวนการจาลองเชิง วิศวกรรม ก Name MR Weerapat Khamya MR Narabadee Liamthai MR Jeerawat Phuthapthim Thesis Title Department Advisor Academic year Design a fasten system Pandrol Elastic Rail Clip – W type Mechanical and Aerospace Engineering Asst.Prof. Ekkarin Phongphinittana 2025 Abstract Rail transportation in Thailand has been continuously developed, leading to an increasing demand for strong, safe, and efficient railway infrastructure. The rail fastening system is a critical component responsible for securing the rail to the sleeper, supporting loads, and maintaining track stability. However, conventional W-clip systems have limitations, including complex installation requiring precise torque control, longer installation time, and a high risk of theft. In addition, most components are imported, resulting in high costs. This project aims to design and develop an improved W-clip fastening system using Finite Element Analysis (FEA) through Abaqus software to evaluate structural behavior under loading conditions. The design was optimized to enhance performance while complying with relevant standards. The results show that the improved model provides better stress distribution and comparable or improved load-carrying performance. Moreover, material usage was reduced by approximately 19.60% while maintaining the required strength. The developed design demonstrates strong potential for domestic production and reducing reliance on imports. Keywords: Rail fastening system/W-Clip/Finite Element Analysis/stress/engineering Simulation ข กิตติกรรมประกาศ การจัดทาโครงงานวิศวกรรมเครื่องกล เรื่อง การออกแบบและพัฒนาระบบชุดยึดเหนี่ยวรางแบบ ยืดหยุ่นชนิด W สาเร็จลุล่วงไปได้ด้วยดีตามวัตถุประสงค์ที่ตั้งไว้ ทั้งนี้เนื่องจากได้รับความกรุณาและการ สนับสนุนจากหลายฝ่าย ผู้จัดทาขอกราบขอบพระคุณ ผศ.ดร.เอกรินทร์ พงพินิจธนา อาจารย์ที่ปรึ ก ษา โครงงาน ที่ได้ให้คาแนะนา ข้อคิดเห็น และติดตามความก้าวหน้าของโครงงานมาอย่างต่อเนื่อง รวมถึงให้ คาปรึกษาในด้านต่าง ๆ ที่เป็นประโยชน์ต่อการดาเนินงานตลอดระยะเวลาของการทาโครงงาน ขอขอบพระคุณคณาจารย์ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและการบิน -อวกาศ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ ทุกท่าน ที่ได้ถ่ายทอดองค์ความรู้ ให้คาแนะนา และ ส่งเสริมประสบการณ์ในด้านต่าง ๆ แก่ผู้จัดทาตลอดระยะเวลาที่ศึกษา รวมถึงเป็นแบบอย่างที่ดีทั้ งในด้าน วิชาการและจริยธรรม ขอขอบคุณเพื่อน ๆ ในภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและการบิน -อวกาศทุกคน ที่ให้ความช่วยเหลือ คาแนะนา และเป็นกาลังใจที่ดีตลอดมา จนทาให้โครงงานนี้สาเร็จลุล่วงไปได้ด้วยดี สุดท้ายนี้ ผู้จัดทาขอกราบขอบพระคุณบิดา มารดา และครอบครัว ที่คอยให้การสนับสนุนทั้งด้านกาลังใจและ การดาเนินชีวิตมาโดยตลอด หากโครงงานฉบับนี้มีประโยชน์ประการใด ผู้จัดทาขอมอบคุณความดีทั้งหมดนี้แด่ ผู้มีพระคุณทุกท่าน นายวีรภัทร์ คายา นายนรบดี เหลี่ยมไทย นายจีรวัฒน์ ภู่ทับทิม ค สารบัญ บทที่ 1: บทนำ........................................................................................................................ 1 1.1 ที่มาและความสาคัญของปัญหา (Problem Statement) .............................................................................. 1 1.2 วัตถุประสงค์ของโครงงาน ............................................................................................................... 2 1.3 กลุ่มเป้าหมาย (Target Users) ........................................................................................................... 2 1.4 ขอบเขตของโครงงาน.................................................................................................................... 2 1.5 ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ (Expected Benefits) ...................................................................................... 3 1.6 งบประมาณ .............................................................................................................................. 3 1.7 แผนการดาเนินงาน (Project Timeline) ................................................................................................ 4 บทที่ 2 ............................................................................................................................... 12 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง (Literature Review) ............................................................................................ 12 2.1 ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับระบบชุดยึดเหนี่ยวราง (Rail Fastening System Fundamentals) .......................................... 12 2.2 โครงสร้างและองค์ประกอบของชุดยึดเหนี่ยวรางแบบ W (W-Clip Fastening System Components) ............................. 15 2.3 หลักการทางานของชุดยึดเหนี่ยวรางแบบ W (Operating Principles of W-Clip System) .......................................... 19 2.4 คุณสมบัติเชิงกลที่สาคัญของชุดยึดเหนี่ยวราง (Mechanical Performance) ........................................................ 20 2.5 วัสดุที่ใช้และคุณสมบัติที่เกี่ยวข้อง (Material Selection and Properties) ........................................................... 20 2.6 มาตรฐานสากลและมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง (Relevant Standards) .................................................................... 21 2.7 การทดสอบโดยการทา Simulation .................................................................................................... 23 2.8 การศึกษาความเสียหายของ W-Clip (Investigation of the Failure Mechanisms of W-Clip) ...................................... 29 2.9 บทสรุปทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง (Conclusion) ............................................................................................... 42 บทที่ 3 ............................................................................................................................... 43 กำรออกแบบและกำรดำเนินงำน (Design and Implementation).............................................................. 43 3.1 ความต้องการของโครงงาน............................................................................................................. 43 3.2 ข้อจากัดโครงงาน ....................................................................................................................... 43 3.3 มาตรฐานของระบบยึดเหนี่ยวรางชนิด W ............................................................................................. 43 3.4 มาตรฐานการออกแบบ ................................................................................................................. 44 3.5 มาตรฐานการทดสอบ................................................................................................................... 44 ง 3.6 การเลือกใช้เทคนิคและเครื่องมือที่เหมาะสมสาหรับงานวิศวกรรมเฉพาะด้าน ...................................................... 47 3.7 ส่วนประกอบโครงสร้างของชุดยึดเหนี่ยวรางชนิด W-Clip ในโปรแกรม SolidWorks................................................ 48 3.8 ตาแหน่งการใส่ Contact ในโปรแกรม SolidWorks.................................................................................... 51 3.9 ตาแหน่งการใส่ Contact ในโปรแกรม Abaqus ....................................................................................... 55 3.10 การทดสอบ ............................................................................................................................ 57 บทที่4 ................................................................................................................................. 68 ผลการ Simulation ในโปรแกรม Abaqus ............................................................................................ 68 4.1 การทดสอบแรงหนีบของชุดยึดราง (Clamping Force Test) .............................................................................. 68 4.2 ขั้นตอนการทดสอบแรงกดแนวดิ่ง ( Vertical Load Test ) ................................................................................ 70 4.3 ขั้นตอนการทดสอบแรงด้านข้าง ( Lateral Load Test) .................................................................................... 71 4.4 ขั้นตอนการทดสอบแรงตามแนวราง ( Longitudinal resistance test) .................................................................... 74 4.5 ขั้นตอนการทดสอบแรงบิด ( Torsional Test) ............................................................................................. 75 4.6 อภิปรายผลการทดลอง .................................................................................................................... 78 บทที่ 5 ................................................................................................................................ 87 แนวทางการปรับปรุง .......................................................................................................................... 87 5.1 การทดสอบแรงยึดราง (Clamping force) ................................................................................................ 87 บทที่ 6 ................................................................................................................................ 92 สรุปผล ................................................................................................................................ 92 เอกสำรอ้ำงอิง ....................................................................................................................... 93 1. หนังสือ ................................................................................................................................... 93 2. มาตรฐาน ................................................................................................................................. 93 3. งานวิจัย/บทความวิชาการ .............................................................................................................. 94 4. เว็บไซต์ ................................................................................................................................... 94 จ บทที่ 1: บทนา 1.1 ที่มาและความสาคัญของปัญหา (Problem Statement) ระบบขนส่งทางรางของประเทศไทยถือเป็นโครงสร้างพื้นฐานที่มีบทบาทสาคัญอย่างมากต่อ การพัฒนาเศรษฐกิจและสังคม ทั้งในระดับภูมิภาคและระดับประเทศ การขยายโครงข่ายรถไฟทางคู่ การลงทุนในระบบรถไฟฟ้าในเขตเมือง และการพัฒนารถไฟความเร็วสูง ทาให้ความต้องการด้าน โครงสร้างระบบรางที่มีความแข็งแรง ปลอดภัย และดูแลรักษาได้ง่ายเป็นสิ่งที่จาเป็นอย่างยิ่ง โดยหนึ่ง ในองค์ประกอบสาคัญของระบบราง คือ ระบบยึดเหนี่ยวราง (Rail Fastening System) ซึ่งมีหน้าที่ หลักในการยึดรางให้แน่นกับหมอนรองราง รองรับแรงสั่นสะเทือน และรักษาตาแหน่งของรางให้คงที่ ภายใต้ภาระใช้งานจริง ระบบยึดรางชนิด W (W-clip) เป็นระบบที่ได้รับความนิยมแพร่หลายในปัจจุบันอาทิเช่น 1. รถไฟทางไกล (Mainline / Conventional Railways 2. รถไฟฟ้าชานเมือง (Commuter Rail) 3. รถไฟความเร็วสูง (High-Speed Rail 4. รถไฟฟ้าใต้ดิน (Metro / Subway) 5. รถไฟขนส่งสินค้า (Freight Rail) เนื่องจากสามารถรองรับแรงกระทาได้หลากหลาย มีความยืดหยุ่นสูง และสามารถใช้ งานได้กับรางมาตรฐานทั้งในเขตเมืองและนอกเมือง อย่างไรก็ตาม ระบบ W-clip แบบดั้งเดิมยังคงใช้ การขันน็อตในการติดตั้ง ซึ่งมีข้อเสียหลายประการ เช่น ต้องควบคุมแรงบิดให้ แม่นยา ใช้แรงงานฝีมือ สูง ใช้เวลาติดตั้งนาน และนอกจากนี้ ระบบ W-clip ยังมีข้อจากัดในด้านพฤติกรรมการรับแรงของ ชิ้นส่วน เมื่ออยู่ภายใต้สภาวะการใช้งานจริงที่มีแรงกระทาหลายทิศทาง อาจทาให้เกิดการกระจุกตัว ของความเค้นในบางบริเวณ ขณะที่บางส่วนรับแรงน้อย ส่งผลให้การใช้วัสดุยังไม่เกิดประสิทธิภาพ สูงสุด และอาจนาไปสู่ความเสียหายสะสมในระยะยาวใน ปั จ จุ บั น ระบบยึ ด รางชนิ ด W-Clip ได้รับการพัฒนาให้มีหลายรุ่น/หลายแบบ เพื่อตอบสนองต่อความต้องการใช้งานที่แตกต่างกันในแต่ละ ประเภทของทางรถไฟ โดยชนิดที่พบได้บ่อย เช่น W1, W2, W3, W4, W5, W10, W14, W21, W30 ฯลฯ ซึ่งแต่ละชนิดจะมีความแตกต่างกันทั้งในด้านขนาด รูปแบบ การรับแรง และวัสดุที่ใช้ผลิต เช่น W14: นิยมใช้กับรางขนาดมาตรฐานและรางขนาดใหญ่ เช่น ราง UIC60 W21: ใช้กับรางที่ต้องการ แรงยึดสูงขึ้น และเพิ่มความปลอดภัย W30: พัฒนาเพื่อรองรับรถไฟความเร็วสูง มีความแข็งแรงและ ยืดหยุ่นมากขึ้น โดยแต่ละชนิดยังอาจมีการปรับปรุงรายละเอียดของชิ้นส่วน เช่น รูปทรงของชิ้นส่วน ในระบบ W-clip ลักษณะของน็อต หรือการเคลือบผิว เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการป้องกันการ 1 กัดกร่อนและยืดอายุการใช้งาน นอกจากนี้ ยังมีการเลือกใช้ชนิดของ W-Clip ให้เหมาะสมกับสภาพ การใช้งาน เช่น ใช้กับหมอนคอนกรีต หมอนไม้ หรือหมอนเหล็ก ตลอดจนเลือกระบบประกอบร่วมกับ แผ่นรองใต้ราง (Rail Pad) และชุดประกอบอื่นๆ เพื่อเสริมประสิทธิภาพการดูดซับแรงกระแทกและ ลดการสั่นสะเทือน 1.2 วัตถุประสงค์ของโครงงาน 1.2.1 ศึกษาและวิเคราะห์พฤติกกรรมเชิงกลทางกลของระบบชุดยึดรางแบบยืดหยุ่นชนิด W 1.2.2 ออกแบบและวิเคราะห์โครงสร้างของระบบด้วย Finite Element Analysis Method 1.2.3 พัฒนาระบบชุดยึดรางแบบยืดหยุ่นชนิด W 1.3 กลุม่ เป้าหมาย (Target Users) 1.3.1 1.3.2 หน่วยงานรัฐ/รัฐวิสาหกิจด้านระบบราง เช่น การรถไฟแห่งประเทศไทย (รฟท.) ผู้ดาเนินการระบบรางในเมือง เช่น ระบบรถไฟฟ้า BTS, MRT 1.4 ขอบเขตของโครงงาน 1.4.1 ศึกษาและวิเคราะห์คุณสมบัติของวัสดุที่เหมาะสมสาหรับการผลิต W-Clip โดยพิจารณา ปัจจัยด้านความแข็งแรง น้าหนักที่เหมาะสม และความทนทานต่อสภาวะแวดล้อมที่หลากหลาย รวมถึงศึกษากระบวนการผลิตที่ สามารถตอบสนองต่อความต้องการด้านวิศวกรรมการใช้งาน 1.4.2 ออกแบบและพัฒนาโครงสร้างของ W-Clip โดยมุ่งเน้นให้สามารถรองรับแรงกระทาใน ทิศทางต่าง ๆ ได้อย่างมี เสถียรภาพ และเพิ่มประสิทธิภาพในการติดตั้งและถอดประกอบ 1.4.3 รวบรวม ศึกษา และวิเคราะห์ข้อมูลมาตรฐานการทดสอบแรงยึดเหนี่ยวราง, การทดสอบ แรงยึดเหนี่ยวข้างราง, การทดสอบแรงยึดเหนี่ยวแนวดิ่ง , การทดสอบการรองรับแรงซ้า การทดสอบ การกระจายแรงผ่านแผ่นรองราง, การทดสอบแรงหนีบของราง, การทดสอบการนาไฟฟ้า , การ ทดสอบการกัดกร่อน, การทดสอบขนาดและรูปร่าง, การทดสอบการประกอบ ของระบบยึดรางชนิด W-Clip เพื่อนามากาหนดเกณฑ์คุณสมบัติขั้นต่าที่ชิ้นงานต้องมี และใช้เป็นแนวทางในการ ประเมิน ประสิทธิภาพของแบบจาลองที่ได้รับการพัฒนา 2 1.5 ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ (Expected Benefits) 1.5.1 ลดการนาเข้าและเพิ่มการใช้สินค้าภายในประเทศ เพื่อสนับสนุนอุตสาหกรรมใน ประเทศและเสริมสร้างความมั่นคงทางเศรษฐกิจ1.5.2 เพิ่มประสิทธิภาพ ความปลอดภัย โดยเน้นการ ออกแบบที่แข็งแรง ทนทาน และเหมาะสมกับการใช้งานจริง 1.5.3 ลดปัญหาการโจรกรรม โดยพัฒนาระบบให้มีความปลอดภัยสูงและยากต่อการถอด ถอนหรือขโมยชิ้นส่วน 1.5.4 ต่อยอดความรู้ด้านวิศวกรรมการออกแบบและทดสอบโครงสร้างระบบราง เพื่อส่งเสริม การวิจัยและพัฒนาทางเทคโนโลยีในประเทศ 1.6 งบประมาณ งบประมาณรวม: 10,000 บาท แบ่งใช้ในรายการดังนี้ รายการ รวม จานวนเงิน (บาท) 0 0 3 1.7 แผนการดาเนินงาน (Project Timeline) แผนภาพที่ 1.1 แสดงการแผนการดาเนินงานในการทาโครงงาน 4 จากแผนภาพที่ 1.1 แผนการดาเนินงานในการทาโครงงานมี 4 Phase ดังนี้ 1. Phase 1 หรือ Proposal ศึกษาข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับชุดยึดรางแบบ SKL 14 ที่มีการใช้งานจริงในปัจจุบัน โดยศึกษา ลักษณะการทางานของระบบ SKL 14 จากแหล่งข้อมูลทั้งในประเทศและต่างประเทศ วิเคราะห์ สมรรถนะเชิงกลของแต่ละชิ้นส่วนหลัก เช่น คลิปยึดราง SKL 14 แผ่นรองราง พุกฝัง สกรูยึดราง และ ชิ้นส่วนประกอบอื่นๆ รวมถึงเปรียบเทียบข้อดีข้อเสียและประสิทธิภาพของระบบ SKL 14 กับระบบ ยึดรางประเภทอื่น เช่น E-Clip, KPO Clip, W-Clip ฯลฯ พร้อมทั้งศึกษามาตรฐานการออกแบบและ มาตรฐานการทดสอบที่เกี่ยวข้อง เช่น EN 13481-1, EN 13146 และ UIC 864-5 เพื่อใช้กาหนด เกณฑ์และข้อกาหนดที่เหมาะสมในการพัฒนาระบบ 2. Phase 2 หรือ Progress 1 ศึกษารายละเอียดในการออกแบบ มาตรฐาน ข้อกาหนด และสิทธิบัตรหรือข้อบังคับอื่น ๆ ที่ เกี่ยวข้องกับระบบยึดราง SKL 14 ให้ครบถ้วน นาข้อมูลที่ได้มาใช้ในการกาหนดคุณสมบัติต่างๆ ของ ชิ้นส่วนและระบบโดยรวม เพื่อเตรียมความพร้อมสาหรับการออกแบบและสร้างแบบจาลองต่อไป 3. Phase 3 หรือ Progress 2 ออกแบบและพัฒนาโครงสร้างชุดยึดราง SKL 14 โดยเน้นการทดสอบและปรับปรุงสมรรถนะ ทางกล ผ่านการวิเคราะห์และทดสอบแบบจาลองโดยใช้โปรแกรม SolidWorks และ Abaqus เพื่อให้ มั่นใจว่าสามารถตอบสนองต่อแรงกระทาในสภาวะการใช้งานจริง รวมถึงสามารถแก้ไขจุดบกพร่อง หรือปรับปรุงให้สอดคล้องกับมาตรฐานและข้อกาหนด 4. Phase 4 หรือ Final นาจุดบกพร่องหรือข้อที่พบจากการทดสอบในเฟสก่อนหน้ามาพัฒนาและปรับปรุงให้เป็น ต้นแบบ (Prototype) ที่เหมาะสม พร้อมทั้งสรุปผลการดาเนินงานและจัดทาข้อเสนอแนะสาหรับการ ผลิตและใช้งานในอนาคต เพื่อมุ่งสู่การนาไปใช้จริงในงานระบบรางภายในประเทศ ในการแสดงแผนงานด้วย Gantt Chart ในรายงานฉบับนี้ • สัญลักษณ์ลูกศร ( ) (แทรกลูกศรในช่องว่าง) หมายถึงแผนการดาเนินงาน (Plan) • แถบสีเขียว ( █ ) (แทรกสีเขียวในช่องว่าง) หมายถึงผลการดาเนินงานจริง (Actual) 5 1 เอกสาร PJ01 และ Checklist 2 Product planning 2.1 Roles member 2.2 Planning 3 รายงาน 3.1 ที่มาและความสาคัญของปัญหา 3.2 Customer segment 3.3 Identify customer need 3.4 วัตถุประสงค์ 3.5 ขอบเขตของโครงงาน 4 Benchmarking 5 Litereture review 5.1 ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับระบบชุดยึดเหนี่ยวราง 5.2 โครงสร้างและองค์ประกอบของชุดยึดเหนี่ยวรางแบบ W 5.3 หลักการทางานของชุดยึดเหนี่ยวรางแบบ W 5.4 คุณสมบัติเชิงกลที่สาคัญของชุดยึดเหนี่ยวราง 5.5 วัสดุที่ใช้และคุณสมบัติที่เกี่ยวข้อง 5.6 มาตรฐานสากลและมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง P&A วีรภัทร์ 100% P&A วีรภัทร์ 100% P&A นรบดี 100% P&A นรบดี 100% P&A นรบดี 100% P&A วีรภัทร์ 100% P&A จีรวัฒน์ 100% P&A วีรภัทร์ 100% P&A นรบดี 70% P&A นรบดี 100% P&A จีรวัฒน์ 100% P&A จีรวัฒน์ 100% P&A จีรวัฒน์ 100% P&A นรบดี 80% P&A 6 W6 W7 12-18 Aug 100% W5 5-11 Aug นรบดี W4 29 Jul-4 Aug Proposal Status W3 22-28 Jul Phase 1 Responsible W2 15-21 Jul Task Description W1 8-14 Jul Item Plan & Actual 1-7 Jul ตารางที่ 1.1 แสดงแผนการดาเนินงานใน Phase 1 5.7 งานวิจัย 5.8 บทสรุปทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง 6 แนวคิดหลักการในการแก้ปัญหา 7 อุปกรณ์และงบประมาณที่คาดว่าจะใช้ 8 แผนการดาเนินงาน 9 Product design specification (PDS) & Standard 9.1 Requirements 9.2 Constraints 9.3 Standard 10 Power Point 11 วันสอบหัวข้อโครงการ จีรวัฒน์ 100% P&A วีรภัทร์ 100% P&A จีรวัฒน์ 100% P&A วีรภัทร์ 100% P&A นรบดี 100% P&A นรบดี 100% P&A นรบดี 100% P&A วีรภัทร์ 100% P&A ทุกคน 100% P&A 7 W7 12-18 Aug P&A W6 5-11 Aug 100% W5 29 Jul-4 Aug นรบดี W4 22-28 Jul Proposal Status W3 15-21 Jul Phase 1 Responsible W2 8-14 Jul Task Description W1 1-7 Jul Item Plan & Actual 1 Design Requirements 2 Product planning 2.1 Roles member 2.2 Planning 3 Standard 3.1 มาตรฐานการทดสอบแรงกด 3.2 3.3 มาตรฐานการทดสอบแรงต้านตามแนว ราง มาตรฐานการทดสอบแรงกระทาจาก ด้านข้าง 3.4 มาตรฐานการทดสอบแรงบิด 4 Constrains and Multiple choice solution 5 Prototype 5.1 Concept generation 6 Simulation 6.1 ปรับปรุงโครงสร้างเพื่อ Simulation 6.2 Simulation basics 6.3 Simulation test 7 รายงาน 7.1 ทฤษฎีรางรถไฟ 7.2 7.3 การเลือกใช้เทคนิคและเครื่องมือที่ เหมาะสมสาหรับงานวิศวกรรม ส่วนประกอบโครงสร้างชุดยึดเหนี่ยว SKL-14 7.4 ทฤษฎีการทดสอบ 7.5 บันทึกการ Simulation จีรวัฒน์ 100% P&A นรบดี 100% P&A นรบดี 100% P&A จีรวัฒน์ 100% P&A วีรภัทร์ 100% P&A วีรภัทร์ 100% P&A วีรภัทร์ 100% P&A นรบดี 100% P&A วีรภัทร์ 100% P&A จีรวัฒน์ 100% P&A จีรวัฒน์ 90% P&A วีรภัทร์ 100% P&A นรบดี 100% P&A วีรภัทร์ 100% P&A นรบดี 70% P&A 8 W10 W1 1 3 Nov-9 Nov P&A W9 27 Oct-2 Nov 100% W8 20 Oct-26 Oct นรบดี W7 13 Oct-19 Oct P&A W6 6 Oct-12 Oct 100% W5 29 Sep-5 Oct วีรภัทร์ W4 22 Sep-28 Sep Progress 1 Status W3 15 Sep-21 Sep Phase 2 Responsibl e W2 1 8 Sep-14 Sep Task Description W1 1 Sep-7 Sep Item Plan & Actua l 25 Aug-31 Aug ตารางที่ 1.2 แสดงแผนการดาเนินงานใน Phase 2 8 แนวคิดหลักการในการแก้ปัญหา 9 แผนการดาเนินงาน 10 Power Point 11 วันสอบหัวข้อโครงการ 100% P&A ทุกคน 100% P&A 9 W1 1 3 Nov-9 Nov วีรภัทร์ W10 27 Oct-2 Nov P&A W9 20 Oct-26 Oct 100% W8 13 Oct-19 Oct นรบดี W7 6 Oct-12 Oct P&A W6 29 Sep-5 Oct 70% W5 22 Sep-28 Sep จีรวัฒน์ W4 15 Sep-21 Sep Progress 1 Status W3 1 8 Sep-14 Sep Phase 2 Responsibl e W2 1 Sep-7 Sep Task Description W1 25 Aug-31 Aug Item Plan & Actua l 1 Industrial design & Business 2 Design Requirements 3 Product planning 3.1 Roles member วีรภัทร์ 100% P&A 3.2 Planning นรบดี 100% P&A 4 การคานวณ จีรวัฒน์ 100% P&A 5 Simulation 5.1 Simulation verification 5.2 Comfiguration/Parametric design by simulation นรบดี 90% P&A จีรวัฒน์ 100% P&A 6 รายงาน 6.1 ตรวจสอบความถูกต้องระหว่าง โปรแกรมและการคานวณ นรบดี 90% P&A 7 แผนการดาเนินงาน วีรภัทร์ 100% P&A 8 Power Point วีรภัทร์ 100% P&A 9 วันสอบหัวข้อโครงการ ทุกคน 100% P&A 10 W10 W1 1 2 Feb-9 Feb P&A W9 26 Jan-1 Feb 100% W8 19 Jan-25 Jan นรบดี W7 12 Jan-18 Jan P&A W6 5 Jan-11 Jan 100% W5 29 Dec-4 Jan จีรวัฒน์ Prototype W4 22 Dec-28 Dec Progress 2 Status W3 15 Dec-21 Dec Phase 3 Responsibl e W2 8 Dec-14 Dec Task Description W1 1 Dec-7 Dec Item Plan & Actua l 24 Nov-30 Nov ตารางที่ 1.3 แสดงแผนการดาเนินงานใน Phase 3 1 การทดสอบและการทดลอง 2 สรุปผลการทดสอบ 3 จัดทาเล่มปริญญานิพนธ์ จีรวัฒน์ 90% P&A 11 W10 W1 1 21 Apr - 27 Apr P&A W9 14 Apr - 20 Apr 80% W8 7 Apr - 13 Apr วีรภัทร์ W7 31 Mar - 6 Apr P&A W6 24 Mar - 30 Mar 80% W5 17 Mar - 23 Mar นรบดี W4 10 Mar - 16 Mar Final Status W3 3 Mar - 9 Mar Phase 4 Responsibl e W2 24 Feb - 2 Mar Task Description W1 17 Feb - 23 Feb Item Plan & Actua l 10 Feb - 16 Feb ตารางที่ 1.4 แสดงแผนการดาเนินงานใน Phase 4 บทที่ 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง (Literature Review) 2.1 ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับระบบชุดยึดเหนี่ยวราง (Rail Fastening System Fundamentals) ระบบชุดยึดเหนี่ยวรางมีหน้าที่ยึดติดรางรถไฟให้แน่นหนากับหมอน เพื่อป้องกันไม่ให้รางมีการ เคลื่อนที่ในขณะใช้งาน และเพื่อรับแรงกระแทกจากล้อรถไฟ ระบบยึดรางสามารถแบ่งเป็นสองกลุ่มหลักคือ • Elastic Rail Fastening System เช่น Pandrol W-Clip, SKL Clip, E-Clip • Non-Elastic Rail Fastening System เช่น KPO Clip, Nabla Clip, Bolt & Base Plate รูปที่ 2.1 ชุดยึดเหนี่ยวประเภท Elastic รูปที่ 2.2 ชุดยึดเหนี่ยวประเภท Non-Elastic 12 โดยเราจะทาการมุ่งเน้นไปที่การศึกษาชุดยึดเหนี่ยวรางแบบ SKL ที่ถูกจัดอยู่ในกลุ่ม Elastic Rail Fastening System ซึ่งใช้ W-Clip ที่เป็นชิ้นส่วนหลักในการยึดตัวราง จากบทนาที่ได้กล่าวว่า ใน ปัจจุบันนั้น ระบบยึดเหนี่ยวรางชนิด W นั้น มีใช้อยู่แพร่หลายและมีอยู่หลากหลาย เช่น W1, W2, W3, W4, W5, W10, W14, W21, W30 ฯลฯ ซึ่งมีรายละเอียดดังนี้ 2.1.1 W1 Clip • ขนาด: 13 mm • รับโหลด: ~7–8 kN • การใช้งาน: รางน้าหนักเบา, รางรถไฟสายรอง, งานซ่อมบารุงทั่วไป • ข้อดี : ราคาถูก ติดตั้งง่าย และหาอะไหล่ง่าย • ข้อเสีย : รับแรงได้น้อย ไม่เหมาะกับรางที่มีโหลดสูงและเสื่อมสภาพเร็วหากใช้งานหนัก 2.1.2 W2 Clip • ขนาด: 13 mm • รับโหลด: ~9 kN • การใช้งาน: รางโดยสาร, รางมาตรฐาน, งานทางรถไฟทั่วไป • ข้อดี : รับแรงได้มากขึ้น ใช้งานแพร่หลาย ดูแลรักษาง่าย • ข้อเสีย : ยังไม่เหมาะกับรางขนส่งหนัก อาจต้องเปลี่ยนบ่อยหากใช้งานหนัก 2.1.3 W3 Clip • ขนาด: 13 mm • รับโหลด: ~10 kN • การใช้งาน: รางโดยสาร, รางมาตรฐาน, ทางที่มีแรงสั่นสะเทือนมาก • ข้อดี : เพิ่ม toe load ได้ดี ลดการคลายตัวของราง • ข้อเสีย : ราคาแพงกว่า W2 เล็กน้อย และซับซ้อนขึ้นในการผลิต 13 2.1.4 W4 Clip • ขนาด: 14 mm • รับโหลด: ~11 kN • การใช้งาน: รางขนส่งสินค้า, รางหนัก • ข้อดี : รับแรงโหลดได้สูง แข็งแรงและทนทาน • ข้อเสีย : น้าหนักมาก ต้นทุนสูงกว่า W3 และต้องใช้กับฐานรองรางที่แข็งแรง 2.1.5 W5 Clip • ขนาด: 14 mm • รับโหลด: ~12 kN • การใช้งาน: รางขนส่งสินค้าและผู้โดยสาร, รางหนัก • ข้อดี : ทนต่อแรงกระแทกและแรงล้า อายุการใช้งานยาวนาน • ข้อเสีย : ราคาสูง ใช้กับรางน้าหนักเบาไม่ได้ 2.1.6 W10 Clip • ขนาด: 13 mm • รับโหลด: ~10.5 kN • การใช้งาน: รางมาตรฐาน, รางหนัก, งานที่ต้องการความแข็งแรงเพิ่ม • ข้อดี : แข็งแรงและทนทาน เหมาะกับงานที่มีแรงกระแทก • ข้อเสีย : ราคาแพงกว่า W3 ยังไม่เหมาะกับรางโหลดหนักสุด 2.1.7 W14 Clip • ขนาด: 14 mm • รับโหลด: ~14 kN • การใช้งาน: รางความเร็วสูง, รางหลัก, งานที่ต้องการความปลอดภัยสูง • ข้อดี : รับแรงและแรงล้าได้สูง อายุการใช้งานนาน • ข้อเสีย : ราคาสูง ต้องการฐานรองราง/อุปกรณ์เสริมคุณภาพดี 14 2.1.8 W21 Clip • ขนาด: 14 mm • รับโหลด: ~15 kN • การใช้งาน: รางความเร็วสูงพิเศษ, ทางรถไฟที่มีโหลดสูงสุด • ข้อดี : ทนแรงสูงมาก ลดการสึกกร่อนของจุดวางราง • ข้อเสีย : ราคาแพง ผลิตและติดตั้งยากกว่าแบบทั่วไป 2.1.9 W30 Clip • ขนาด: 14 mm • รับโหลด: ~16 kN • การใช้งาน: รางพิเศษ เช่น ราง slab track, รถไฟแม่เหล็ก, รางเทคโนโลยีใหม่ • ข้อดี : รับแรงและแรงสั่นสะเทือนสูงสุด เหมาะกับเทคโนโลยีสมัยใหม่ • ข้อเสีย : ราคาสูงมาก มีใช้งานเฉพาะทาง ต้องใช้อุปกรณ์เสริมเฉพาะ 2.2 โครงสร้างและองค์ประกอบของชุดยึดเหนี่ยวรางแบบ W (W-Clip Fastening System Components) ชุดยึดเหนี่ยวรางแบบ W-Clip ประกอบด้วยชิ้นส่วนสาคัญดังนี้: 1. SKL-14 5. Screw spike 2. Rail Seat Insulator 6. Concrete Sleeper 3. Rail Pad 7. Rail UIC 60 4. Dowel 8.Stell washer รูปที่ 2.3 โครงสร้างและองค์ประกอบของชุดยึดเหนี่ยวรางแบบ W 15 2.2.1 สปริงคลิป (SKL-14) ทาจากเหล็กสปริงกาลังสูง เช่น 60SiCr7 หรือ 65Si7 ผ่านกระบวนการอบชุบความร้อนเพื่อ เพิ่มความยืดหยุ่นและความแข็งแรง คลิปมีลักษณะโค้งรูปตัว W โดยเมื่อขันสกรูให้แน่น คลิปจะเกิด การโก่งตัวและสร้างแรงหนีบหัวรางลงบนหมอนคอนกรีต แรงหนีบที่เกิดขึ้นมีค่าประมาณ 9 ถึง 12 กิโลนิวตันต่อคลิป และสามารถคืนรูปได้เองเมื่อแรงถูกปลดออก ซึ่งเป็นกลไกสาคัญในการรักษาความ แน่นของจุดยึด รูปที่ 2.4 สปริงคลิป (SKL-14) 2.2.2 แผ่นฉนวน (Rail Seat Insulator) ทาจากพลาสติกวิศวกรรมชนิด PA 6.6 หรือ HDPE ทาหน้าที่รองรับแรงจากคลิปและป้องกัน การสัมผัสระหว่างโลหะกับโลหะระหว่างคลิปและราง นอกจากนั้นยังช่วยเป็นฉนวนไฟฟ้าเพื่อลดการ รั่วไหลของกระแสไฟในระบบรางไฟฟ้า อีกทั้งยังช่วยกาหนดมุมและตาแหน่งของคลิปให้คงที่ ทาให้ แรงกดบนหัวรางมีความสม่าเสมอ รูปที่ 2.5 แผ่นฉนวน (Rail Seat Insulator) 16 2.2.3 แผ่นรองราง (Rail Pad) ทาจากยาง EPDM หรือ HDPE มีค่าความแข็งแนวดิ่งประมาณ 70 ถึง 120 กิโลนิวตันต่อ มิลลิเมตร แผ่นรองรางทาหน้าที่ดูดซับแรงกระแทกและการสั่นสะเทือนจากการวิ่งของขบวนรถไฟ รวมถึงกระจายแรงจากฐานรางลงสู่หมอนคอนกรีตอย่างสม่าเสมอ เพื่อป้องกันการแตกร้าวของหมอน และลดเสียงรบกวนระหว่างการใช้งาน รูปที่ 2.6 แผ่นรองราง (Rail Pad) 2.2.4 ปลอกพลาสติก (Dowel) ทาจาก PA 6 หรือ HDPE เป็นตัวกลางในการรับแรงจากสกรูลงสู่คอนกรีต ปลอกดังกล่าว ช่วยป้องกันการแตกร้าวของคอนกรีตเมื่อเกิดแรงขันซ้าหลายครั้ง และช่วยควบคุมทิศทางของแรงให้ ตั้งฉากกับพื้นหมอน ทาให้แรงดึงและแรงกดภายในหมอนกระจายตัวอย่างเหมาะสม รูปที่ 2.7 ปลอกพลาสติก (Dowel) 2.2.5 สกรูยึด (Screw Spike) เป็นสกรูเกลียวขนาด M22 ถึง M24 ทาจากเหล็กกล้าคาร์บอนเกรด 8.8 ตามมาตรฐาน ISO 898-1 มีความยาวประมาณ 150 ถึง 170 มิลลิเมตร เมื่อขันด้วยแรงบิดประมาณ 200 ถึง 300 นิวตัน เมตร จะเกิดแรงดึงภายในประมาณ 40 ถึง 60 กิโลนิวตัน ซึ่งถ่ายลงยังคลิปและเกิดแรงกดที่หัวราง ประมาณ 10 กิ โ ลนิ ว ตั น ต่ อ คลิ ป สกรู จึ ง เป็ น ชิ้ น ส่ ว นที่ ส ร้า งแรงหนี บ หลั ก ของระบบและยึ ด ส่วนประกอบทั้งหมดเข้าด้วยกันอย่างมั่นคง 17 รูปที่ 2.8 สกรูยึด (Screw Spike) 2.2.6 หมอนคอนกรีต (Concrete Sleeper) ผลิตจากคอนกรีตกาลังอัดสูงมากกว่า 40 เมกะพาสคาล หมอนคอนกรีตทาหน้าที่รับแรงจาก รางทั้งในแนวดิ่ง แนวข้าง และแรงตามแนวราง พร้อมกระจายแรงดังกล่าวลงสู่ชั้นหินรองทาง (ballast) หมอนยังช่วยควบคุมระยะห่างของรางและรักษาแนวทางให้คงที่ตามมาตรฐาน UIC 60 ซึ่ง ใช้มุมลาดของที่นั่งราง 1:40 เพื่อให้การรับแรงเป็นไปอย่างถูกต้อง รูปที่ 2.9 หมอนคอนกรีต (Concrete Sleeper) 2.2.7 ราง (Rail) ในระบบนี้ใช้รางชนิด UIC 60 ผลิตจากเหล็กกล้าเกรด 900A ถึง 1100 มีน้าหนัก 60 กิโลกรัม ต่อเมตร รางทาหน้าที่รับแรงจากล้อรถไฟและส่งต่อแรงดังกล่าวผ่านแผ่นรองรางและคลิปเข้าสู่หมอน คอนกรีต เพื่อให้ระบบทางรถไฟสามารถรับแรงและคงสภาพเชิงเรขาคณิตได้อย่างมั่นคง รูปที่ 2.10 ราง (Rail) 18 2.2.8 แหวนรองเหล็ก (Steel Washer) เป็นแผ่นเหล็กกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 40–50 มิลลิเมตร ทาหน้าที่กระจายแรง ขันของหัวสกรูให้สม่าเสมอและลดการฝังของหัวสกรูลงในคลิป ช่วยป้องกันความเสียหายของพื้นผิว คลิปขณะขัน และทาให้แรงดึงที่ส่งต่อจากสกรูลงสู่คลิปมีความสม่าเสมอมากขึ้น แหวนรองยังช่วยเพิ่ม อายุการใช้งานของคลิปและสกรูโดยลดการล้าของวัสดุในบริเวณสัมผัส รูปที่ 2.11 แหวนรองสปริง (Spring Washer) 2.3 หลักการทางานของชุดยึดเหนี่ยวรางแบบ W (Operating Principles of W-Clip System) เมื่อทาการติดตั้งชุดยึดเหนี่ยวรางแบบ W-Clip แล้ว ตัวคลิปสปริงจะถูกบีบอัด เพื่อให้เกิดแรง กดที่ เ หมาะสมบนราง แรงที่ เ กิ ด ขึ้ น จะถู ก ถ่า ยทอดลงสู่ ห มอนผ่านแผ่น รองราง ซึ่ ง ช่ ว ยดู ดซับ แรงสั่นสะเทือนและแรงกระแทกได้ดีเยี่ยม ส่งผลให้ระบบรางมีความมั่นคง ปลอดภัย และมีอายุการใช้ งานยาวนาน 19 2.4 คุณสมบัติเชิงกลที่สาคัญของชุดยึดเหนี่ยวราง (Mechanical Performance) สรุปตารางแสดงเกณฑ์คุณสมบัติเชิงกลขั้นต่า ตารางที่ 2.1 แสดงเกณฑ์คุณสมบัติเชิงกลขั้นต่าตามมาตรฐาน EN 13481-1 และ EN 13146 คุณสมบัติ EN 13481-1/EN 13146 Vertical Load Capacity EN 13481-1 Toe Load (Clamping Force) EN 13481-1, EN 13146 Lateral Resistance EN 13481-1, EN 13146 Longitudinal Resistance EN 13481-1, EN 13146 Fatigue Resistance (Load EN 13481-1, EN 13146 Cycles) ค่าเกณฑ์ขั้นต่า ≥ 60 kN ≥ 8 kN ≥ 9 kN ≥ 7 kN ≥ 3,000,000 รอบ หมายเหตุ: • ตัวเลขข้างต้นเป็น “เกณฑ์ขั้นต่า” ตามข้อกาหนดของมาตรฐานสาหรับระบบรางมาตรฐาน ทั่วไป (main line) • บางประเภท (เช่น high-speed, metro, tram) อาจมีเกณฑ์สูงกว่านี้ • การทดสอบต้องทาตามวิธีที่ EN 13146 กาหนด 2.5 วัสดุที่ใช้และคุณสมบัติที่เกี่ยวข้อง (Material Selection and Properties) วัสดุที่เลือกใช้สาหรับการผลิตชิ้นส่วนแต่ละชิ้นมีความสาคัญโดยตรงต่อสมรรถนะและความคงทน ของระบบชุดยึดเหนี่ยวราง โดยมีวัสดุหลักๆ ได้แก่ : • เหล็กกล้าสปริง (Spring Steel) • ยางธรรมชาติหรือสังเคราะห์ (Rail Pad) • พลาสติกวิศวกรรม (Insulator) • เหล็กเกรดสูง (Screw Spike, Dowel & Anchor) 20 ตารางที่ 2.2 คุณสมบัติวัสดุและมาตรฐานของแต่ละชิ้นส่วนในระบบชุดยึดรางแบบ W Clip มาตรฐานการ อุปกรณ์ วัสดุ มาตรฐานการทดสอบ ออกแบบ EN 13906-1 และ EN 13146-1, EN 13146-9, SKL-14 clip 60Si7,38Si7 UIC 864-5 และ EN 13481-2 Rail Seat PA 6.6 (Nylon 66) UIC 864-5 ISO 527 และ EN 13146-4 Insulator หรือ HDPE EN 13146-9 และ Rail Pad EPDM หรือ SBR EN 13146-5 UIC 864-5 UIC 864-5 และ EN EN 13146-6 และ EN Dowel PA 6 หรือ HDPE 13481-2 13146-4 เหล็กกล้าคาร์บอน EN 13481-2 และ Screw Spike ISO 898-1 และ EN 13146-7 เกรด 8.8 UIC 864-5 Concrete EN 13230-2 และ EN 13230-5 และ EN Concrete Sleeper UIC 713 13146-1 เหล็กกล้าเกรด 900A UIC 860 และ EN Rail EN 13262 และ EN 10002-1 ถึง 1100 13674-1 เหล็กคาร์บอนหรือ ISO 7089 / ISO Steel Washer เหล็กกล้าเคลือบ ISO 6507-1 และ ISO 9227 7090 สังกะสี 2.6 มาตรฐานสากลและมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง (Relevant Standards) มาตรฐานที่เกี่ยวข้องโดยตรงในการออกแบบและการทดสอบระบบชุดยึดเหนี่ยวราง ได้แก่ 2.6.1 EN 13146 series เป็นมาตรฐานยุโรปสาหรับ “วิธีการทดสอบระบบยึดราง” (Railway applications – Track – Test methods for fastening systems) ครอบคลุมวิธีการทดสอบสมรรถนะทางกล ความ แข็งแรง ความทนทาน และการรับแรงล้าในสภาวะจริง 21 1. EN 13146-1 การทดสอบแรงต้า นการเลื่ อ นตามแนวราง ( Longitudinal Rail Restraint) 2. EN 13146-2 การทดสอบแรงต้านการบิด (Torsional Resistance) 3. EN 13146-3 การทดสอบการลดแรงกระแทก (Attenuation of Impact Loads) 4. EN 13146-4 การทดสอบความล้า (Fatigue Test) 5. EN 13146-5 การทดสอบความต้านทานไฟฟ้า (Electrical Resistance) 6. EN 13146-6 การทดสอบค่าความแข็งในแนวดิ่ง (Vertical Stiffness) 7. EN 13146-7 การทดสอบแรงหนีบ (Clamping Force) 8. EN 13146-8 การทดสอบใช้งานภาคสนาม (In-Service Test) 9. EN 13146-9 การทดสอบแรงขัน (Assembly Torque) 10. EN 13146-10 การทดสอบความเสถียรของระบบบนแผ่นฐาน (Baseplate Testing) 2.6.2 EN 13481 series เป็นมาตรฐานที่กาหนดคุณสมบัติและเกณฑ์การทดสอบของชุดยึดราง เช่น ความแข็งแรง ความทนทานต่อแรงล้า การยึดแน่น และความปลอดภัยของระบบยึดรางที่ใช้งานบนหมอนคอนกรีต หมอนไม้ หมอนเหล็ก ทางแผ่น (slab track) และระบบอื่น ๆ มาตรฐานนี้ถูกใช้เป็นเกณฑ์กลางในการ ออกแบบ ผลิต และรับรองคุณภาพระบบยึดรางในอุตสาหกรรมรถไฟทั่วโลก เพื่อให้มั่นใจว่าระบบมี ความแข็งแรงและปลอดภัยเพียงพอสาหรับการใช้งานจริง 1. EN13481-1 Railway applications – Track – Performance requirements for fastening systems กาหนดนิยามและคาศัพท์เฉพาะที่ใช้ในมาตรฐานชุดนี้ 2. EN13481-2 กาหนดข้อกาหนดด้านสมรรถนะสาหรับระบบยึดรางที่ใช้กับหมอนคอนกรีต 3. EN13481-3 ข้อกาหนดสาหรับระบบยึดรางบนหมอนไม้ 4. EN13481-4 ข้อกาหนดสาหรับชุดยึดรางบนหมอนเหล็ก 5. EN13481-5 ข้อกาหนดสาหรับระบบยึดรางที่ใช้กับทางรถไฟแบบทางแผ่น (Slab Track) 6. EN13481-6 สาหรับระบบยึดรางที่ใช้กับชุดสับเปลี่ยน (turnout) และทางแยก 22 7. EN13481-7 ข้อกาหนดสาหรับระบบยึดรางฝัง (embedded rail) 8. EN13481-8 ข้อกาหนดสาหรับระบบยึดรางในรถไฟฟ้าขนาดกลางและเบา เช่น รถราง (tram) 2.7 การทดสอบโดยการทา Simulation จากการรวบรวมข้อมูลทั่วไปและมาตรฐานที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ในระบบยึดเหนี่ยวรางรถไฟ ผู้จัดทาได้ดาเนินการปรับปรุงรูปแบบโครงสร้างของชุดยึดรางให้เหมาะสมกับการจาลองการทางาน เพื่อให้สามารถดาเนินการ Simulation ในโปรแกรม Abaqus ได้อย่างถูกต้องและสอดคล้องกับ สภาวะการทดสอบ โดยมีการกาหนดเงื่อนไขการทางานให้ใกล้เคียงกับการใช้งานจริง เช่น การสร้าง แรงหนีบ (Clamping Force) เพื่อจาลองแรงยึดเหนี่ยวระหว่างรางกับอุปกรณ์ยึดราง ในขณะเดียวกัน ได้มีการนาวิธีการวิเคราะห์ด้วย Finite Element Analysis (FEA) มาใช้ในการศึกษาพฤติกรรมการ กระจายความเค้นและการรับแรงภายในโครงสร้างของระบบยึดเหนี่ยวราง ซึ่งช่วยให้สามารถระบุ บริเวณที่เกิดความเค้นสูงและบริเวณที่รับแรงน้อยได้อย่างชัดเจน จากผลการวิเคราะห์ดังกล่าวจึง นามาใช้เป็นแนวทางในการปรับปรุงรูปทรงของชิ้นงาน โดยลดเนื้อวัสดุในส่วนที่ไม่ได้มีบทบาทในการ รับแรงอย่างมีนัยสาคัญ ขณะเดียวกันยังคงรักษาความแข็งแรงของโครงสร้างให้อยู่ในเกณฑ์ที่กาหนด ส่งผลให้ชิ้นงานมีน้าหนักลดลงและเกิดการใช้วัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น โดยไม่ส่งผล กระทบต่อสมรรถนะการใช้งานโดยรวมของระบบ รูปที่ 2.12 แรงที่กระทาต่อชุดยึดเหนี่ยวรางแบบ W 23 รูปที่ 2.13 แผนผังการทดสอบตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง 2.7.1 การทดสอบแรงหนีบของราง (Clamping Force Test) รูปที่ 2.14 ทิศทางการดึง screw เพื่อสร้าง clamping force เป็นการทดสอบเพื่อวัดแรงกดที่ชุดยึดรางกระทาต่อราง เพื่อให้รางถูกยึดติดกับหมอนอย่าง แน่นหนา โดยแรงหนีบต้องมีค่าเพียงพอเพื่อป้องกันการเคลื่อนตัวของรางในระหว่างการใช้งานจริง 24 ค่ามาตรฐานการทดสอบ • แรงหนีบที่ต้องได้: ≥ 10 kN ต่อข้าง (ประมาณ 20 kN ต่อ 1 ชุด) หลังจากนั้นเมื่อชิ้นงานผ่านการทดสอบแรงหนีบของราง จึงนาไปดาเนินการทดสอบตามมาตรฐานทั้ง 4 การทดสอบหลัก ดังต่อไปนี้ 2.7.2 การต้านแรงกดแนวดิ่ง (resistance to vertical load) รูปที่ 2.15 ทิศทางการใส่แรงสาหรับ Vertical Test แรงกดแนวดิ่งหมายถึงความสามารถของระบบยึดรางในการรับน้าหนักจากขบวน รถไฟที่กระทาลงบนหัวรางและส่งผ่านไปยังหมอนรองรางโดยไม่เกิดความเสียหาย แรงชนิดนี้ เป็นแรงหลักที่เกิดขึ้นในระหว่างการใช้งานจริง และเป็นตัวกาหนดความแข็งแนวดิ่งของ ระบบ เพื่อให้การกระจายแรงมีความเหมาะสมและลดการแตกร้าวของหมอน ปัจจัยที่มีผลต่อแรงกดแนวดิ่ง 1. ความแข็งของแผ่นรองราง : หากอ่อนเกินไปจะยุบตัวมาก แต่หากแข็งเกินไปจะ เกิดแรงกระแทกสูง 2. แรงหนีบของคลิป : มีผลต่อแรงกดและแรงเสียดทานระหว่างรางกับหมอน 25 3. การรองรับของหมอนและพื้นทาง : ต้องแข็งแรงสม่าเสมอ 4. สภาพแวดล้อม : ความชื้นและอุณหภูมิส่งผลต่อการยืดหดของวัสดุ ค่ามาตรฐานการทดสอบ • มาตรฐาน EN 13146-9 และ EN 13481-2 กาหนดให้ระบบต้องสามารถรับแรง กดได้ไม่ต่ากว่า 100 kN โดยระบบต้องยุบตัวไม่เกิน 2 mm 2.7.3 การต้านแรงด้านข้าง (resistance to lateral load) รูปที่ 2.16 ทิศทางการใส่แรงสาหรับ lateral load test แรงด้านข้างเป็นแรงที่เกิดขึ้นในแนวตั้งฉากกับแนวราง มักเกิดจากแรงโค้งของล้อ ขณะเข้าโค้งหรือแรงกระแทกไม่สมดุลของล้อซ้ายและขวา หากระบบยึดรางไม่มีแรงต้าน เพียงพออาจทาให้รางเลื่อนและเกิดการเสียรูปของแผ่นรองราง ปัจจัยที่มีผลต่อแรงด้านข้าง 1. ค่าความฝืดระหว่างราง – แผ่นรอง – หมอน 2. แรงหนีบและมุมของคลิปที่กดราง 3. ความแข็งแรงของหมอนคอนกรีตและความเรียบของทาง 4. การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่อาจทาให้รางเลื่อน 26 ค่ามาตรฐานการทดสอบ • ตาม EN 13146-1 และ EN 13481-2 ระบบยึดรางต้องต้านแรงด้านข้างไม่ให้ เกิดการเคลื่อนตัวเกิน 0.5-1 mm ที่แรง 10 kN 2.7.4 การต้านแรงตามแนวราง (resistance to longitudinal load) แรงตามแนวรางเกิดจากการเบรก การเร่ง และการขยาย-หดตัวของรางจากอุณหภูมิ แรงนี้ส่งผลให้รางพยายามเลื่อนในแนวตามแกน ระบบต้องมีแรงหนีบและแรงเสียดทาน เพียงพอเพื่อป้องกันการเลื่อนของราง รูปที่ 2.17 ทิศทางการใส่แรงสาหรับ longitudinal load test ปัจจัยที่มีผลต่อแรงตามแนวราง 1. แรงหนีบของคลิปและค่าความฝืดของผิวสัมผัส 2. ความเรียบของหมอนและพื้นทาง 3. การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของราง 4. ความแน่นของสกรูยึดและการติดตั้งที่ถูกต้อง 27 ค่ามาตรฐานการทดสอบ • อ้างอิง EN 13146-4 และ EN 13481-2 ระบบต้องสามารถต้านแรงดึงในแนว รางได้ระหว่าง 6-12 kN โดยรางต้องเคลื่อนตัวไม่เกิน 0.5-1 mm ตามลาดับ 2.7.5 การต้านแรงบิด (resistance to torsional load) รูปที่ 2.18 ทิศทางการใส่แรงสาหรับ torsional load test แรงบิดเกิดจากการหมุนของรางรอบแกนตามยาว เช่น เมื่อแรงจากล้อซ้ายและขวา ไม่เท่ากัน หรือขณะขบวนรถเข้าโค้งด้วยความเร็วสูง ระบบต้องต้านแรงบิดได้เพียงพอเพื่อ ป้องกันการคลายของคลิป ปัจจัยที่มีผลต่อแรงบิด 1. ความแข็งของคลิปและแผ่นรองราง 2. ระยะห่างของที่นั่งรางและรูปทรงเรขาคณิตของราง 3. ความแน่นของสกรูและแรงขันเริ่มต้น 4. ความแข็งแรงของหมอนรองราง 28 ค่ามาตรฐานการทดสอบ • ตาม EN 13146-2 และ EN 13481-2 กาหนดให้ระบบต้องสามารถต้านแรงบิด ได้ไม่ต่ากว่า 3-6 kN·m โดยยอมให้รางเกิดการบิดตัวได้ไม่เกิด 1 ° 2.8 การศึกษาความเสียหายของ W-Clip (Investigation of the Failure Mechanisms of W-Clip) การที่จะออกแบบให้ระบบยึดเหนี่ยวรางชนิด W ให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นนั้น จะต้องทราบ ว่าการพังของระบบนั้นเกิดขึ้นจากสาเหตุใด จึงได้ทาการสืบค้นงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการพังของ ระบบยึดเหนี่ยวรางซึ่งอ้างอิงมาจากงานวิจัย (International Journal of Rail Transportation) จึงพบว่ามีหลายปัจจัยที่ทาให้เกิดความเสียหาย เช่น Fatigue Failure, Resonance Failure และมี ปัจจัยที่เร่งความเสียหายคือ Axle Load และ Speed, Impact Load, การติดตั้งผิดตาแหน่ง หรือ Bolt Torque ไม่ถูกต้อง, Corrosion และสภาพแวดล้อม, Thermal Expansion/Contraction โดย มีรายละเอียดดังนี้ 2.8.1. กลไกความเสียหาย (Failure Mechanism) • Fatigue Failure คลิป W-Clip จะเกิดรอยร้าวบริเวณจุดที่มี Stress Concentration สูง เช่น ส่วนโค้ง (arch/heel/toe) ของคลิป จากนั้นรอยร้าวจะลุกลามจนเกิดการแตกหัก o o • งานทดลอง Fatigue Test พบว่า การทดสอบที่ ค วามถี่ 590 Hz (เลี ย นแบบ resonance ที่เกิดจาก wheel-rail interaction) คลิปจะพัง (break) หลังจาก 4.425 ล้านรอบ หรือเพียง 125 นาที จุดแตกหักตรงกับจุดที่โมเดล FEA ทานายไว้ (สอดคล้องกับ stress concentration จาก Simulation) Resonance Failure o ความถี่ เรโซแนนซ์ (Resonant Frequency) ของคลิ ป W300-1 ที่ ติ ด ตั้ ง ด้ ว ย torque 250 Nm จะอยู่ที่ ประมาณ 520–636 Hz ซึ่งตรงกับความถี่ของแรงกระตุ้น จาก wheel polygonalisation และ rail corrugation ที่ความเร็วรถไฟ 250–350 km/h 29 o ความถี่แรงกระตุ้นที่วัดจากสนาม เช่น 522 Hz, 603 Hz, 605 Hz พบว่าไปตรงกับ modal frequency (โหมดที่ 3) ของคลิปพอดี นาไปสู่การสั่นพ้องจนเกิดความล้า แบบเร่งรัด (Accelerated Fatigue Failure) 2.8.2.ผลจากการทดลองและจาลอง • • Dynamic Fatigue Test: o คลิป W-Clip ถูกทดสอบโดยใช้ แรงกระตุ้นซ้าที่ 590 Hz ความกว้างการเคลื่ อนที่ (Amplitude) 0.05 mm o คลิปแตกหักหลังใช้งาน 125 นาที (4,425,000 cycles) o จุดแตกหักอยู่ที่ “arch” ตามที่ Simulation คาดการณ์ไว้ Finite Element Analysis (FEA): o โมเดล FEA แสดงว่า stress สูงสุดและความเสี่ยงต่อ fatigue crack จะอยู่บริเวณ arch และ heel ของคลิป o แรง clamp force ของคลิปที่ถูกออกแบบจะอยู่ที่ 10 kN (ที่ bolt torque 250 Nm) 2.8.3.ปัจจัยที่เร่งความเสียหาย • • • • • Axle Load และ Speed: o งานวิจัย Sadeghi et al. (2015) พบว่า การเพิ่มน้าหนักบรรทุก (axle load) และ ความเร็ว (speed) ของรถไฟ ส่งผลให้เกิด “plastic deformation” มากขึ้นและ ลดอายุคลิป Impact Load: o Hasap et al. (2018) ทดสอบ Fatigue พบว่า e-clip ที่รับแรงปกติทนได้ 5 ล้าน รอบ แต่เมื่อมี impact load อายุเหลือเพียง 5,468–16,839 รอบ การติดตั้งผิดตาแหน่ง หรือ Bolt Torque ไม่ถูกต้อง o modal frequency ของคลิปจะเปลี่ยนไปตามค่าคลายแรงของ bolt ถ้า torque ต่าไป อาจทาให้คลิปเกิด resonance ได้ง่ายขึ้น Corrosion และสภาพแวดล้อม: o ความชื้น ฝน หรือสารเคมี ทาให้โครงสร้างเหล็กเปราะและเกิดรอยร้าวได้ง่าย Thermal Expansion/Contraction: o รางรถไฟจะขยาย-หดตัวตามอุณหภูมิ ส่งแรงดึง/กดซ้าๆ ให้คลิป 30 2.8.4.ส่วนที่เสียหาย • • • ส่วนโค้ง (Arch) ของคลิป (Critical Point) ขอบแหลม หรือมุม (Edge) จุดสัมผัสกับรางหรือหมอน (Contact Area) 2.8.5.แนวทางการวิเคราะห์และปรับปรุง การปรับโครงสร้างคลิป เช่น การเพิ่ม Stiffness (ความแข็ง) หรือการลด Mass (มวล) ของ คลิป สามารถขยับความถี่ธรรมชาติ (modal frequency) ของคลิปให้ห่างจากความถี่แรงกระตุ้นหลัก เพื่อป้องกันการเกิด resonance failure เพิ่มความแข็งแรงให้ตัว W-Clip หลีกหนีการพังของคลิป o o เช่น การปรับขนาด diameter คลิปจาก 15 mm เป็น 15.5 mm และลดน้าหนัก จาก 0.85 kg เป็น 0.79 kg ทาให้ modal frequency เปลี่ยนจาก 585 Hz/625 Hz (เดิม) เป็น 886 Hz/1050 Hz (ปรับปรุงแล้ว) หลีกเลี่ยง resonance รูปที่ 2.19 แสดงตัวอย่างชิ้นงานที่พัง 31 (อ้างอิง : International Journal of Rail Transportation) รูปที่ 2.20 ตัวอย่างผล Simulation จาก Finite Element Analysis (FEA) 2.9 การเกิด Stress Concentration ในแบบจาลองระบบยึดราง รูปที่ 2.21 การเกิด Stress Concentration ที่ Simulation ในโปรแกรม Abaqus 32 Stress concentration คือบริเวณที่ความเค้นมีค่าสูงกว่าส่วนอื่นของชิ้นงานอย่างชัดเจน ซึ่งมักจะ เกิดในจุดที่รูปทรงมีการเปลี่ยนแปลง เช่น มุม ร่อง หรือบริเวณที่มีการรับแรงโดยตรง สาหรับ แบบจาลองระบบยึดรางชนิด SKL-14 ที่วิเคราะห์ในโปรแกรม Abaqus จะพบว่าความเค้นมักไป กระจุกอยู่บริเวณผิวสัมผัสระหว่าง Clip กับ Rail และ Insulator รวมถึงบริเวณมุมของชิ้นส่วน Insulator ซึ่งเป็นจุดที่ต้องรับแรงกดจาก Clip และแรงด้านข้างจากการทดสอบ อีกปัจจัยหนึ่งที่มีผลคือการกาหนดเงื่อนไขขอบเขต เช่น การล็อคชิ้นงานหรือการใส่แรง ซึ่งจะ ทาให้เกิดความเค้นสูงเฉพาะบริเวณใกล้จุดที่กาหนด โดยเฉพาะในกรณีที่มีการสัมผัสกันของชิ้นส่วน (contact) จะยิ่งเห็นการกระจุกตัวของความเค้นชัดขึ้น อย่างไรก็ตาม ค่าความเค้นสูงสุดที่ได้จาก Abaqus ไม่ได้หมายความว่าเป็นค่าจริงทั้งหมด เสมอไป เนื่องจากขึ้นอยู่กับความละเอียดของ mesh และลักษณะของโมเดล เช่น ในกรณีที่เป็นมุม แหลมหรือจุดสัมผัส อาจทาให้ค่า stress สูงผิดปกติได้ ดังนั้นในการวิเคราะห์ผล ควรดูการกระจายตัว ของความเค้นโดยรวมและพิจารณาค่าเฉลี่ยบริเวณใกล้เคียงร่วมด้วย มากกว่าดูเฉพาะค่าสูงสุดเพียง จุดเดียว เพื่อให้การประเมินมีความสมเหตุสมผลมากขึ้น 2.10 เทคโนโลยี RFID สาหรับระบบตรวจสอบทางรถไฟ 2.10.1 ความหมายและองค์ประกอบของ RFID RFID หรือ Radio Frequency Identification เป็นเทคโนโลยีระบุตัวตนของวัตถุ ด้วยคลื่นวิทยุ โดยอาศัย การสื่อสารระหว่างแท็ก เครื่องอ่าน และสายอากาศ ทาให้สามารถอ่าน ข้อมูลได้โดยไม่ต้องสัมผัสและไม่จาเป็นต้อง เห็นตัว แท็กตรงแนวสายตาแบบบาร์โ ค้ด ระบบ RFID ทั่วไปประกอบด้วย 3 ส่วนหลัก ได้แก่ (1) tag/transponder ซึ่งเก็บข้อมูลประจาตัวหรือรหัสอุปกรณ์ (2) reader/interrogator ซึ่งสร้างคลื่นวิทยุเพื่อกระตุ้นและรับข้อมูลจากแท็ก (3) antenna ซึ่งทาหน้าที่รับส่งพลังงานและสัญญาณระหว่าง reader กับ tag ใน ระบบใช้งานจริง มักมี ซอฟต์แวร์หรือฐานข้อมูลเชื่อมต่อเพิ่มเข้ามา เพื่อใช้เก็บรหัสประจาชิ้นส่วน ตาแหน่งติดตั้ง ประวัติการตรวจสอบ และประวัติการบารุงรักษา 33 รูปที่ 2.22 แสดงหลักการทางานของระบบ RFID (Radio Frequency Identification) 2.10.2 หลักการทางานของ RFID หลั ก การทางานของ RFID เริ่ ม จาก reader ส่ ง คลื่ น ความถี่ วิ ท ยุ อ อกไปผ่า น สายอากาศ เมื่อ tag อยู่ในบริเวณการอ่าน tag จะรับพลังงานหรือรับสัญญาณจาก reader แล้วตอบ กลับข้อมูลตามโปรโตคอลของระบบ หาก เป็น passive RFID แท็กจะไม่มีแบตเตอรี่ในตัว แต่ใช้ พลังงานจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าหรือคลื่นที่ reader ส่งมา และส่ ง ข้ อ มู ล กลั บ ด้ ว ยหลั ก การ backscatter หรือการสะท้อนกลับของสัญญาณ ในขณะที่ active RFID จะมี แบตเตอรี่ภายในและ สามารถส่งสัญญาณได้เอง จึงให้ระยะอ่านไกลกว่าแต่มีต้นทุนและภาระด้านบารุงรักษาสูงกว่า. มาตรฐาน EPC UHF Gen2 และ ISO/IEC 18000-63 นิยามระบบแบบ “interrogatortalks-first” สาหรับ passive-backscatter RFID โดย reader เป็นฝ่ายเริ่มการสื่อสารก่อน ในเชิง วิศวกรรม การอ่านแท็กจะเกิดขึ้นได้เมื่อกาลังที่แท็กรับได้เพียงพอให้ชิปทางาน และสัญญาณ backscatter ที่สะท้อนกลับมายัง reader มีความแรงมากพอให้ถอดรหัสได้ ดังนั้นประสิทธิภาพของ ระบบจึงขึ้นกับ กาลังส่งของ reader, gain ของสายอากาศ, ความไวของชิป, ระยะห่าง, การจัดวาง แนวโพลาไรซ์ และสภาพแวดล้อม รอบแท็ก โดยเฉพาะโลหะและน้าซึ่งเป็นตัวแปรสาคัญที่รบกวน การทางานของ UHF RFID รูปที่ 2.23 หลักการอ่านแบบ backscatter 34 𝑃𝑟 = 𝑃𝑡 𝐺𝑡 𝐺𝑟 𝜆2 (4𝜋𝑅)2 สมการที่ 2.1 Friis Transmission Equation โดยที่ 𝑃 𝑟 = กาลังที่รับได้ (Received Power) 𝑃𝑡 = กาลังที่ส่งออก (Transmit Power) 𝐺𝑡 = กาลังขยายของเสาส่ง (Transmit Antenna Gain) 𝐺𝑟 = กาลังขยายของเสารับ (Receive Antenna Gain) 𝜆 = ความยาวคลื่น (Wavelength) 𝑅 = ระยะทางระหว่างเสา (Distance) 4𝜋 = ค่าคงที่จากการกระจายคลื่นในอวกาศ ระยะอ่านจะลดลงเมื่อมีการสูญเสียจากการไม่แมตช์ของโพลาไรซ์ การดูดกลืน พลั ง งาน หรื อ การ รบกวนจากโลหะรอบแท็ก ซึ่งแนวคิดนี้สอดคล้องกับคู่มือออกแบบระบบ RAIN RFID ของ RAIN Alliance 2.10.3 ประเภทของ RFID Tag RFID tag สามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภทหลัก ได้แก่ passive, active และ semipassive (battery-assisted passive). Passive tag ไม่มีแบตเตอรี่ ใช้พลังงานจาก reader จึงมี โครงสร้างง่าย ราคาต่า อายุใช้งาน ยาว และเหมาะกับการติดตั้งจานวนมาก ส่วน active tag มีแหล่ง พลังงานภายใน ทาให้ระยะอ่านไกลกว่า แต่ต้นทุน สู ง ขนาดใหญ่ และต้ อ งคานึ ง ถึ ง การเปลี่ ย น แบตเตอรี่ ขณะที่ semi-passive อยู่กึ่งกลางระหว่างสองแบบ โดยมี แบตเตอรี่ช่วยวงจรภายในแต่ ยังอาศัย reader ในการเริ่มการสื่อสาร สาหรับงานระบบรางที่ต้องการติดตั้งแท็กจานวนมากบน อุปกรณ์ทาง เช่น fastener, sleeper, จุดอ้างอิงของราง หรือชิ้นส่วนที่ต้องการการตรวจสอบซ้าเป็น ระยะ การใช้ passive tag มักเหมาะสมกว่า active tag เนื่องจากมีต้นทุนต่อจุดต่ากว่า ทนทานกว่า และไม่ต้องบารุงรักษาแบตเตอรี่ ขณะที่งานของ Olaby และคณะซึ่ง ศึกษาการใช้ RFID เพื่ออ้างอิง ตาแหน่งรถตรวจรางบนระบบสับรางและทางแยก ก็รายงานผลว่าระบบ passive RFID มีความ เหมาะสมต่อแนวคิดการใช้งานดังกล่าวและสามารถทดสอบได้ผลดีในภาคสนาม 35 ตารางที่ 2.3 เปรียบเทียบประเภทของ RFID Tag ประเภท แหล่ง พลังงาน Passive ไม่มี แบตเตอรี่ Semipassive มีแบตเตอรี่ ช่วยวงจร Active มีแบตเตอรี่ ในตัว ระยะอ่าน โดยทั่วไป ข้อดี ราคาต่า อายุ ระยะใกล้ถึง ใช้งานยาว หลายเมตร ไม่ต้อง บารุงรักษา เสถียรกว่า มากกว่า passive บาง passive กรณี ไกลมาก ระยะอ่าน ไกล ข้อจากัด ความ เหมาะสมกับ โครงงาน ระยะอ่านขึ้นกับ reader และ สภาพแวดล้อม เหมาะที่สุด ราคาและความ ซับซ้อนสูงขึ้น ใช้ได้แต่ไม่ จาเป็น ราคาแพง ขนาด ใหญ่ ต้องดูแล แบตเตอรี่ ไม่เหมาะกับ การติดตั้ง จานวนมาก 2.10.4 ย่านความถี่และมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง RFID ถูกใช้งานในหลายย่านความถี่ เช่น LF, HF และ UHF โดยแต่ละย่านมีระยะอ่าน อัตรา การส่งข้อมูล และพฤติกรรมต่อสภาพแวดล้อมแตกต่างกัน เทคโนโลยีที่นิยมใช้กับการติดตาม ทรัพย์สินและงานอุตสาหกรรมในปัจจุบันคือ passive UHF RFID หรือที่มักถูกเรียกในเชิงการตลาดว่า RAIN RFID ซึ่งอ้างอิงมาตรฐาน GS1 EPC UHF Gen2 และ ISO/IEC 18000-63. GS1 ระบุว่า มาตรฐาน EPC Gen2 กาหนดข้อกาหนดทางกายภาพและเชิงตรรกะของระบบ RFID ส่วน ISO/IEC 18000-63 นิยามข้อกาหนดสาหรับการสื่อสารแบบ passive-backscatter ในช่วงความถี่ 860–960 MHz RAIN Alliance อธิบายว่า RAIN RFID เป็นชื่อเรียกเทคโนโลยี passive UHF RFID ที่ทางาน ตาม GS1 EPC Gen2 และ/หรือ ISO/IEC 18000-63 และได้รับความนิยมเพราะรองรับการอ่าน หลายแท็กพร้อมกัน ความเร็วสูง และระยะอ่านที่เหมาะกับงานเคลื่อนที่และงานติดตามสินทรัพย์ จานวนมาก. คุณสมบัติเหล่านี้ทาให้ UHF เหมาะกับรถตรวจรางมากกว่า LF หรือ HF ซึ่งมักมีระยะ อ่านสั้นกว่าและเหมาะกับงานบัตรหรือการระบุแบบใกล้มากกว่า 36 ตารางที่ 2.4 เปรียบเทียบความถี่ RFID ย่าน ความถี่ LF ตัวอย่างช่วง ความถี่ ประมาณ 125–134 kHz HF 13.56 MHz UHF 860–960 MHz ลักษณะเด่น ข้อจากัด ความเหมาะสมกับ รถตรวจราง ทะลุสภาพแวดล้อมบางแบบได้ดี ระยะอ่านต่า อัตราข้อมูลต่า ตา่ ระยะอ่านจากัด ตา่ ไวต่อโลหะและ น้ามากกว่า เหมาะที่สุด ใช้แพร่หลายในบัตรและ smart card อ่านเร็ว อ่านหลายแท็กได้ ระยะ อ่านสูงกว่า ดังนั้นโครงงานนี้จึงมุ่งพิจารณา passive UHF RFID เป็นหลัก เนื่องจากสอดคล้องกับมาตรฐานและ เหมาะกับการอ่านแท็กจานวนมากจากรถตรวจรางขณะเคลื่อนที่ 2.10.5 ปัจจัยทางวิศวกรรมที่มีผลต่อการอ่าน RFID แม้ UHF RFID จะมีข้อดีเรื่องระยะอ่านและความเร็ว แต่สมรรถนะจริงของระบบขึ้นกับปัจจัย ทางวิศวกรรมหลายด้าน ได้แก่ ระยะห่างระหว่างแท็กกับสายอากาศ reader, มุมวางแท็ก, โพลาไรซ์ ของสายอากาศ, ความเร็วสัมพัทธ์ระหว่างแท็กกับรถตรวจราง, การมีหลายแท็กในบริเวณเดียวกัน และสภาพแวดล้อมที่มีโลหะหรือความชื้นสูง. RAIN Alliance ระบุว่าการออกแบบระบบต้องคานึงถึง ทั้ง forward link จาก reader ไป tag และ backscatter link จาก tag กลับไป reader รวมถึงการ จัดการ anti-collision และ timing ของ protocol เพื่อให้การอ่านมีเสถียรภาพในสภาพจริง สาหรับ งานระบบราง ปัจ จัยสาคัญที่สุดคือ โลหะ เพราะราง คลิป แผ่นรองโลหะ และ โครงสร้างรอบทางสามารถเปลี่ยนลักษณะสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ทาให้ detune สายอากาศของแท็ก หรื อ ทาให้ สั ญ ญาณสะท้ อ นผิ ด เพี้ ย นได้ . Impinj และ RAIN Alliance ชี้ ว่า พื้ น ผิ ว โลหะและ สภาพแวดล้อมที่ท้าทายต้องใช้แท็กที่ออกแบบเฉพาะ เช่น on-metal tag หรือ metal-mount tag เพื่อคงสมรรถนะการอ่านในงานอุตสาหกรรมและงานสินทรัพย์โลหะ อีกปัจจัยหนึ่งคือ ความเร็วของวัตถุ เพราะรถตรวจรางเคลื่อนที่ผ่านแท็กในเวลาจากัด งาน เกี่ยวกับ fast-moving RFID ในระบบรถไฟความเร็วสูงชี้ว่าการออกแบบ reader, antenna และ protocol ที่เหมาะสมมีผลต่อ reliability ของการอ่านอย่างมาก โดยเฉพาะเมื่อแท็กหรือ reader เคลื่อนที่เร็วและมีช่วงเวลาสาหรับ inventory สั้นลง 37 ตารางที่ 2.5 ปัจจัยที่มีผลต่อ RFID ในระบบราง ปัจจัย โลหะของรางและ อุปกรณ์ ผลต่อการอ่าน detune แท็ก, สะท้อนสัญญาณ, ระยะอ่านลดลง น้า ฝน ความชื้น การดูดกลืน/ลดทอนสัญญาณ ความเร็วรถตรวจราง เวลาสื่อสารสั้นลง มุมติดตั้งและโพลาไรซ์ สัญญาณตกหรืออ่านไม่เสถียร หลายแท็กพร้อมกัน collision และ missed reads แนวทางออกแบบ ใช้ on-metal tag และทดสอบตาแหน่ง ติดตัง้ เผื่อ margin ระยะอ่านและป้องกัน สภาพแวดล้อม ใช้ UHF, ปรับมุมสายอากาศ, ออกแบบ โซนอ่าน เลือก orientation ให้เหมาะกับแนวทาง วิ่ง ใช้มาตรฐาน anti-collision ของ EPC Gen2 รูปที่ 2.24 on-metal RFID tag 2.10.6 การประยุกต์ใช้ RFID ในงานระบบราง RFID ถูกประยุกต์ใช้ในระบบรางหลายด้าน ทั้งการติดตามตู้รถหรือยานพาหนะ การระบุ ตาแหน่ง การจัดการสินทรัพย์ และการบารุงรักษา UIC ระบุว่า RFID กาลังถูกใช้มากขึ้นทั้งกับ rolling stock และทรัพย์สินด้านโครงสร้างพื้นฐานทางราง โดยข้อมูลจากแท็กสามารถเชื่อมโยงกับชนิด ชิ้นส่วน วันที่ติดตั้ง ประวัติความขัดข้อง และข้อมูลการบารุงรักษาได้ นอกจากนี้ UIC ยังผลักดัน โครงการที่เกี่ย วข้องกับ การทา inventory ของ track components และการเชื่อมโยงข้อมูล สินทรัพย์เข้ากับระบบดิจิทัลมากขึ้น 38 ในบริบทของรถตรวจราง RFID มีศักยภาพสูงในการทาหน้าที่เป็น จุดอ้างอิงตาแหน่ง สาหรับ ผูกข้อมูลตรวจวัดจากระบบเซนเซอร์หรือกล้องเข้ากับตาแหน่งจริงบนทาง ตัวอย่างเช่น reader สามารถติดตั้งไว้ใต้ตัวรถตรวจราง และติดแท็กไว้ตามองค์ประกอบบนทาง เช่น sleeper, จุดอ้างอิง เฉพาะ, fastener assembly หรืออุปกรณ์เป้าหมาย เมื่อรถวิ่งผ่าน reader จะอ่านรหัสประจา ตาแหน่งหรือรหัสชิ้นส่วน แล้วส่งต่อเข้าระบบประมวลผลเพื่อระบุว่าเซนเซอร์กาลังตรวจอุปกรณ์ชิ้นใด อยู่ แนวคิดนี้มีประโยชน์มากในงานที่ต้องจับคู่ข้อมูลภาพหรือข้อมูลสั่นสะเทือนเข้ากับตาแหน่งจริง อย่างแม่นยา RFID ยังสามารถใช้เพื่อ ระบุชิ้นส่วนยึดเหนี่ยวรางแต่ละชุด เช่น W-clip หรือองค์ประกอบใน fastening system เพื่อทาฐานข้อมูลทรัพย์สิน ตรวจสอบการคงอยู่ของอุปกรณ์ และสนับสนุนการ ติดตามกรณีชิ้น ส่ว นหายหรือถูกถอด. แม้ RFID จะไม่ได้วัดแรงเชิงกลโดยตรง แต่สามารถเป็น โครงสร้างพื้นฐานด้านข้อมูลสาหรับบอกว่า “ชิ้นส่วนนี้คืออะไร อยู่ตรงไหน ติดตั้งเมื่อไร ถูกอ่านครั้ง ล่าสุดเมื่อใด” ซึ่งมีประโยชน์อย่างมากต่อการจัดการบารุงรักษาแบบดิจิทัล รูปที่ 2.25 วงจรการทางานของระบบ RFID 2.10.7 งานวิจัยที่เกี่ยวข้อง งานของ Olaby et al. (2022) นับเป็นงานอ้างอิงสาคัญสาหรับโครงงานลักษณะนี้ เพราะ ผู้วิจัยเสนอระบบกาหนดตาแหน่งสาหรับรถตรวจสอบทางรถไฟโดยใช้ RFID เพื่อจัดแนวตาแหน่งรถ กับบริเวณ switch and crossing บนโครงข่ายรถไฟ งานวิจัยดังกล่าวทดสอบทั้ง passive และ 39 semi-passive RFID มากกว่า 400 ครั้ง และสรุปว่า RFID มีศักยภาพในการใช้เป็นระบบอ้างอิง ตาแหน่งสาหรับรถตรวจราง โดยเฉพาะในจุดที่ต้องการความแม่นยามากกว่าระบบระบุตาแหน่งทั่วไป Olaby และคณะยังมีงานต่อเนื่องด้านการสร้างแบบจาลองระบบกาหนดตาแหน่งด้วย RFID สาหรับงานบารุงรักษาทางรถไฟ โดยแสดงให้เห็นโครงสร้างเชิงระบบของการติดตั้ง tag บนทางและ reader บนรถตรวจสอบ เพื่อใช้ในการผูกข้อมูล การตรวจวัดเข้ากับตาแหน่งของ switch and crossing ซึ่งสะท้อนแนวทางที่สามารถประยุกต์สู่การตรวจอุปกรณ์ทางอื่น ๆ ได้เช่นกัน ในภาพรวมของอุ ต สาหกรรมรถไฟ UIC รายงานว่า การทา RFID tagging กั บ track components และสินทรัพย์ทางรางกาลังถูกผลักดันมากขึ้น เพื่อให้เกิดมาตรฐานข้อมูลสินทรัพย์ การตรวจนับอัตโนมัติ และการจัดการข้อมูลวงจรชีวิตของชิ้นส่วน. ในอีกด้านหนึ่ง มาตรฐานของ อุตสาหกรรมรถไฟในสหราชอาณาจักรอย่าง RIS-2795-RST ยังสะท้อนว่าการสื่อสารแบบ track-totrain RFID เป็นหัวข้อที่ถูกพัฒนาในระดับอุตสาหกรรมจริง ไม่ได้เป็นเพียงแนวคิดในห้องปฏิบัติการ สาหรับประเด็นการใช้งานในสภาวะเคลื่อนที่เร็ว งานของ Zhang และ Tentzeris เกี่ยวกับ fast-moving RFID tags ในระบบรถไฟความเร็วสูงแสดงให้เห็นว่า RFID สามารถนาไปใช้ในบริบท ของโครงสร้างพื้นฐานการขนส่งได้จริง แต่ความน่าเชื่อถือของการอ่านจะขึ้นกับการออกแบบเชิงระบบ อย่างมาก ทั้งด้านความถี่ reader antenna placement และรูปแบบการเคลื่อนที่ของแท็ก/ตัวอ่าน ตารางที่ 2.6 สรุปงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง ผู้วิจัย/หน่วยงาน ประเด็นศึกษา สิ่งที่พบ RFID ใช้เป็นตาแหน่ง RFID สาหรับระบุตาแหน่งรถ อ้างอิงได้ และ passive ตรวจรางในบริเวณ S&C มีศักยภาพสูง ชี้โครงสร้างการติดตั้ง Olaby et al., งาน แบบจาลองระบบ track tag + onboard แบบจาลอง positioning ด้วย RFID reader สนับสนุนแนวทาง RFID tagging สาหรับ track UIC inventory และ asset components management Olaby et al., 2022 40 ความเกี่ยวข้องกับ โครงงาน เกี่ยวข้องโดยตรง ใช้เป็นแนวคิดออกแบบ ระบบ ใช้ยืนยันความเหมาะสม ระดับอุตสาหกรรม Zhang & Tentzeris การอ่านขณะเคลื่อนที่ Fast-moving RFID ในบริบท ทาได้ แต่ต้องออกแบบ รถไฟ ให้เหมาะ ใช้อธิบายข้อจากัดด้าน ความเร็ว 2.10.8 การเลือกใช้ RFID ที่เหมาะสมกับโครงงานนี้ จากการทบทวนเอกสารพบว่า เทคโนโลยีที่เหมาะสมที่สุดสาหรับโครงงานที่ต้องการติดตั้ง แท็กกับองค์ประกอบทางรถไฟและอ่านข้อมูลจากรถตรวจรางคือ passive UHF RFID แบบ onmetal โดยมีเหตุผลสาคัญ 4 ประการ ประการแรก passive tag มีต้นทุนต่าและไม่ต้องดูแลแบตเตอรี่ จึงเหมาะกับการติดตั้งหลายจุดบน ระบบราง. ประการที่สอง UHF รองรับการอ่านหลายแท็กพร้อมกันและให้ระยะอ่านสูงกว่าย่าน LF/HF จึงเหมาะกับรถตรวจรางที่มีการเคลื่อนที่. ประการที่สาม มาตรฐาน GS1 EPC Gen2 และ ISO/IEC 18000-63 รองรับ การใช้งานเชิ ง อุ ตสาหกรรมอย่า งแพร่ห ลาย. และประการสุด ท้า ย สภาพแวดล้อมของระบบรางมีโลหะจานวนมาก จึงควรใช้ on-metal tag เพื่อให้แท็กยังทางานได้ เสถียรบนพื้นผิวโลหะหรือใกล้โลหะ 2.10.9 อายุการใช้งานของแท็ก RFID แบบฟิล์มบาง แท็ก RFID ที่เลือกใช้ในงานนี้เป็นชนิด passive RFID แบบฟิล์มบาง (RFID label หรือ inlay) ซึ่งมีโครงสร้างประกอบด้วยไมโครชิปและเสาอากาศที่ฝังอยู่บนแผ่นฟิล์มโพลิเมอร์ โดยไม่มี แหล่งพลังงานภายใน ทาให้มีขนาดเล็ก น้าหนักเบา และสามารถติดตั้งลงบนพื้นผิวของชิ้นส่วนได้ โดยตรง เช่น บริเวณหัวน็อตหรือชิ้นส่วนโลหะในระบบยึดเหนี่ยวราง อย่างไรก็ตาม แท็กชนิดฟิล์มบางมีข้อจากัดด้านความทนทาน เนื่องจากไม่มีโครงสร้างห่อหุ้ม ป้องกัน (encapsulation) จึงไวต่อสภาพแวดล้อม เช่น การสั่นสะเทือน แรงกระแทก ความชื้น อุณหภูมิ และการเสียดสี นอกจากนี้ การติดตั้งบนพื้นผิวโลหะยังส่งผลต่อประสิทธิภาพของเสาอากาศ ทาให้ความสามารถในการอ่านสัญญาณลดลงได้ หากไม่มีการออกแบบให้เหมาะสมกับการใช้งานบน โลหะ สาหรั บ การใช้ งานจริ ง ในสภาพแวดล้ อ มทางวิ ศ วกรรม เช่ น ระบบรางรถไฟ ซึ่ ง มี การ สั่น สะเทือนและสภาพแวดล้อมที่ค่อนข้างรุนแรง อายุการใช้งานของแท็ก RFID แบบฟิล์มบาง โดยทั่วไปอยู่ในช่วงประมาณ 1–5 ปี ขึ้นอยู่กับลักษณะการติดตั้งและสภาพแวดล้อมการใช้งาน 41 โดยเฉพาะกรณีที่ติดตั้งบนชิ้นส่วนโลหะโดยตรง อาจทาให้อายุการใช้งานลดลงและประสิทธิภาพการ อ่านไม่เสถียร เพื่อเพิ่มอายุการใช้งานของแท็ก สามารถปรับปรุงได้โดยการเพิ่มชั้นคั่นระหว่างแท็กกับพื้นผิว โลหะ เช่น วัสดุฉนวนบางหรือแผ่นรอง (spacer) รวมถึงการเคลือบป้องกันความชื้นและการเลือก ตาแหน่งติดตั้งที่ลดการรับแรงกระแทกโดยตรง ซึ่งจะช่วยให้แท็กสามารถใช้งานได้ยาวนานและมี ประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น ดังนั้น ในกรอบแนวคิดของโครงงานนี้ ควรออกแบบระบบเบื้องต้นโดยติดตั้ง UHF reader และ antenna ใต้ร ถตรวจราง และติดตั้ง passive on-metal RFID tag ณ ตาแหน่งที่ต้องการ ตรวจสอบหรือใช้เป็นจุดอ้างอิง เช่น ชุดยึดเหนี่ยวราง หมอนราง หรือจุดอ้างอิงตามแนวทางรถไฟ จากนั้นเชื่อมข้อมูลที่อ่านได้เข้ากับฐานข้อมูลอุปกรณ์ เพื่อรองรับการระบุชิ้นส่วน การตรวจสอบการมี อยู่ของอุปกรณ์ และการบริหารจัดการข้อมูลบารุงรักษาในอนาคต จากการทบทวนเอกสารพบว่า RFID เป็นเทคโนโลยีที่เหมาะสมสาหรับงานตรวจสอบระบบ ราง เนื่องจากสามารถระบุตัวตนของชิ้นส่วนได้แบบไร้สัมผัส รองรับการทางานขณะรถตรวจราง เคลื่ อ นที่ และสามารถเชื่ อ มโยงข้ อ มู ล การตรวจวัด เข้ากั บ ตาแหน่ง จริง ของอุ ป กรณ์ ไ ด้อ ย่างมี ประสิทธิภาพ โดยสาหรับโครงงานนี้ เทคโนโลยีที่เหมาะสมที่สุดคือ passive UHF RFID แบบ onmetal เนื่องจากมีต้นทุนต่า ใช้งานตามมาตรฐานสากล และเหมาะกับสภาพแวดล้อมโลหะของระบบ ราง 2.9 บทสรุปทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง (Conclusion) จากการทบทวนทฤษฎีและงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง จะเห็นได้ว่าระบบชุดยึดเหนี่ยวรางแบบ ยืดหยุ่น ชนิด W-Clip มีข้อได้ เปรี ยบในด้านความแข็ งแรง ความยืดหยุ่ น อายุการใช้ งาน และ ความสามารถในการป้องกันการโจรกรรมเมื่อเทียบกับระบบอื่นๆ การออกแบบและการวิเคราะห์ด้วย วิธี Finite Element Method (FEM) ร่วมกับการทดสอบตามมาตรฐานสากลจะช่วยให้มั่นใจได้ว่า ระบบชุดยึดรางที่ได้พัฒนาขึ้นมีประสิทธิภาพและสามารถนาไปใช้งานจริงได้อย่างมีประสิทธิผลสูงสุด 42 บทที่ 3 การออกแบบและการดาเนินงาน (Design and Implementation) 3.1 ความต้องการของโครงงาน 1. เพื่อศึกษาระบบการทางานและคุณสมบัติทางกลของชุดยึดเหนี่ยวรางรถไฟชนิด W-clip ภายใต้สภาพแรงใช้งานจริง 2. เพื่อปรับปรุงการออกแบบชุดยึดเหนี่ยวรางชนิด W-clip ให้ติดตั้งและบารุงรักษาได้ง่ายขึ้น สะดวกต่อผู้ปฏิบัติงาน 3. เพื่อพัฒนารูปแบบและวัสดุของชุดยึดเหนี่ยวชนิด W-clip ให้มีประสิทธิภาพในการป้องกัน การโจรกรรม ลดปัญหาการสูญหายในระบบรางรถไฟ 3.2 ข้อจากัดโครงงาน ในการออกแบบและพัฒนาระบบชุดยึดรางครั้งนี้ กาหนดให้ค่าความแข็งแรงที่ได้หลังจากการ ออกแบบแล้ว สมรรถนะด้านความแข็งแรง แตกต่างจากต้นแบบเดิมได้ไม่เกิน 10% เท่านั้น ถ้าวัดแรง รับน้าหนัก ความแข็งแรง หรือค่าทางวิศวกรรมอื่น ๆ แล้ว ค่าที่ได้ต้องไม่มากหรือน้อยไปกว่าค่าของ ต้นแบบเกิน 10% โดยเงื่อนไขนี้พิจารณาจากผลการจาลอง (Simulation) ซึ่งหากพบว่ายังคงมีความ ปลอดภัยและรองรับการใช้งานตามมาตรฐาน ก็สามารถยอมรับความแตกต่างดังกล่าวได้ ทั้งนี้ เพื่อให้ การประเมินและพัฒนาเป็นไปอย่างยืดหยุ่นและเหมาะสมกับข้อเท็จจริงของการผลิต ในส่วนข อง ข้อมูลด้านความเสียหายของระบบยึดราง จาเป็นต้องขอความร่วมมือและเข้าถึงข้อมูลจากหน่วยงานที่ เกี่ยวข้อง เช่น การรถไฟแห่งประเทศไทย ซึ่งขั้นตอนการขออนุญาตและการรวบรวมข้อมูลดังกล่าว อาจต้องใช้ระยะเวลานาน ส่งผลให้กระบวนการวิจัยและพัฒนาอาจเกิดความล่าช้าขึ้นในบางช่ว ง สาหรับกระบวนการผลิตชิ้นส่วนระบบชุดยึดรางนั้น ได้ออกแบบให้สามารถผลิตได้โดยใช้เทคโนโลยี และเครื่องจักรทั่วไปที่มีอยู่ในอุตสาหกรรมภายในประเทศ ไม่จาเป็นต้องใช้วัสดุพิเศษหรือเครื่องมือที่มี ราคาสูง ลดต้นทุนและสามารถขยายผลสู่การผลิตในระดับอุตสาหกรรมได้ง่ายขึ้น 3.3 มาตรฐานของระบบยึดเหนี่ยวรางชนิด W ระบบยึดเหนี่ยวรางทุกชุดต้องผ่านกระบวนการควบคุมคุณภาพและการทดสอบที่เข้มงวด เพื่อให้แน่ใจว่ามีความปลอดภัย และประสิ ทธิภาพในการใช้ งานจริ ง การตรวจสอบนี้จะอ้า งอิ ง มาตรฐานสากลที่เกี่ยวข้อง ทั้งด้านวิธีการทดสอบตามสภาพการใช้งานจริง เช่น EN 13146 รวมถึง 43 ข้อกาหนดสมรรถนะโดยรวมของระบบจาก EN 13481 นอกจากนี้ ยังมีมาตรฐานคุณสมบัติวัสดุ เช่น ISO 898-1, ISO 527 และ ASTM A370 ที่ใช้ประเมินคุณภาพเหล็กและวัสดุประกอบแต่ละชิ้นส่วน การดาเนินการตามมาตรฐานเหล่านี้ช่วยให้มั่นใจว่าชุดยึดเหนี่ยวรางแต่ละชุดมีความแข็งแรง ทนต่อ แรงกระทาซ้า และพร้อมรองรับการใช้งานภายใต้สภาวะจริง ช่วยลดความเสี่ยงในการเกิดปัญหาหรือ ความเสียหายระหว่างใช้งาน 3.4 มาตรฐานการออกแบบ ในการออกแบบและผลิตชุดยึดเหนี่ยวรางชนิด W-Clip จาเป็นต้องอ้างอิงมาตรฐานสากล ได้แก่ UIC 864-5 ซึ่งกาหนดหลักเกณฑ์ระบบยึดรางแบบยืดหยุ่น ทั้งด้านความแข็งแรง ความทนทาน และวิธีทดสอบ, EN 13481 ที่กาหนดคุณสมบัติและสมรรถนะของระบบยึดรางในสภาวะการใช้งาน จริง ตลอดจนการทดสอบทางกลศาสตร์ และ EN 10089 ที่ระบุข้อกาหนดของเหล็กสาหรับทาสปริง ให้ได้มาตรฐานตามที่กาหนด มาตรฐานเหล่านี้ช่วยให้ชุดยึดเหนี่ยวรางมีความปลอดภัย แข็งแรง ทนทาน และรองรับการใช้งานในระบบรางทั้งในและต่างประเทศได้อย่างมีประสิทธิภาพ 3.5 มาตรฐานการทดสอบ อุปกรณ์ยึดเหนี่ยวรางแต่ละชุดจะต้องผ่านการสุ่มตรวจสอบและรับรองคุณภาพก่อนนาไปใช้ งานจริง เพื่อรับประกันความปลอดภัยและสมรรถนะตามมาตรฐานสากล โดยการตรวจสอบและ ทดสอบดังกล่าวจะดาเนินการอ้างอิงมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ EN 13146 ซึ่งใช้กาหนดวิธีการ ทดสอบระบบยึดรางในสภาพแวดล้อมการใช้งานจริง EN 13481 สาหรับข้อกาหนดสมรรถนะและ ความปลอดภัยโดยรวมของระบบยึดราง รวมถึงมาตรฐานด้านวัสดุและคุณสมบัติเชิงกลอย่าง ISO 178, ISO 527 และ ASTM D638 เพื่อให้มั่นใจได้ว่าอุปกรณ์ทุกชุดมีความแข็งแรง ทนทานต่อแรงและ ความล้า และเหมาะสมต่อการนาไปใช้งานในระบบราง ทั้งนี้ การนามาตรฐานเหล่านี้มาใช้เป็นส่วน สาคัญที่ช่วยลดความเสี่ยงจากปัญหาการใช้งานและส่งเสริมความน่าเชื่อถือของระบบรางในระยะยาว มาตรฐานส่วนประกอบต่าง ๆ ของชุดยึดเหนี่ยวรางชนิด W-clip 1. SKL-14 clip มาตรฐาน EN 13481, EN 13146 2. Rail Seat Insulator มาตรฐาน UIC 864-5, EN 13146 3. Rail Pad มาตรฐาน UIC 864-5, EN 13146 4. Dowel มาตรฐาน UIC 864-5, EN 13146 5. Screw Spike มาตรฐาน UIC 864-5, EN 13146, ISO 898-1 6. Concrete Sleeper มาตรฐาน EN 13230-2, UIC 713, EN 13146-7 44 7. Rail มาตรฐาน UIC 860, EN 13674-1 8. Steel Washer มาตรฐาน ISO 7089, ISO 7090, ISO 9227 ตารางที่ 3.1 แสดงอุปกรณ์,วัสดุ,มาตรฐานการออกแบบมล,มาตรฐานการทดสอบ ของระบบ SKL-12 อุปกรณ์ วัสดุ SKL-14 clip 60Si7,38Si7 Rail Seat Insulator PA 6.6 (Nylon 66) หรือ UIC 864-5 HDPE EN 13146-9 และ UIC EPDM หรือ SBR 864-5 UIC 864-5 และ EN PA 6 หรือ HDPE 13481-2 เหล็กกล้าคาร์บอนเกรด EN 13481-2 และ UIC 8.8 864-5 EN 13230-2 และ UIC Concrete 713 เหล็กกล้าเกรด 900A ถึง UIC 860 และ EN 1100 13674-1 เหล็กคาร์บอนหรือ ISO 7089 / ISO 7090 เหล็กกล้าเคลือบสังกะสี Rail Pad Dowel Screw Spike Concrete Sleeper Rail Steel Washer มาตรฐานการออกแบบ มาตรฐานการทดสอบ EN 13906-1 และ EN 13146-1, EN 13146-9, และ UIC 864-5 EN 13481-2 ISO 527 และ EN 13146-4 EN 13146-5 EN 13146-6 และ EN 13146-4 ISO 898-1 และ EN 13146-7 EN 13230-5 และ EN 13146-1 EN 13262 และ EN 10002-1 ISO 6507-1 และ ISO 9227 มาตรฐานที่ใช้ในการออกแบบและทดสอบระบบยึดเหนี่ยวรางนั้นมีหลายมาตรฐานแต่ มาตรฐานที่ใช้เป็นหลักในการออกแบบและทดสอบสาหรับระบบยึดเหนี่ยวรางชนิด W นั้นจะมีดังนี้ EN 13481 (สมรรถนะระบบยึดราง), EN 13146 (วิธีทดสอบระบบยึดราง), UIC 864-5 (ข้อกาหนด จานรองรางในระบบสากล), ISO 7089 (ข้อกาหนดแผ่นรองเรียบ/แหวน), ISO 898-1 (สมรรถนะ เชิงกลของ Bolt), ISO 178 (ทดสอบแรงดัดพลาสติก, ถ้าเป็นวัสดุ Polymer), ISO 898-2 (สมรรถนะ เชิงกลของ Nut), DIN 127 (ข้อกาหนดแหวนสปริง), EN 13230 (หมอนคอนกรีตและอุปกรณ์เสริม , รวมถึง dowel), EN 10002 (การทดสอบแรงดึงของโลหะ, รวมถึงการทดสอบชิ้นส่วนเหล็กต่าง ๆ 45 EN 13146 series เป็นมาตรฐานยุโรปสาหรับ “วิธีการทดสอบระบบยึดราง” (Railway applications – Track – Test methods for fastening systems) ครอบคลุ ม วิ ธี การทดสอบสมรรถนะทางกล ความ แข็งแรง ความทนทาน และการรับแรงล้าในสภาวะจริง 1. EN 13146-1 การทดสอบแรงต้า นการเลื่ อ นตามแนวราง ( Longitudinal Rail Restraint) 2. EN 13146-2 การทดสอบแรงต้านการบิด (Torsional Resistance) 3. EN 13146-3 การทดสอบการลดแรงกระแทก (Attenuation of Impact Loads) 4. EN 13146-4 การทดสอบความล้า (Fatigue Test) 5. EN 13146-5 การทดสอบความต้านทานไฟฟ้า (Electrical Resistance) 6. EN 13146-6 การทดสอบค่าความแข็งในแนวดิ่ง (Vertical Stiffness) 7. EN 13146-7 การทดสอบแรงหนีบ (Clamping Force) 8. EN 13146-8 การทดสอบใช้งานภาคสนาม (In-Service Test) 9. EN 13146-9 การทดสอบแรงขัน (Assembly Torque) 10. EN 13146-10 การทดสอบความเสถียรของระบบบนแผ่นฐาน (Baseplate Testing) EN 13481 series เป็นมาตรฐานที่กาหนดคุณสมบัติและเกณฑ์การทดสอบของชุดยึดราง เช่น ความแข็งแรง ความทนทานต่อแรงล้า การยึดแน่น และความปลอดภัยของระบบยึดรางที่ใช้งานบนหมอนคอนกรีต หมอนไม้ หมอนเหล็ก ทางแผ่น (slab track) และระบบอื่น ๆ มาตรฐานนี้ถูกใช้เป็นเกณฑ์กลางในการ ออกแบบ ผลิต และรับรองคุณภาพระบบยึดรางในอุตสาหกรรมรถไฟทั่วโลก เพื่อให้มั่นใจว่าระบบมี ความแข็งแรงและปลอดภัยเพียงพอสาหรับการใช้งานจริง 46 1. EN13481-1 Railway applications – Track – Performance requirements for fastening systems กาหนดนิยามและคาศัพท์เฉพาะที่ใช้ในมาตรฐานชุดนี้ 2. EN13481-2 กาหนดข้อกาหนดด้านสมรรถนะสาหรับระบบยึดรางที่ใช้กับหมอนคอนกรีต 3. EN13481-3 ข้อกาหนดสาหรับระบบยึดรางบนหมอนไม้ 4. EN13481-4 ข้อกาหนดสาหรับชุดยึดรางบนหมอนเหล็ก 5. EN13481-5 ข้อกาหนดสาหรับระบบยึดรางที่ใช้กับทางรถไฟแบบทางแผ่น (Slab Track) 6. EN13481-6 สาหรับระบบยึดรางที่ใช้กับชุดสับเปลี่ยน (turnout) และทางแยก 7. EN13481-7 ข้อกาหนดสาหรับระบบยึดรางฝัง (embedded rail) 8. EN13481-8 ข้อกาหนดสาหรับระบบยึดรางในรถไฟฟ้าขนาดกลางและเบา เช่น รถราง (tram) 3.6 การเลือกใช้เทคนิคและเครื่องมือที่เหมาะสมสาหรับงานวิศวกรรมเฉพาะด้าน ในการดาเนิน งานโครงงานนี้ ได้เลือกใช้โ ปรแกรม SolidWorks และ Abaqus ซึ่งเป็น ซอฟต์แวร์ทางวิศวกรรมที่เหมาะสมสาหรับการออกแบบและวิเคราะห์โครงสร้างของ ชุดยึดเหนี่ยวราง ชนิ ด W-Clip โดยเริ่ ม จากการสร้า งและปรับ แต่ ง แบบจาลองของชิ้ น ส่ว นต่า ง ๆ ในโปรแกรม SolidWorks เพื่อให้ได้รูปทรงและขนาดที่ถูกต้องตามแบบจริง และทาการจาลองเบื้องต้นเพื่อเช็คว่า โมเดลที่ได้รับการปรับปรุงใหม่นั้นสามารถใช้ในการ Simulation หรือไม่ หลังจากนั้นเมื่อ Simulation ในโปรแกรม SolidWorks สาเร็จแล้ว จึงจะนาเข้าแบบจาลองดังกล่าวเข้าสู่โปรแกรม Abaqus เพื่อทา การวิเคราะห์เชิงกล (Finite Element Analysis) ในขั้นตอนของ Progress 1 การจาลองแรงกระทายังไม่ได้อ้างอิงตามค่ามาตรฐานจริง แต่เป็น การจาลองเบื้องต้น (Preliminary Simulation) เพื่อศึกษาวิธีการกาหนด Boundary Conditions และ Contact Interaction ที่เหมาะสมระหว่างชิ้นส่วนต่าง ๆ ภายในระบบ เช่น ราง (Rail), คลิป (W-Clip), แผ่นรองราง (Rail Pad), แผ่นฐาน (Base Plate) และหมอนรอง (Sleeper) เพื่อให้เข้าใจ ลักษณะการถ่ายแรงและพฤติกรรมการสัมผัสระหว่างชิ้นส่วนอย่างถูกต้อง 47 การเลือกใช้โปรแกรม Abaqus ในการจาลองมีความเหมาะสม เนื่องจากสามารถรองรับการ วิเคราะห์แบบไม่เชิงเส้น (Nonlinear Analysis) ทั้งในด้านวัสดุ รูปทรง และการสัมผัส (Contact Behavior) ได้อย่างละเอียด ซึ่งเป็นลักษณะสาคัญของระบบยึดเหนี่ยวรางชนิด W-Clip ที่มีการ เปลี่ยนแปลงรูปทรงและแรงกระทาในหลายทิศทาง การจาลองในระยะเริ่มต้นนี้จึงเป็นขั้นตอนสาคัญ ในการเตรียมความพร้อมก่อนดาเนินการวิเคราะห์ด้วยแรงตามมาตรฐานจริงในขั้นตอนถัดไป 3.7 ส่วนประกอบโครงสร้างของชุดยึดเหนี่ยวรางชนิด W-Clip ในโปรแกรม SolidWorks โครงการนี้เป็นการศึกษาต่อและพัฒนาแบบจาลองของชุดยึดเหนี่ยวรางชนิด W-Clip โดย อ้างอิงแบบจาลองโครงสร้างพื้นฐานที่มีเผยแพร่อยู่แล้วบนอินเทอร์เน็ต แบบจาลองเดิมดังกล่าวถูก สร้างขึ้นเพื่อแสดงลักษณะทางโครงสร้างของระบบเท่านั้น จึงยังไม่สามารถนาไปใช้ในการวิเคราะห์ เชิงกลได้โดยตรง คณะผู้จัดทาจึงได้ดาเนินการปรับปรุง แก้ไข และเพิ่มเติมรายละเอียดต่าง ๆ ให้มีความ เหมาะสมต่อการจาลองด้วยโปรแกรม Abaqus เพื่อศึกษาพฤติกรรมการรับแรง การเปลี่ยนรูป และ การทางานร่วมกันของชิ้นส่วนในระบบยึดเหนี่ยวรางชนิด W-Clip อย่างถูกต้องและสมจริงมากยิ่งขึ้น ทั้งนี้ ผลการศึกษาจะสามารถนาไปใช้เป็นข้อมูลพื้นฐานในการพัฒนาและปรับปรุงประสิทธิภาพของ ระบบยึดเหนี่ยวรางในอนาคตได้ โดยโครงสร้างของชุดยึดเหนี่ยวรางชนิด W-Clip จะแบ่งออกเป็น ส่วนต่างๆดังนี้ 3.7.1 ชิ้นส่วนที่ไม่ได้ทาการปรับปรุง รูปที่ 3.1 W-Clip โครงสร้างเดิม 48 รูปที่ 3.2 Rail UIC 60 โครงสร้างเดิม รูปที่ 3.3 Insulator โครงสร้างเดิม รูปที่ 3.4 Base Pad โครงสร้างเดิม 49 3.7.2 ชิ้นส่วนที่ทาการปรับปรุงแล้ว รูปที่ 3.5 Screw spike โครงสร้างเดิม รูปที่ 3.6 Screw spike ที่ปรับปรุงแล้ว รูปที่ 3.7 Sleeper โครงสร้างเดิม รูปที่ 3.8 Sleeper ที่ปรับปรุงแล้ว 3.7.3 ลักษณะการปรับปรุง โดยในการดาเนิน งานโครงการ ได้มีการปรับปรุงแบบจาลองเพื่อแก้ไขและปรับเปลี่ยน โครงสร้างทางกายภาพของชิ้นงาน โดยในขั้นต้นคณะผู้จัดทาได้ทาการ Simulation ของแบบจาลอง เดิม ผลการทดสอบพบว่าเกิด Error จากปัญหาการสร้าง Mesh ที่ไม่สมบูรณ์ ส่งผลให้ไม่สามารถ ดาเนินการวิเคราะห์ได้อย่างถูกต้อง จึงได้มีการปรับรูปแบบและลักษณะของชิ้นงานใหม่ เพื่อให้ สามารถดาเนินการ Simulation ด้วยโปรแกรม Abaqus ได้โดยไม่มีปัญหาในส่วนรูปร่างของชิ้นส่วน การปรับปรุงดังกล่าวสามารถอธิบายรายละเอียดของการเปลี่ยนแปลงในแต่ละชิ้นส่วนได้ดังนี้ 50 3.7.3.1 สกรูยึดราง (Screw Spike) ปรับปรุงโดยทาการลดขนาดรูปทรงบริเวรหัว screw spike ให้เล็กลงเพื่อให้มีเนื้อที่ น้อยลง และทาการเพิ่มเนื้อในส่วนที่เป็นเกลียวขึ้นมาเพื่อให้ไม่มีปัญหาในการสร้าง Mesh และ Simulation ซึ่งทางคณะผู้จัดทาได้ทาการตั้งสมมติฐานว่า Screw spike กับ หมอน คอนกรีต นั้นจะไม่มีทางหลุดออกจากกัน จึงตั้งค่า contact ไว้ว่าเป็นการ ผูกการไว้ 3.7.3.3 หมอนรางรถไฟ (Railroad) ปรับปรุงโดยการลดขนาดจากที่ยาวให้เหลือขนาดที่สั้นลง และทาการลบ fillet ที่ ขอบออกเพื่อให้สามารถสร้าง Mesh ได้ง่ายขึ้น และได้ทาการลดขนาดรูลงและทาให้เป็น ทรงกระบอกเพื่อที่ทาให้ขนาดของรูนั้นมีขนาดที่ตรงกับ screw spike เพื่อที่จะได้ง่ายต่อการ กาหนด contact 3.7.3.4 ปลอกฝังในหมอน (Dowel) ในส่วนของปลอกฝังในหมอนนั้น ทางคณะผู้จัดทาได้ทาการไม่นามารวมอยู่ใน ส่วนประกอบการ Simulation เนื่องจากทางคณะผู้จัดทานั้นได้ทาการตั้งสมมติฐานว่าปลอก ฝังในหมอนนั้นจะไม่มีทางหลุดออกจากหมอนคอนกรีต 3.8 ตาแหน่งการใส่ Contact ในโปรแกรม SolidWorks ในการจาลองการทางานด้วยโปรแกรม SolidWorks ทางคณะผู้จัดทาได้ทาการ Simulation ในโปรแกรม Solidworks เพื่อทดสอบว่าโมเดลที่ได้รับการปรับปรุงนั้นสามารถนาไปใช้งานได้หรือไม่ และได้ มี การกาหนดเงื่ อ นไขของการสั ม ผั ส ระหว่า งชิ้ น ส่ ว น (Contact) และเงื่ อ นไขขอบเขต (Boundary Condition) เพื่อจากัดการเคลื่อนไหวของชิ้นงานให้อยู่ในกรอบที่สมจริงมากที่สุด ทั้งนี้ได้ กาหนดลักษณะของ Contact แต่ละส่วนไว้ดังนี้ 51 3.8.1 Base Pad กับ Rail (Contact) รูปที่ 3.9 แสดงการใส่ Contact ระหว่าง Base Pad กับ Rail 3.8.2 Insulator กับ Rail (Contact) รูปที่ 3.10 แสดงการใส่ Contact ระหว่าง Insulator กับ Rail 52 3.8.3 W-Clip กับ Rail (Contact) รูปที่ 3.11 แสดงการใส่ Contact ระหว่าง W-Clip กับ Rail 3.8.4 Screw spike กับ Sleeper (Bonded) รูปที่ 3.12 แสดงการใส่ Contact ระหว่าง Screw spike กับ Sleeper 53 3.8.5 Base Pad กับ Insulator (Contact) รูปที่ 3.13 แสดงการใส่ Contact ระหว่าง Base Pad กับ Insulator 3.8.6 Sleeper กับ Base Pad , insulator (Contact) รูปที่ 3.14 แสดงการใส่ Contact ระหว่างฐานของ insulator กับ Sleeper 54 3.9 ตาแหน่งการใส่ Contact ในโปรแกรม Abaqus ในการจาลองชุดยึดรางแบบยืดหยุ่นชนิด W คณะผู้จัดทาได้กาหนดเงื่อนไขขอบเขต (Boundary Condition) และรูป แบบการสัมผัส ของชิ้นส่ว น (Contact Interaction) เพื่อให้ พฤติกรรมของแบบจาลองใกล้เคียงกับการทางานจริงมากที่สุด โดยใช้การนิยามการสัมผัส แบบ General Contact เพื่อให้ระบบสามารถตรวจจับแรงระหว่างผิวสัมผัสของทุกชิ้นส่วนได้อัตโนมัติ ทั้ง ราง คลิป แผ่นรอง หมอนรอง และน็อต โดยส่วนของหมอนรองจะถูกตรึงคงที่ ส่วนรางถูกกาหนดให้มี การกระจัดในแนวดิ่งเพื่อจาลองแรงดึงขึ้นของระบบ 3.9.1 Contact รูปที่ 3.15 แสดงการใส่ Contact แบบ General Contact 3.9.2 การใส่ Contact แสดงแบบลายเส้น รูปที่ 3.16 แสดงการใส่ Contact แสดงแบบลายเส้น 55 3.9.4 การกาหนดMesh เพื่อให้โปรแกรมสามารถประมวลผลได้มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น รูปที่ 3.17 การกาหนด Mesh แบบ Front side view รูปที่ 3.18 การกาหนด Mesh เป็น Isometric view 56 3.10 การทดสอบ จากการศึกษาพฤติกรรมของแรงที่เกิดขึ้นกับระบบยึดรางในขณะรถไฟเคลื่อนที่ พบว่าระบบ ต้องรับแรงหลายทิศทาง ทั้งแรงกดในแนวดิ่ง แรงเฉือนด้านข้าง และแรงดึงในแนวราง ดังนั้นคณะ ผู้จัดทาจึงได้ออกแบบการทดสอบเชิงกลให้สอดคล้องกับมาตรฐานสากลของ BSI (British Standards Institution) โดยเลือกเฉพาะการทดสอบที่สามารถจาลองได้ในโปรแกรม SolidWorks Simulation และ Abaqus เพื่อศึกษาพฤติกรรมการรับแรงและการกระจายความเค้นของชุดยึดราง ซึ่งแบ่งการ ทดสอบออกเป็น 4 รูปแบบหลักตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง โดยจะต้องมีการสร้างแรงหนีบของราง (Clamping Force) หลังจากนั้นจะยึดการสร้างแรงหนีบของราง (Clamping Force) เป็นขั้นตอนแรก ในการทดสอบตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้องที่ได้กล่าวไปข้างต้น 3.10.1 การสร้างแรงหนีบของราง (Clamping Force) รูปที่ 3.19 การสร้างแรงหนีบของราง (Clamping Force) ในการจาลองการใส่แรง Clamping Force ของแบบจาลองนี้ มีวัตถุประสงค์เพื่อแทนสภาพ การใช้งานจริงของระบบยึดเหนี่ยวราง โดยในความเป็นจริงแรงดังกล่าวเกิดจากการขันสกรู ซึ่งทาให้ เกิดแรงกดลงบนคลิปและชิ้นส่วนต่าง ๆ เพื่อยึดรางให้แน่นกับหมอนรองราง ดังนั้นในการวิเคราะห์ ด้วยโปรแกรม Abaqus จึงกาหนดแรง Clamping Force ขึ้นมาเพื่อจาลองแรงจากสกรูจริง โดยใน แบบจาลองนี้ได้กาหนดระยะการดึงของสกรูเท่ากับ 3.5 mm ซึ่งส่งผลให้เกิดแรงกดที่คลิปกระทาต่อ รางประมาณข้างละ 10 kN สอดคล้องกับค่าที่กาหนดตามมาตรฐาน ทั้งนี้แรงดังกล่าวมีบทบาทสาคัญ 57 ในการสร้างแรงยึดเหนี่ยวระหว่างรางกับหมอนรองราง ช่วยป้องกันการเคลื่อนตัวของรางในระหว่าง การใช้งาน และส่งผลโดยตรงต่อการกระจายความเค้นและความแข็งแรงของชิ้นส่วนภายในระบบ ทั้งหมด 3.10.2 ขั้นตอนการทดสอบแรงกดแนวดิ่ง ( Vertical Load Test ) 3.10.2.1 หลักการ Vertical test ของระบบยึดรางแบบ SKL-14 เป็นการทดสอบเพื่อวัดความแข็งเชิงดิ่ง (Vertical stiffness) ของชุดยึดรางทั้งชุดซึ่งประกอบด้วย คลิป SKL-14, แผ่นรองราง (rail pad), ราง และ หมอนคอนกรีต การทดสอบทาโดย • กดแรงในแนวดิ่งลงบนราง • ขณะที่หมอนและฐานรองรับถูกยึดให้อยู่นิ่ง • วัดความสัมพันธ์ระหว่าง แรงกด (kN) กับ การยุบตัวของราง (mm) แรงแนวดิ่งนี้แทนแรงจริงจาก น้าหนักล้อรถไฟที่ถ่ายทอดผ่านรางลงสู่ชุดยึด 3.10.2.2 วัตถุประสงค์ • เพื่อหา ค่าความแข็งเชิงดิ่งของระบบยึดราง SKL-14 • เพื่อประเมิน ความสามารถในการรองรับแรงกดจากล้อรถ • เพื่อประเมินบทบาทของ rail pad และคลิป SKL-14 ต่อการยุบตัวของราง • เพื่อใช้เปรียบเทียบกับ ข้อกาหนดของมาตรฐานสากล (EN 13146-9 / EN 13481) 3.10.2.3 หลักการใส่แรง (Load Application – ตัวเลขสาคัญ) • เป็น แรงกดแนวดิ่ง (compressive load) • เพิ่มแรงอย่างต่อเนื่อง ไม่กระแทก • ช่วงแรงที่นิยมใช้ประเมิน stiffness สาหรับระบบแบบ SKL-14: • 18 – 68 kN (ใช้งานทั่วไป / ทางความเร็วสูง) • ค่าความแข็งเชิงดิ่งคานวณจากช่วงแรงนี้ โดยใช้ Vertical stiffness = ΔForce / ΔDeflection 58 3.10.2.4 ค่าที่ใช้ประเมินผล (Key Results) • ค่าความแข็งเชิงดิ่งของระบบยึดราง SKL-14 (kN/mm หรือ MN/m) • รูปร่างกราฟแรง–การยุบตัว • ความสม่าเสมอของการยุบตัวเมื่อรับแรงเพิ่ม รูปที่ 3.20 แสดงแรงกระทาตามแนวกดแนวดิ่งต่อชุดยึดเหนี่ยวรางแสดงในมุม Isometric view 3.10.3 ขั้นตอนการทดสอบแรงด้านข้าง ( Lateral Load Test) 1) Properties ที่ใช้ในการคานวณ L = องค์ประกอบด้านข้างของแรงที่ส่งผ่านโดยล้อไปยังหัวราง หน่วย kN PL = องค์ประกอบของภาระที่ขนานกับฐานของหมอนรองนอน ในหน่วย kN Pv = องค์ประกอบของภาระที่ตั้งฉากกับฐานของหมอนนอน ในหน่วย kN V = องค์ประกอบแนวตั้งของแรงที่ส่งโดยล้อไปยังหัวราง หน่วย kN X = ระยะห่างระหว่างแนวการใช้ L และจุดศูนย์กลางของรัศมีมุมวัดของหัวราง หน่วย มิลลิเมตร α = มุมระหว่างเส้นรับน้าหนักและเส้นตั้งฉากกับฐานของหมอนรองหมอน หน่วย องศา 2) พิจารณาตารางมาตรฐาน: Rail section UIC 60 59 เนื่องจากรางที่ใช้ในโครงงานนี้เป็นรางหน้าตัด UIC 60 ซึ่งจัดอยู่ในกลุ่มรางสาหรับ ทางรถไฟสายหลัก (Main line) จึงเลือกใช้ Type of Track เป็น Main line ตามตาราง มาตรฐาน ตารางที่ 3.2 แสดงค่าภาระที่ใช้ในการทดสอบและตาแหน่งการกระทาของแรง 3) การคานวณแรงด้านข้างที่ใช้ในการทดสอบ - α = 33 องศา - 𝑙 /𝑣 = 0.65 -Load Position (x) in mm = 15 mm -Maximum Load ( 𝑃𝑣 / 𝐶𝑜𝑠 α ) = 83 83 = 𝑃𝑣 𝐶𝑜𝑠(33) ; 𝑃𝑣 = 83 𝐶𝑜𝑠(33) จะได้ ; 𝑃𝑣 = 69.609 𝑘𝑁 จากสูตร 𝑃𝑙 𝑃𝑣 = tan α 𝑃𝑙 = tan (33)(69.609) 𝑃𝑙 = 45.204 𝑘𝑁 60 Check 𝑙 /𝑣 = 𝑃𝑙 / 𝑃𝑣 = 0.649 = 0.65 4) ตาแหน่งการกระทาของแรง ตาแหน่งการกระทาของแรงที่ใช้ในการทดสอบพิจารณาจากความสัมพันธ์ระหว่างแรง 𝐿 𝑃𝐿 𝑉 𝑃𝑉 ด้านข้างและแรงดิ่ง ซึ่งสามารถแสดงได้ดังสมการ : = = tan α รูปที่ 3.21 แสดงตาแหน่งและทิศทางของแรงกระทาต่อรางรถไฟในแนวด้านบนและด้านข้าง โดยที่ 𝑃𝑙 คือ แรงด้านข้างที่กระทาต่อราง 𝑃𝑣 คือ แรงดิ่งที่กระทาต่อราง α คือ มุมระหว่างแนวแรงด้านข้างและแนวแรงดิ่ง x คือ ระยะตาแหน่งที่แรงกระทาจากจุดอ้างอิงบนหัวราง จากการคานวณในข้อก่อนหน้า สามารถกาหนดค่าพารามิเตอร์ที่ใช้ในการทดสอบได้ดังนี้ แรงด้านข้าง 𝑃𝑙 = 45.204 𝑘𝑁 แรงดิ่ง 𝑃𝑣 = 69.609 𝑘𝑁 มุมของแนวแรง α = 33 องศา ตาแหน่งที่แรงกระทา x = 25 mm 61 รูปที่ 3.22 แสดงแรงกระทาด้านข้างและด้านบนต่อชุดยึดเหนี่ยวรางแสดงในมุม Isometric view 3.10.4 ขั้นตอนการทดสอบแรงตามแนวราง ( Longitudinal Test) 3.10.4.1 หลักการ (Principle) การทดสอบ Longitudinal test คือการ วัดความสามารถของชุดยึดรางในการต้านทานแรง ตามแนวยาวของราง โดยทาการ ดึงรางในแนวยาว ขณะที่ หมอนหรือฐานรองรับถูกยึดให้อยู่นิ่งแล้ววัด ความสัมพันธ์ ระหว่าง แรงที่ใช้ดึง (kN) กับ การเลื่อนของราง (mm) จนเกิดการลื่น (slip) 3.10.4.1 แรงลักษณะนี้แทนแรงจริงที่เกิดจาก • การเบรกและออกตัวของขบวนรถ • การขยาย–หดตัวของรางจากอุณหภูมิ 3.10.4.2 วัตถุประสงค์ (Objectives) • เพื่อหา แรงต้านตามแนวยาวสูงสุดของชุดยึดราง • เพื่อระบุ แรงที่ทาให้รางเริ่มลื่น (slip force) • เพื่อใช้เปรียบเทียบกับ ข้อกาหนดตามมาตรฐานสากล • เพื่อประเมินความเหมาะสมของชุดยึดรางสาหรับการใช้งานจริง 62 3.10.4.3 วิธีการทดสอบ (Test Method) • ใช้ รางยาวประมาณ 0.5 m ต่อ 1 rail seat • ประกอบราง ชุดยึด แผ่นรอง และหมอน เหมือนติดตั้งจริง • ยึดหมอนหรือฐานรองรับ ไม่ให้เคลื่อนที่ตามแนวยาว • ออกแรงดึงรางในแนวยาวด้วยเครื่องทดสอบ • วัดแรงและการเลื่อนของรางตลอดการดึง • ทาการทดสอบ ซ้า 4 รอบ โดยไม่ปรับชุดยึด 3.10.4.4 หลักการใส่แรง (Load Application ) • เป็น แรงดึงตามแนวยาวของราง • เพิ่มแรงด้วยอัตราคงที่ 10 ± 5 kN ต่อ 1 นาที ใส่แรงจนกระทั่งรางเริ่มลื่นอย่าง ชัดเจน หรือแรงถึงค่าที่กาหนดเป็นขีดจากัด เมื่อจบรอบ ให้ ปลดแรงลงเป็นศูนย์ แล้วเริ่ม รอบถัดไป 3.10.4.5 ค่าที่ใช้ประเมินผล (Key Results) แรงที่เริ่มเกิดการลื่นของราง (kN) → ค่าหลักของการทดสอบ รูปร่างกราฟแรง–การกระจัด • ช่วงก่อนลื่น • ช่วงเริ่มลื่น • ช่วงลื่นต่อเนื่อ 3.10.4.6 ตัวอย่างการใส่แรงในโปรแกรม Abaqus (โดยใช้ฟังก์ชัน Displacement ในการ จาลองแรง) 63 รูปที่ 3.23 แสดงแรงกระทาตามแนวแกนรางต่อชุดยึดเหนี่ยวรางแสดงในมุม Isometric view 3.10.5 ขั้นตอนการทดสอบแรงบิด ( Torsion Test ) 3.10.5.1 หลักการและวัตถุประสงค์ของการทดสอบแรงบิด การทดสอบแรงบิดมีวัตถุประสงค์เพื่อประเมินพฤติกรรมการตอบสนองของรางเมื่อได้รับ โมเมนต์แรงบิดในทิศทางด้านข้าง ซึ่งอาจเกิดขึ้นระหว่างการใช้งานจริงของระบบราง การทดสอบนี้ ดาเนินการตามแนวทางของมาตรฐาน EN 13146-2 และ EN 13481-2 โดยกาหนดเกณฑ์การยอมรับ ให้การหมุนของรางต้องไม่เกิน 1 ° ภายใต้โมเมนต์แรงบิดที่กาหนด และรางต้องสามารถคืนรูปได้ หลังจากปลดแรง 3.10.5.2 วิธีการดาเนินการทดสอบแรงบิด วิธีการคานวณการใส่ระยะ Displacement control คานวณได้จาก 𝛿 = 𝑟𝜃 𝜋 หา 𝜃; 1 = 180 ≈ 0.01745 𝑟𝑎𝑑 หา 𝛿 ; 300 × 0.01745 = 5.23 𝑚𝑚. 64 ในการทดสอบ จะกระทาใส่เป็น Displacement ขนาด 5.23 มิลลิเมตร ต่อรางในทิศทาง ด้านข้าง เพื่อให้เกิดการบิดตัวตามแนวแกน X ของราง จากนั้นทาการตรวจวัดมุมการหมุนที่เกิดขึ้น พร้อมทั้งพิจารณาพฤติกรรมการเสียรูปของรางภายใต้แรงบิดดังกล่าว เมื่อปลดแรงแล้ว จะทาการ ตรวจสอบการคืนรูปของรางเพื่อประเมินว่าการเสียรูปที่เกิดขึ้นอยู่ในช่วงยืดหยุ่นและเป็นไปตามเกณฑ์ ที่มาตรฐานกาหนด ผลจากการทดสอบจะถูกนามาใช้พิจารณาความสามารถของรางในการต้านทานแรงบิด รวมถึงความเหมาะสมของระบบยึดรางในการรองรับแรงด้านข้างภายใต้เงื่อนไขการใช้งานตาม มาตรฐานที่เกี่ยวข้อง รูปที่ 3.24 แสดงตาแหน่งอ้างอิงของแรงบิดที่กระทาต่อรางรถไฟเพื่อการทดสอบ 65 3.10.5.3 ตัวอย่างการใส่แรงในโปรแกรม Abaqus (โดยใช้ฟังก์ชัน Displacement ในการจาลอง แรง) รูปที่ 3.25 แสดงแรงกระทาแบบแรงบิดต่อชุดยึดเหนี่ยวรางแสดงในมุม Isometric view รูปที่ 3.26 แสดงแรงกระทาแบบแรงบิดต่อชุดยึดเหนี่ยวรางแสดงในมุม Top view 66 จากการจาลองแรงกระทาในโปรแกรม Abaqus ตามมาตรฐาน BSI (British Standards Institution) สามารถสังเกตพฤติกรรมการเคลื่อนที่และการเสียรูปของชุดยึดเหนี่ยวรางได้อย่างชัดเจน โดยการทดสอบเริ่มจาก การทดสอบแรงถอนวัสดุฝังยึด (Pull-out Test) เพื่อศึกษาความสามารถใน การรับแรงดึงขึ้นของระบบเมื่อเกิดการยกตัวของราง ผลการจาลองแสดงให้เห็นถึงการกระจายแรง ปฏิกิริยา การเสีย รูป ของคลิป และพฤติกรรมการยึดเกาะระหว่างชิ้นส่ว นต่าง ๆ ซึ่งสะท้อนถึง ประสิทธิภาพในการยึดเหนี่ยวและความมั่นคงของระบบยึดรางโดยรวม 67 บทที่4 ผลการ Simulation ในโปรแกรม Abaqus 4.1 การทดสอบแรงหนีบของชุดยึดราง (Clamping Force Test) จากการจาลองในโปรแกรม Abaqus ในงานนี้เลือกใช้วิธีการใส่ Displacement แทนการใส่ แรงโดยตรง เนื่องจากสามารถควบคุมการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนได้ง่ายกว่า และช่วยลดปัญหา การ คานวณไม่ลู่เข้าในกรณีที่มี Contact หลายจุด โดยในขั้นตอนที่ 1 (Pre-clamp) ได้กาหนดให้หัวโบ ลต์กดลงในแนวดิ่งระยะ 3.5 mm เพื่อให้คลิปแนบกับรางและแผ่นรองอย่างสมmบูรณ์ และเพื่อให้ได้ แรงยึดเหนี่ยวที่เกิดขึ้นประมาณข้างละ 10 kN รูปที่ 4.1 ทดสอบแรงหนีบของรางแสดงในมุม Isometic view ในโปรแกรม Abaqus 68 รูปที่ 4.2 ภาระกรรมที่เกิดขึ้นต่อชิ้นส่วนของชุดยึดเหนี่ยวรางด้าน Top view ในโปรแกรม Abaqus รูปที่ 4.3 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างปฏิกิริยากับการเคลื่อนตัวของ Screw 69 ซึง่ จากค่าสอดคล้องกับค่าที่ใช้ในมาตรฐานจริงจากนั้นในขั้นตอนถัดไปจะคงสภาพการยึด ดังกล่าวไว้ แล้วจึงทาการใส่โหลดในรูปแบบต่าง ๆ เช่น แรงกดในแนวดิ่ง แรงด้านข้าง แรงตามแนวยาว และแรงบิด เพื่อใช้วิเคราะห์พฤติกรรมของระบบยึดเหนี่ยวรางภายใต้เงื่อนไขการใช้งานจริง โดยวิธีนี้ ช่วยให้ผลการจาลองมีความเสถียรและสอดคล้องกับพฤติกรรมของระบบจริงมากขึ้น 4.2 ขั้นตอนการทดสอบแรงกดแนวดิ่ง ( Vertical Load Test ) จากผลการจาลองเชิงตัวเลข (numerical simulation) พบว่าในการทดสอบแบบ vertical test แผ่นรองราง (rail pad) เกิดการยุบตัวในแนวดิ่ง (vertical deformation) เท่ากับ h0.231 mm โดยค่าดังกล่าวได้มาจากการคานวณระยะยุบตัวสุทธิของแผ่นรองราง ซึ่งพิจารณาจากผลต่างระหว่าง ระยะยุบตัวของแผ่นรองรางหลังจากมีการกระทาแรงทดสอบขนาด 100 kN และระยะยุบตัวของแผ่น รองรางในสภาวะที่ยังไม่มีการกระทาแรงทดสอบ เพื่อแยกผลของแรงอัดยึดเริ่มต้นออกจากผลของแรง ทดสอบแนวดิ่งโดยตรง รูปที่ 4.4 ผลลัพธ์ค่า Displacement ของรางตอนที่ยังไม่ได้ใส่แรง 100 kN ในแนวดิ่ง ในโปรแกรม Abaqus 70 รูปที่ 4.5 ผลลัพธ์ค่า Displacement ของรางตอนที่ใส่แรง 100 kN ในแนวดิ่ง ในโปรแกรม Abaqus เมื่อเปรียบเทียบกับข้อกาหนดของมาตรฐานที่ระบุว่า ภายใต้แรงทดสอบขนาด 100 kN แผ่น รองรางต้องมีการยุบตัวไม่เกิน 2 mm พบว่าค่าการยุบตัวที่ได้จากการจาลองมีค่าน้อยกว่าขีดจากัดที่ กาหนดไว้อย่างชัดเจน ดังนั้นจึงสามารถสรุปได้ว่า ระบบยึดรางที่ทาการศึกษานี้เป็นไปตามข้อกาหนด ของมาตรฐาน และมีความเหมาะสมสาหรับการใช้งานทางวิศวกร 4.3 ขั้นตอนการทดสอบแรงด้านข้าง ( Lateral Load Test) จากการทดสอบความต้านทานแรงด้านข้างของระบบยึดราง (Lateral Load Test) การ กาหนดเงื่อนไขการวิเคราะห์อ้างอิงจากพฤติกรรมการเคลื่อนที่ของรถไฟขณะเข้าโค้ง โดยกาหนดแรง กระทาขนาด 74 กิโลนิวตัน ตามมาตรฐานราง Rail section UIC 60 ซึ่งแรงดังกล่าวกระทาใน ทิศทางเอียงทามุม 30 องศากับแนวระนาบ และถูกแยกแรงออกเป็นแนวแกน x ขนาด 45,204 นิวตัน และแนวแกน y ขนาด 69,609 นิวตัน 71 รูปที่ 4.6 กระทาด้านข้างและด้านบน โดยที่แรงกระทาด้านบน 69.609 kN และแรงกระทาด้านข้าง 45.204 kN รูปที่ 4.7 ผลลัพธ์ของการทดสอบ Lateral Load Test ในโปรแกรม Abaqus (Isometric view) 72 รูปที่ 4.8 ผลลัพธ์ของการทดสอบ Lateral Load Test ในโปรแกรม Abaqus (Front side view) รูปที่ 4.9 ผลลัพธ์ของการทดสอบ Lateral Load Test ในโปรแกรม Abaqus (Zoom in W-Clip) จากนั้นได้นาค่าแรงดังกล่าวไปกาหนดเป็นเงื่อนไขแรงในโปรแกรม Abaqus ตามแนวทาง ของมาตรฐาน BS EN 13481-2:2002 ผลการวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าค่าความเค้นสูงสุดเกิดขึ้น บริเวณด้านบนของตัว W-Clip โดยมีค่าประมาณ 2,200 MPa ซึ่งค่าที่ได้อาจคลาดเคลื่อนได้ตาม สมบัติของวัสดุ 73 4.4 ขั้นตอนการทดสอบแรงตามแนวราง ( Longitudinal resistance test) จากผลการจาลองเชิ ง ตั ว เลข (numerical simulation) พบว่า ในการทดสอบแบบ longitudinal test รางเกิดการเคลื่อนตัวตามแนวราง (longitudinal displacement) เท่ากับ 0.082 mm โดยค่าดังกล่าวได้มาจากการคานวณระยะเคลื่อนตัวสุทธิของราง ซึ่งพิจารณาจากผลต่างระหว่าง ระยะเคลื่อนตัวของรางหลังจากมีการกระทาแรงทดสอบขนาด 12 kN และระยะเคลื่อนตัวของรางใน สภาวะที่ยังไม่มีการกระทาแรงทดสอบ เพื่อแยกผลของแรงอัดยึด (clamping force) ออกจากผลของ แรงตามแนวรางโดยตรง รูปที่ 4.10 ผลลัพธ์ค่า Displacement ของรางตอนที่ยังไม่ได้ใส่แรง 12kN ตามแนวราง ใน โปรแกรม Abaqus รูปที่ 4.11 ผลลัพธ์ค่า Displacement ของรางตอนที่ใส่แรง 12kN ตามแนวราง ใน โปรแกรม Abaqus 74 เมื่อเปรียบเทียบกับข้อกาหนดของมาตรฐานที่ระบุว่า ภายใต้แรงทดสอบขนาด 12 kN ราง ต้องมีการเคลื่อนตัวตามแนวรางไม่เกิน 1 mm พบว่าค่าการเคลื่อนตัวที่ได้จากการจาลองมีค่าน้อย กว่าค่าขีดจากัดที่กาหนดไว้อย่างชัดเจน ดังนั้นจึงสามารถสรุปได้ว่า ระบบยึดรางที่ทาการศึกษานี้ เป็นไปตามข้อกาหนดของมาตรฐาน และมีความเหมาะสมสาหรับการใช้งานทางวิศวกรรม 4.5 ขั้นตอนการทดสอบแรงบิด ( Torsional Test) จากการทดสอบการต้านทานแรงบิด (Torsional Resistance Test) ของระบบยึดรางแบบ W-Clip อ้างอิงตามมาตรฐาน EN 13146-2 จะทาการใส่แรงที่ปลายรางโดยกาหนดระยะห่างจากจุด ศูนย์กลางประมาณ 300 mm และหมุนรางในทิศทางที่กาหนด เช่น 1 องศา เมื่อรางพยายามหมุน แรง จะถูกถ่ายจาก Rail ไปยัง W-Clip ซึ่งทาหน้าที่สร้างแรงหนีบเพื่อต้านการหมุน โดย W-Clip จะเกิดการ เสียรูปแบบยืดหยุ่นเพื่อสร้างแรงต้าน ส่งผลให้เกิดโมเมนต์ต้านทานภายในระบบ ซึ่งสามารถคานวณได้ จากความสัมพันธ์ระหว่าง displacement และ Reaction Force และโดยทั่วไปจะรายงานค่า Moment ที่มุมการหมุน 1 องศา เพื่อนามาใช้เปรียบเทียบสมรรถนะของระบบยึดราง โดยระบบต้อง สามารถต้านแรงบิดและคืนรูปได้หลังปลดแรงเพื่อให้เหมาะสมกับการใช้งานจริง รูปที่ 4.12 ผลลัพธ์ของพื้นที่ที่ถูกกระทาด้วยแรงบิดเมื่อบิดไป 1 ° ในโปรแกรม Abaqus แสดงในมุม Isometric view 75 รูปที่ 4.13 ผลลัพธ์ของพื้นที่ที่ถูกกระทาด้วยแรงบิดเมื่อบิดไป 1 ° ในโปรแกรม Abaqus แสดงในมุม Isometric view รูปที่ 4.14 ผลลัพธ์ของพื้นที่ที่ถูกกระทาด้วยแรงบิดเมื่อบิดไป 1 ° ในโปรแกรม Abaqus แสดงในมุม Top view 76 รูปที่ 4.15 ผลลัพธ์ของพื้นที่ที่ถูกกระทาด้วยแรงบิดของ Mid Pad เมื่อบิดไป 1 ° ใน โปรแกรม Abaqusแสดงในมุม Top view รูปที่ 4.16 ผลลัพธ์ของพื้นที่ที่ถูกกระทาด้วยแรงบิดของ Clip Insulator ฝั่งซ้ายเมื่อบิดไป 1 ° ในโปรแกรม Abaqusแสดงในมุม Isometric view 77 Typical load–displacement behavior at 1 ° rotation 6 Displacement (mm) 5 4 3 2 1 0 0 10000000 20000000 30000000 40000000 50000000 60000000 70000000 Reaction Force (N) รูปที่ 4.17 กราฟแสดงระหว่าง Reaction Force กับ Displacement ของมุมที่บิดไป 1 ° จากกราฟความสัมพันธ์ระหว่างค่า Displacement (การกระจัด) และ Reaction Force (แรงปฏิกิริยา) ในการทดสอบแรงบิด (Torsional Test) พบว่าแนวโน้มของกราฟมีลักษณะเพิ่มขึ้น อย่างต่อเนื่องและสม่าเสมอ โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงแบบฉับพลันหรือการตกลงของแรง ซึ่งบ่งชี้ว่าไม่ เกิดการสลิประหว่างผิวสัมผัสของชิ้นส่วนในระบบยึดราง พฤติกรรมดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าการถ่าย แรงบิดจากรางไปยังอุปกรณ์ยึดเหนี่ยวสามารถทาได้อย่างมีประสิทธิภาพ และแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นมี ค่ามากเพียงพอในการยึดรั้งการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของชิ้นส่วน ส่งผลให้ระบบมีเสถียรภาพและสามารถ ต้านทานแรงบิดได้ตามที่ออกแบบไว้ผลการทดสอบให้ค่าการกระจัดและโมเมนต์อยู่ในช่วงที่สอดคล้อง กับเกณฑ์ของมาตรฐาน จึงถือว่าระบบยึดรางสามารถต้านทานแรงบิดได้ตามข้อกาหนด 4.6 อภิปรายผลการทดลอง จากการจาลองเชิงตัวเลขด้วยโปรแกรม Abaqus เพื่อประเมินสมรรถนะของระบบยึดราง ภายใต้เงื่อนไขการทดสอบตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง พบว่าผลการวิเคราะห์ในทุกกรณีการทดสอบมี แนวโน้มสอดคล้องกับข้อกาหนดของมาตรฐาน และสะท้อนถึงพฤติกรรมเชิงกลของระบบยึดรางได้ อย่างเหมาะสม 78 สาหรับการทดสอบแนวดิ่ง (Vertical Test) ภายใต้แรงกด 100 kN แผ่นรองราง (rail pad) เกิดการยุบตัวสุทธิในแนวดิ่งเท่ากับ 0.231 mm ซึ่งเป็นค่าที่ได้จากการพิจารณาผลต่างของการยุบตัว ระหว่างสภาวะมีและไม่มีแรงทดสอบ เพื่อแยกผลของแรงอัดเริ่มต้นออกจากผลของแรงแนวดิ่งโดยตรง เมื่อเปรียบเทียบกับข้อกาหนดของมาตรฐานที่อนุญาตให้แผ่นรองรางยุบตัวได้ไม่เกิน 2 mm พบว่าผล การจาลองอยู่ในช่วงที่ปลอดภัยอย่างมาก สะท้อนให้เห็นว่าแผ่นรองรางสามารถรองรับแรงกดจากล้อ รถไฟได้ดี และช่วยลดการถ่ายแรงกระแทกสู่โครงสร้างรองรับได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในส่วนของการทดสอบแรงด้านข้าง (Lateral Load Test) ซึ่งอ้างอิงตามมาตรฐาน BS EN 13481-2:2002 ได้กาหนดแรงทดสอบรวม 74 kN ตามพฤติกรรมการเคลื่อนที่ของรถไฟขณะเข้าโค้ง โดยแรงถูกแยกออกเป็น องค์ป ระกอบตามแกน X และ Y และนาไปกาหนดเป็นเงื่ อ นไขแรงใน แบบจาลอง ผลการวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าค่าความเค้นสูงสุดเกิดขึ้นบริเวณด้านบนของตัว W-Clip โดยมีค่าประมาณ 2,200 MPa ซึ่งเป็นตาแหน่งที่สอดคล้องกับลักษณะการรับแรงดัดและแรงดึง ร่วมกันของชิ้นส่วน อย่างไรก็ตาม ค่าความเค้นดังกล่าวอาจมีความคลาดเคลื่อนขึ้นอยู่กับสมบัติวัสดุที่ ใช้ในแบบจาลองและสมมติฐานเชิงตัวเลขที่กาหนด ซึ่งถือเป็นประเด็นที่ควรพิจารณาเพิ่มเติมใน ขั้นตอนการออกแบบเชิงละเอียดหรือการทดสอบจริง ในกรณีการทดสอบตามแนวราง (Longitudinal Test) ภายใต้แรงทดสอบขนาด 12 kN พบว่ารางเกิดการเคลื่อนตัวตามแนวรางสุทธิเท่ากับ 0.082 mm โดยค่านี้ได้จากการหาผลต่างของการ เคลื่อนตัวระหว่างสภาวะที่มีและไม่มีแรงทดสอบ เพื่อแยกผลของแรงอัดยึด (clamping force) ออก จากผลของแรงตามแนวรางโดยตรง เมื่อเปรียบเทียบกับข้อกาหนดของมาตรฐานที่ระบุว่าการเคลื่อน ตัวต้องไม่เกิน 1 mm ภายใต้แรงดังกล่าว พบว่าค่าที่ได้ต่ากว่าขีดจากัดอย่างชัดเจน แสดงให้เห็นว่า ระบบยึดรางมีความสามารถในการต้านทานแรงตามแนวรางได้ดี และมีความเสถียรต่อการเคลื่อนที่ ของรางในระหว่างการใช้งานจริง สาหรับการทดสอบแรงบิด (Torsional Test) ซึ่งอ้างอิงตามมาตรฐาน EN 13146-2 และ EN 13481-2 ระบบยึดรางสามารถรับโมเมนต์บิดได้ไม่น้อยกว่า 3 kN·m โดยมุมการหมุนที่เกิดขึ้นไม่เกิน ค่าที่กาหนด และเมื่อปลดแรงแล้วระบบสามารถคืนรูปได้ แสดงให้เห็นว่าความแข็งเชิงบิดของระบบ อยู่ในระดับ ที่เหมาะสม การใช้วิธีควบคุมการกระจัดด้านข้างแทนการกาหนดแรงบิดโดยตรงใน แบบจาลอง ทาให้สามารถคานวณโมเมนต์บิดจากแรงและระยะแขนโมเมนต์ไ ด้อย่างมีเสถียรภาพ ซึ่ง ช่วยลดปัญหาความไม่เสถียรของการวิเคราะห์เชิงตัวเลขและสะท้อนพฤติกรรมการต้านทานแรงบิด ของระบบได้อย่างสมเหตุสมผล 79 จากผลการจาลองเชิงตัวเลขภายใต้เงื่อนไขการทดสอบตามมาตรฐานต่าง ๆ พบว่าในบาง ชิ้นส่วนมีศักยภาพในการปรับปรุงรูปทรงหรือปริมาณวัสดุได้ โดยพิจารณาจากการกระจายตัวของค่า ความเค้น (stress distribution) ซึ่งมีลักษณะค่อนข้างสม่าเสมอและไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมี นัยสาคัญเมื่อเปรียบเทียบระหว่างแต่ละกรณีการทดสอบตามมาตรฐาน นอกจากนี้ จากการวิเคราะห์ ยังพบว่ามีบริเวณที่เกิดการกระจุกตัวของความเค้น (stress concentration) เฉพาะจุด ขณะที่พื้นที่ ส่วนอื่นของชิ้นส่วนมีค่าความเค้นต่ากว่าความสามารถในการรับแรงของวัสดุอย่างมาก แสดงให้เห็น ว่า มีการใช้วัสดุเกินความจาเป็นในบางบริเวณ 4.6.1 ผลการ Simulation ชิ้นส่วน Insulator ของการทดสอบ Vertical Load Test รูปที่ 4.18 ผลการ Simulation ชิ้นส่วน Insulator ของการทดสอบ Vertical Load Test ในโปรแกรม Abaqus 80 รูปที่ 4.19 ผลการ Simulation ชิ้นส่วน Insulator ของการทดสอบ Vertical Load Test ในโปรแกรม Abaqus 4.6.2 ผลการ Simulation ชิ้นส่วน Insulator ของการทดสอบ Lateral Load Test รูปที่ 4.20 ผลการ Simulation ชิ้นส่วน Insulator ของการทดสอบ Lateral Load Test ในโปรแกรม Abaqus 81 รูปที่ 4.21 ผลการ Simulation ชิ้นส่วน Insulator ของการทดสอบ Lateral Load Test ในโปรแกรม Abaqus 4.6.3 ผลการ Simulation ชิ้นส่วน Insulator ของการทดสอบ Longitudinal Load Test รูปที่ 4.22 ผลการ Simulation ชิ้นส่วน Insulator ของการทดสอบ Longitudinal Load Test ในโปรแกรม Abaqus 82 รูปที่ 4.23 ผลการ Simulation ชิ้นส่วน Insulator ของการทดสอบ Longitudinal Load Test ในโปรแกรม Abaqus 4.6.4 ผลการ Simulation ชิน้ ส่วน Insulator ของการทดสอบ Torsional Load Test รูปที่ 4.24 ผลการ Simulation ชิ้นส่วน Insulator ของการทดสอบ Torsional Load Test ในโปรแกรม Abaqus 83 รูปที่ 4.25 ผลการ Simulation ชิ้นส่วน Insulator ของการทดสอบ Torsional Load Test ในโปรแกรม Abaqus ดังนั้น จึงสามารถเสนอแนวทางในการปรับลดปริมาณวัสดุในบริเวณที่มีค่าความเค้นต่า เพื่อ เพิ่มประสิทธิภาพในการใช้วัสดุ (material efficiency) โดยยังคงรักษาความแข็งแรงของโครงสร้างให้ อยู่ภายในเกณฑ์ที่ยอมรับได้ ทั้งนี้ การปรับปรุงดังกล่าวต้องไม่ส่งผลให้ความสามารถในการรับแรง ลดลงเกินกว่า 10% ตามข้อกาหนดของมาตรฐานสากลที่เกี่ยวข้อง โดยภาพรวมผลการจาลองเชิงตัวเลขในทุกกรณีการทดสอบแสดงให้เห็นว่าระบบยึดรางที่ ทาการศึกษานี้มีสมรรถนะเป็นไปตามข้อกาหนดของมาตรฐานที่เกี่ยวข้องทั้งในด้านการต้านทานแรง แนวดิ่งแรงด้านข้าง แรงตามแนวรางและแรงบิด จึงสามารถสรุปได้ว่าระบบยึดรางมีความเหมาะสม สาหรับการใช้งานทางวิศวกรรม และผลการวิเคราะห์ที่ได้สามารถใช้เป็นข้อมูลสนับสนุนในการ ออกแบบและพัฒนาระบบยึดรางต่อไปในอนาคต จากผลการจาลอง (Simulation) ภายใต้เงื่อนไขตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้องกับระบบยึดราง รถไฟ ได้แก่ EN 13481-1 และ EN 13146-1 ของชิ้นส่วน Insulator และ Clip พบว่าการกระจายตัว ของความเค้น (Stress Distribution) ในแต่ละกรณีมีลักษณะใกล้เคียงกัน โดยบางบริเวณมีค่าความ เค้นต่าหรือไม่เกิดการรับแรงอย่างมีนัยสาคัญ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงบริเวณที่ยังไม่ได้ใช้ศักยภาพของวัสดุ อย่างเต็มที่ 84 จากการวิเคราะห์ดังกล่าว จึงนาผลการจาลองมาใช้เป็นแนวทางในการปรับปรุงรูปทรงของ ชิ้นส่วน โดยมุ่งเน้นการลดปริมาณวัสดุในบริเวณที่มีค่าความเค้นต่า พร้อมทั้งคงโครงสร้างหลักใน บริเวณที่มีการรับแรง เพื่อให้ยังสามารถรองรับโหลดได้ตามเกณฑ์ที่กาหนดในมาตรฐาน โดยยอมให้ค่า ความแข็งแรงเปลี่ยนแปลงไม่เกิน ±10% จากแนวทางนี้ ได้ทาการออกแบบและปรับปรุงรูปทรงของชิ้นส่วนใหม่ โดยรายละเอียดของ ชิ้นส่วนที่ได้รับการปรับปรุงแสดงดัง รูปที่ 4.26 ซึ่งเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้วัสดุ ควบคู่กับ การรักษาความแข็งแรงของโครงสร้างให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้ตามมาตรฐานสากล รูปที่ 4.26 โมเดล Insulator ที่ได้รับการปรับปรุงใหม่ จากการวิเคราะห์ผลการจาลองภายใต้เงื่อนไขการทดสอบตามมาตรฐานต่าง ๆ พบว่าชิ้นส่วน Insulator มีค่าความเค้นที่เปลี่ยนแปลงไม่มากเมื่อเปรียบเทียบระหว่างแต่ละกรณีการทดสอบ โดยมี แนวโน้มคงที่ แม้จะอยู่ภายใต้เงื่อนไขการรับแรงที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ ลักษณะการกระจายตัวของ ความเค้นยังพบว่าไม่ได้กระจายทั่วทั้งชิ้นงาน แต่มีการกระจุกตัวของความเค้นอยู่ในบางบริเวณ ซึ่ง เป็นตาแหน่งที่มีการรับและถ่ายแรงโดยตรงภายในโครงสร้าง จากผลการวิเคราะห์ดังกล่าว จึงได้นามาใช้เป็นแนวทางในการปรับปรุงรูปทรงของชิ้นส่วน โดยมุ่งเน้นการจัดรูปแบบของวัสดุให้เหมาะสมกับลักษณะการรับแรง เช่น การเพิ่มโครงสร้างเสริมแรง 85 (Rib) ในตาแหน่งที่เหมาะสม และการปรับรายละเอียดทางเรขาคณิต เช่น การทา Chamfer เพื่อลด การกระจุกตัวของความเค้นและช่วยให้การกระจายแรงดีขึ้น จากโมเดลที่ได้รับการปรับปรุง โดยโมเดลเดิมนั้นมีปริมาตรอยู่ที่ 129,709.43 ลูกบาศก์ มิลลิเมตร และโมเดลที่ได้รับการปรับปรุงใหม่นั้นมีปริมาตรอยู่ที่ 104,288.99 ลูกบาศก์มิลลิเมตร พบว่าสามารถลดปริมาณวัสดุลงได้ประมาณ 129,709.43−104,288.99 129,709.43 × 100 = 19.60 % เมื่อเทียบกับรูปแบบเดิม 86 บทที่ 5 แนวทางการปรับปรุง จากการกาหนดแรงในโปรแกรม Abaqus ตามมาตรฐานการทดสอบต่าง ๆ ทาให้สามารถ วิเคราะห์พฤติกรรมการเคลื่อนที่และการเสียรูปของชุดยึดเหนี่ยวรางได้อย่างชัดเจน โดยผลการจาลอง แบ่งออกเป็น 5 กรณีการทดสอบ ได้แก่ การทดสอบแรงยึดราง (Clamping force) การทดสอบแรงใน แนวดิ่ง (Vertical Load Test) การทดสอบความต้านทานตามแนวยาวของราง (Longitudinal Resistance Test) การทดสอบแรงด้านข้าง (Lateral Load Test) และการทดสอบแรงบิด (Torsion Test) แต่จาการวิเคราะห์พบว่าเมื่อสร้างแรง Clamping force ภายในระบบแล้วและนาไปทดสอบ ในมาตรฐานต่างๆ พบว่า Stress และพฤติกรรมของชิ้นส่วนไม่ได้เปลี่ยนเปลงอย่างมีนัยสาคัญ ดังนั้น ในการวิเคราะห์จึงสามารถยึดการทดสอบแรงยึดรางเป็นหลักได้เพราะสภาวะเริ่มต้นของระบบและ สะท้อนพฤติกรรมการรับแรงของชิ้นงานได้ใกล้เคียงกับกรณีการทดสอบอื่นๆ ซึ่งผลลัพธ์จะถูกนามา เปรียบเทียบระหว่างแบบจาลองทั้ง 2 รูปแบบ ดังนี้ 5.1 การทดสอบแรงยึดราง (Clamping force) 5.1.1 แบบจาลองก่อนปรับปรุง รูปที่ 5.1 รูปแบบการรับภาระของระบบชุดยึดเหนี่ยวรางที่มีแรงยึดเหนี่ยวราง ในโปรแกรม ABAQUS 87 รูปที่ 5.2 ผลลัพธ์ค่าความเค้นสูงสุดที่ Insulator เท่ากับ 66 MPA ในโปรแกรม ABAQUS จากการทดสอบแรงยึดราง ซึ่งกาหนดให้แรงกดของ Clip ต่อ Rail มีค่า 10 kN ต่อด้าน สาหรับแบบจาลองพื้นฐาน (Baseline Model) ในโปรแกรม Abaqus พบว่า ค่าความเครียดสูงสุด เกิดขึ้นบริเวณบ่ารองรับ Clip ของชิ้นส่วน Insulator อันเนื่องมาจากแรงกดของ Clip ที่ทาหน้าที่ สร้างแรงยึดเหนี่ยว (Clamping force) อย่างไรก็ตาม ยังพบว่าภายในชิ้นส่วน Insulator มีบางบริเวณ ที่เกิดความเครียดในระดับต่า และการกระจายตัวของความเครียดยังไม่ทั่วถึงทั้งชิ้นงาน แสดงให้เห็น ถึงการใช้วัสดุที่ยังไม่เกิดประสิทธิภาพสูงสุด ดังนั้น คณะผู้จัดทาจึงนาผลการวิเคราะห์ดังกล่าวไปใช้ เป็นแนวทางในการปรับปรุงแบบจาลองให้มีประสิทธิภาพดียิ่งขึ้น 88 5.1.2 แบบจาลองหลังปรับปรุง รูปที่ 5.3 รูปแบบการรับภาระของระบบชุดยึดเหนี่ยวรางที่มีแรงยึดเหนี่ยวราง ในโปรแกรม ABAQUS รูปที่ 5.4 ผลลัพธ์ค่าความเค้นสูงสุดที่ Insulator เท่ากับ 97.9 MPA ในโปรแกรม ABAQUS 89 5.1.3 อธิบายการทดลองทั้ง 2 กรณีของการทดสอบแรงยึดราง จากผลการ Simulation การทดสอบแรงยึดรางจะเห็นได้ว่าค่า Stress ที่เกิดขึ้นจาก โมเดลที่ได้รับการปรับปรุงแล้วนั้นมีค่ามากกว่าก่อนปรับปรุงประมาณ 31.9 MPA แต่จากที่ทางคณะ ผู้จัดทาได้ทาการสังเกตจากชิ้นงานแล้วนั้น ค่า Max Stress ที่เกิดขึ้นนั้นจะเกิดขึ้นตรง node ของ Mesh และในบริเวณที่เป็นมุมแหลมของชิ้นงาน แต่เมื่อวัดค่า Stress แบบ Elements โดยวัดใน บริเวณที่มีค่า Max Stress จากจุด node และนาค่า Stress ทั้งหมดของแต่ละ Elements มาทาการ เฉลี่ย ทาให้พบได้ว่าค่า Average Stress ที่ได้มานั้นจะมีค่าอยู่ที่ไม่เกิน 66 MPA และลักษณะการ กระจายตัวของ Stress มีความสม่าเสมอมากขึ้นและลดการกระจุกตัวของ Stress ในบางบริเวณได้ อย่างชัดเจน ทางคณะผู้จัดทาจึงสรุปผลว่าแม้ว่าจะลดปริมาณของวัสดุลง 19.60 % พบว่าการ ปรับปรุงสามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้วัสดุได้โดยที่ยังคงรับแรงของชิ้นงานอยู่ในระดับที่ เหมาะสม ข้อเสนอแนะในการนา RFID มาใช้กับระบบยึดเหนี่ยวราง จากการศึกษาและออกแบบระบบยึดเหนี่ยวรางในงานนี้ พบว่าสามารถนาเทคโนโลยี RFID มาช่วยเพิ่มความสะดวกในการติดตามและตรวจสอบชิ้นส่วนได้ โดยเฉพาะในเรื่องของการตรวจสอบ สถานะและการป้องกันการสูญหายของอุปกรณ์ อย่างไรก็ตาม หากต้องการนาไปใช้งานจริง ยังมีหลาย ปัจจัยที่ควรพิจารณาเพิ่มเติม ในส่วนของการเลือกแท็ก ควรเลือกชนิดที่เหมาะกับลักษณะงาน โดยเฉพาะกรณีที่ต้องติดตั้ง บนชิ้นส่วนโลหะ เช่น น็อตหรือคลิป ซึ่งโลหะจะมีผลต่อการอ่านสัญญาณของ RFID ค่อนข้างมาก ถ้า ใช้แท็กทั่วไปอาจอ่านได้ไม่ดีหรือระยะสั้นลง ดังนั้นควรเลือกแท็กที่ออกแบบมาสาหรับโลหะ หรือมี การเว้นระยะห่างระหว่างแท็กกับผิวโลหะเล็กน้อยเพื่อลดผลกระทบในส่วนนี้ อีกประเด็นหนึ่งคือเรื่องความทนทานของแท็ก เนื่องจากสภาพแวดล้อมของระบบรางมีทั้ง แรงสั่นสะเทือน ความชื้น และฝุ่นค่อนข้างมาก แท็กแบบฟิล์มบางที่ใช้ติดโดยตรงอาจเหมาะกับการ ทดลองหรือใช้งานระยะสั้น แต่ถ้าต้องใช้งานจริงในระยะยาว อาจต้องพิจารณาเพิ่มการป้องกัน เช่น การเคลือบผิว หรือเลือกตาแหน่งติดตั้งที่ไม่โดนแรงกระแทกโดยตรง เพื่อช่วยยืดอายุการใช้งาน ในด้านการติดตั้ง ควรเลือกตาแหน่งที่ไม่โดนแรงโดยตรง และไม่อยู่ในจุดที่มีการถอดประกอบ บ่อย เพื่อลดโอกาสที่แท็กจะเสียหาย นอกจากนี้ควรคานึงถึงความสะดวกในการอ่านข้อมูล เช่น ต้อง สามารถใช้เครื่องอ่านอ่านได้จริงในสภาพหน้างาน ไม่ใช่ติดแล้วอ่านไม่ได้ 90 สุดท้าย หากมีการพัฒ นาต่ อในอนาคต สามารถนาข้อมูล จาก RFID ไปเชื่อมกับ ระบบ ฐานข้อมูลหรือระบบตรวจสอบอื่น ๆ เพื่อใช้ในการวางแผนซ่อมบารุงหรือจัดการอุปกรณ์ได้ ซึ่งจะช่วย ให้ระบบมีความเป็นระบบมากขึ้นและลดปัญหาการตรวจสอบแบบเดิมที่ต้องใช้แรงงานคน 91 บทที่ 6 สรุปผล จากการดาเนินโครงงานนี้ พบว่าการวิเคราะห์ด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEA) สามารถช่วยให้ เข้าใจพฤติกรรมการรับแรงของระบบยึดเหนี่ยวรางได้ชัดเจนมากขึ้น โดยเฉพาะการกระจายความเค้น และตาแหน่งที่เกิดความเค้นสูง ซึ่งสามารถนามาใช้เป็นแนวทางในการปรับปรุงรูปแบบของชิ้นส่วนให้ เหมาะสมกับการใช้งานจริง ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าระบบสามารถรองรับการทดสอบตามมาตรฐานต่าง ๆ ได้ใน ระดับ ที่น่าพอใจ และพฤติกรรมของชิ้นส่ว นมี แนวโน้ มสอดคล้ อ งกันในแต่ละกรณีการทดสอบ โดยเฉพาะเมื่อสร้างแรงยึดราง (Clamping force) แล้ว พบว่าค่าความเค้นไม่ได้เปลี่ยนแปลงจากการ ทดสอบอื่นอย่างมีนัยสาคัญ จึงสามารถใช้การทดสอบแรงยึดรางเป็นแนวทางหลักในการวิเคราะห์ พฤติกรรมของระบบได้ สาหรับชิ้นส่วน Insulator พบว่ามีการกระจุกตัวของความเค้นในบางบริเวณ ขณะที่บางส่วน มีการรับแรงน้อย ทาให้เกิดการใช้วัสดุไม่เต็มประสิทธิภาพ จึงได้นาผลการวิเคราะห์มาปรับปรุง รูปแบบของชิ้นส่วน โดยเน้นการลดวัสดุในส่วนที่ไม่จาเป็นและปรับรูปทรงให้เหมาะสมมากขึ้น เมื่อเปรียบเทียบแบบก่อนและหลังปรับปรุง พบว่าสามารถลดปริมาณวัสดุลงได้ประมาณ 19.598% โดยยังคงความแข็งแรงให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้ และมีแนวโน้มการกระจายความเค้นที่ดี ขึ้น แสดงให้เห็นว่าการปรับปรุงรูปแบบช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้วัสดุได้จริง โดยสรุป โครงงานนี้สามารถบรรลุวัตถุประสงค์ที่ตั้งไว้ โดยแบบที่พัฒนาขึ้นมีศักยภาพในการ นาไปใช้งานจริง และสามารถต่อยอดไปสู่การพัฒนาในระดับอุตสาหกรรมได้ในอนาคต 92 เอกสารอ้างอิง 1. หนังสือ [1] Juvinall, R.C., & Marshek, K.M. (2017). Fundamentals of Machine Component Design (6th ed.). John Wiley & Sons. 2. มาตรฐาน [2] British Standards Institution, "Railway Applications – Track – Test methods for fastening systems", BS EN 13146, Parts 1-10, 2002. [3] British Standards Institution, "Railway Applications – Track – Performance requirements for fastening systems", BS EN 13481, Parts 1-8, 2012. [4] International Union of Railways (UIC), "UIC 864-5 – Technical specification for elastic rail fastening systems", 2010. [5] EN 10089, Hot rolled steels for springs – Technical delivery conditions. [6] EN 13230, Railway applications – Track – Concrete sleepers and bearers. [7] ISO 7089, Plain washers – Normal series – Product grade A. [8] ISO 898-1, Mechanical properties of fasteners made of carbon steel and alloy steel – Part 1: Bolts, screws and studs. [9] ISO 898-2, Mechanical properties of fasteners made of carbon steel and alloy steel – Part 2: Nuts. [10] ISO 178, Plastics – Determination of flexural properties. [11] ISO 527, Plastics – Determination of tensile properties. [12] ASTM D638, Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics. [13] ASTM A370, Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products. [14] DIN 127, Spring lock washers. 93 [15] DIN 125, Flat washers. [16] EN 10002, Metallic materials – Tensile testing. [17] EN 10025, Hot rolled products of structural steels. [18] ASTM A36, Standard Specification for Carbon Structural Steel. [19] GB/T 700, Carbon Structural Steels. 3. งานวิจัย/บทความวิชาการ [20] Gao, Q. et al. (2019). "Failure Analysis and Countermeasures of Rail Fastening System for High-Speed Railway." Advances in Materials Science and Engineering, [ออนไลน์]. เข้าถึงได้จาก: https://doi.org/10.1155/2019/4127065 [21] Hasap, A. et al. (2018). "Failure mechanism of e-clip fastener in rail track system." Engineering Failure Analysis, [ออนไลน์]. เข้าถึงได้จาก: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2018.05.013 [22] Sadeghi, J. et al. (2015). "Investigating the effect of axle load and speed on railway fastener performance." Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering, [ออนไลน์]. เข้าถึงได้จาก: https://doi.org/10.1139/tcsme-2015-0001 4. เว็บไซต์ [23] กรมการขนส่งทางราง, "มาตรฐานองค์ประกอบทางรถไฟ," [ออนไลน์], 2564, เข้าถึงได้จาก: https://www.drt.go.th [24] บุญวัชร์ เจริญนิรันดร, "สปริง คืออะไร," [ออนไลน์], 2564, เข้าถึงได้จาก: https://misumitechnical.com/technical/mechanical/spring-apply-industry/ [25] Agico Group, "Types of rail clips: Comprehensive Guide to Choosing the Right Rail Clip," [ออนไลน์], 2566, เข้าถึงได้จาก: https://rail-track.com/choose-rail-clip/ [26] Agico Group, "What is a Rail Clip?" [ออนไลน์], 2566, เข้าถึงได้จาก: https://rail-track.com/about-rail-clip/ 94 [27] Emily Zhang, "KPO Rail Fastening System – China Fastening System and KPO," Made-in-China.com, 2024, เข้าถึงได้จาก: https://syurail2024.en.made-in-china.com/product/ATvrbKtUlcpx/China-Kpo-RailFastening-System.html [28] Union Steel Structure Materials, "Q235 Steel Equivalent, Properties, Specification, Composition," [ออนไลน์], 2565, เข้าถึงได้จาก: https://www.unionss.com/blog/q235-steelequivalent-properties-specification-composition.html [29] Ziliang Liu et al., "Temperature-dependent mechanical properties of the Q235 steel," [ออนไลน์ ] , 2561, เข้า ถึ ง ได้ จาก: https://www.researchgate.net/publication/Temperaturedependent_mechanical_properties_of_the_Q235-steel-Ref-27_354004918 [30] https://www.researchgate.net/figure/ossloh-W14-fastening-system-and-itscomponents_fig1_363283764 (อ้างอิง) [31] https://www.tradekorea.com/product/detail/P472679/skl-14-rail-clip,-w-type-clip,rail-fastener.html [32] https://www.tradewheel.com/p/skl14-w14-rail-clip-rail-insulator-2523326/ [33] https://thai.gescosteel.com/sale-50145674-railway-construction-60e1-uic60-steelrail-from-gnee.html 95 ภาคผนวก ก หลักการทางานของระบบชุดยึดรางแบบยืดหยุ่นชนิด W 96 1.หลักการทางานของชุดยึดเหนี่ยวรางแต่ละประเภท 1.1 ชุดยึดเหนี่ยวรางชนิด SKL (SKL-Type Fastening System) เมื่อทาการติดตั้งชุดยึดเหนี่ยวรางแบบ W-Clip แล้ว ตัวคลิปสปริงจะถูกบีบอัด เพื่อให้เกิดแรง กดที่ เ หมาะสมบนราง แรงที่ เ กิ ด ขึ้ น จะถู ก ถ่า ยทอดลงสู่ ห มอนผ่านแผ่น รองราง ซึ่ ง ช่ ว ยดู ดซับ แรงสั่นสะเทือนและแรงกระแทกได้ดีเยี่ยม ส่งผลให้ระบบรางมีความมั่นคง ปลอดภัย และมีอายุการใช้ งานยาวนาน รูปที่ ก-1 ส่วนประกอบของชุดยึดเหยี่ยวรางชนิด SKL ชุดยึดเหนี่ยวรางชนิด SKL ประกอบด้วย 1. สปริงคลิป (SKL-14) ทาจากเหล็กสปริงกาลังสูง เช่น 60SiCr7 หรือ 65Si7 ผ่าน กระบวนการอบชุบความร้อนเพื่อเพิ่มความยืดหยุ่นและความแข็งแรง คลิปมีลักษณะโค้งรูปตัว W โดย เมื่อขันสกรูให้แน่น คลิปจะเกิดการโก่งตัวและสร้างแรงหนีบหัวรางลงบนหมอนคอนกรีต แรงหนีบที่ เกิดขึ้นมีค่าประมาณ 9 ถึง 12 กิโลนิวตันต่อคลิป และสามารถคืนรูปได้เองเมื่อแรงถูกปลดออก ซึ่ง เป็นกลไกสาคัญในการรักษาความแน่นของจุดยึด 97 รูปที่ ก-2 สปริงคลิป (SKL-14) 2. แผ่นฉนวน (Rail Seat Insulator) ทาจากพลาสติกวิศวกรรมชนิด PA 6.6 หรือ HDPE ทา หน้าที่รองรับแรงจากคลิปและป้องกันการสัมผัสระหว่างโลหะกับโลหะระหว่างคลิปและราง นอกจากนั้นยังช่วยเป็นฉนวนไฟฟ้าเพื่อลดการรั่วไหลของกระแสไฟในระบบรางไฟฟ้า อีกทั้งยังช่วย กาหนดมุมและตาแหน่งของคลิปให้คงที่ ทาให้แรงกดบนหัวรางมีความสม่าเสมอ รูปที่ ก-3 แผ่นฉนวน (Rail Seat Insulator) 3. แผ่นรองราง (Rail Pad) ทาจากยาง EPDM หรือ HDPE มีค่าความแข็งแนวดิ่งประมาณ 70 ถึง 120 กิโลนิวตันต่อมิลลิเมตร แผ่นรองรางทาหน้าที่ดูดซับแรงกระแทกและการสั่นสะเทือนจาก การวิ่งของขบวนรถไฟ รวมถึงกระจายแรงจากฐานรางลงสู่หมอนคอนกรีตอย่างสม่าเสมอ เพื่อป้องกัน การแตกร้าวของหมอนและลดเสียงรบกวนระหว่างการใช้งาน รูปที่ ก-4 แผ่นรองราง (Rail Pad) 98 4. ปลอกพลาสติก (Dowel)ทาจาก PA 6 หรือ HDPE เป็นตัวกลางในการรับแรงจากสกรูลงสู่ คอนกรีต ปลอกดังกล่าวช่วยป้องกันการแตกร้าวของคอนกรีตเมื่อเกิดแรงขันซ้าหลายครั้ง และช่วย ควบคุมทิศทางของแรงให้ตั้งฉากกับพื้นหมอน ทาให้แรงดึงและแรงกดภายในหมอนกระจายตัวอย่าง เหมาะสม รูปที่ ก-5 ปลอกพลาสติก (Dowel) 5. สกรูยึด (Screw Spike) เป็นสกรูเกลียวขนาด M22 ถึง M24 ทาจากเหล็กกล้าคาร์บอน เกรด 8.8 ตามมาตรฐาน ISO 898-1 มีความยาวประมาณ 150 ถึง 170 มิลลิเมตร เมื่อขันด้วยแรงบิด ประมาณ 200 ถึง 300 นิวตันเมตร จะเกิดแรงดึงภายในประมาณ 40 ถึง 60 กิโลนิวตัน ซึ่งถ่ายลงยัง คลิปและเกิดแรงกดที่หัวรางประมาณ 10 กิโลนิวตันต่อคลิป สกรูจึงเป็นชิ้นส่วนที่สร้างแรงหนีบหลัก ของระบบและยึดส่วนประกอบทั้งหมดเข้าด้วยกันอย่างมั่นคง รูปที่ ก-6 สกรูยึด (Screw Spike) 6. หมอนคอนกรีต (Concrete Sleeper) ผลิตจากคอนกรีตกาลังอัดสูงมากกว่า 40 เมกะ พาสคาล หมอนคอนกรีตทาหน้าที่รับแรงจากรางทั้งในแนวดิ่ง แนวข้าง และแรงตามแนวราง พร้อม กระจายแรงดังกล่าวลงสู่ชั้นหินรองทาง (ballast) หมอนยังช่วยควบคุมระยะห่างของรางและรักษา แนวทางให้คงที่ตามมาตรฐาน UIC 60 ซึ่งใช้มุมลาดของที่นั่งราง 1:40 เพื่อให้การรับแรงเป็นไปอย่าง ถูกต้อง 99 รูปที่ ก-7 หมอนคอนกรีต (Concrete Sleeper) 7.ราง (Rail) ในระบบนี้ใช้รางชนิด UIC 60 ผลิตจากเหล็กกล้าเกรด 900A ถึง 1100 มี น้าหนัก 60 กิโลกรัมต่อเมตร รางทาหน้าที่รับแรงจากล้อรถไฟและส่งต่อแรงดังกล่าวผ่านแผ่นรองราง และคลิปเข้าสู่หมอนคอนกรีต เพื่อให้ระบบทางรถไฟสามารถรับแรงและคงสภาพเชิงเรขาคณิตได้ อย่างมั่นคง รูปที่ ก-8 ราง (Rail) 8. แหวนรองเหล็ก (Steel Washer) เป็นแผ่นเหล็กกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 40–50 มิลลิเมตร ทาหน้าที่กระจายแรงขันของหัวสกรูให้สม่าเสมอและลดการฝังของหัวสกรูลงใน คลิป ช่วยป้องกันความเสียหายของพื้นผิวคลิปขณะขัน และทาให้แรงดึงที่ส่งต่อจากสกรูลงสู่คลิปมี ความสม่าเสมอมากขึ้น แหวนรองยังช่วยเพิ่มอายุการใช้งานของคลิปและสกรูโดยลดการล้าของวัสดุใน บริเวณสัมผัส รูปที่ ก-9 แหวนรองสปริง (Spring Washer) 100 1.2 ชุดยึดเหนี่ยวรางชนิด E-Clip (E-Type Rail Fastening System) รูปที่ ก-10 ส่วนประกอบของชุดยึดเหยี่ยวรางชนิด E-Clip ชุดยึดเหนี่ยวรางแบบ E-Type เป็นระบบที่ใช้ยึดรางรถไฟเข้ากับหมอน โดยอาศัยแรงกดจากชิ้นส่วนหลัก หลายองค์ประกอบร่วมกัน เพื่อให้รางมีความมั่นคงและสามารถรองรับแรงจากการวิ่งของขบวนรถได้อย่างมี ประสิทธิภาพ ซึ่งประกอบด้วยส่วนสาคัญดังต่อไปนี้ 1. E-Clip เป็นคลิปเหล็กสปริงที่มีลักษณะรูปทรงคล้ายตัวอักษร “e” เมื่อมองด้านข้าง วัสดุผลิตจาก เหล็กกล้าสปริงที่มีความยืดหยุ่นสูง การทางานของคลิปอาศัยการบีบอัดขณะติดตั้ง ทาให้เกิดแรงตึง (tensile force) และแรงกด (clamping force) ที่กดตัวรางให้แน่นกับระบบรองรับ ส่งผลให้รางถูกยึดตรึงอย่างมั่นคง รูปที่ ก-11 E-Clip 2. Shoulder เป็นชิ้นส่วนทีต่ิดตั้งอยู่กับหมอนรถไฟ ทาหน้าที่เป็นตาแหน่งรองรับและล็อกตาแหน่งของ EClip โดยคลิปจะถูกสอดเข้าไปในช่องของ Shoulder เพื่อสร้างแรงกดลงบนราง นอกจากนี้ยังช่วยถ่ายและกระจาย แรงที่เกิดจากการวิ่งของรถไฟลงสูห่ มอนได้อย่างสม่าเสมอ ลดการเคลื่อนตัวของรางในระหว่างการใช้งาน 101 รูปที่ ก-12 Shoulder 3. Rail Pad เป็นแผ่นรองระหว่างรางและหมอนรถไฟ โดยทั่วไปผลิตจากวัสดุยืดหยุ่น เช่น ยางหรือโพลิ เมอร์ ทาหน้าที่หลักในการกระจายแรงจากล้อรถไฟ ลดแรงกระแทกและการสั่นสะเทือน รวมถึงลดการสึกหรอ ระหว่างผิวสัมผัสของรางและหมอน อีกทั้งยังมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้า ช่วยป้องกันการไหลของกระแสไฟฟ้าที่อาจ ก่อให้เกิดความเสียหายต่อระบบ รูปที่ ก-13 Rail Pad 4. Insulator เป็นชิ้นส่วนที่อยู่ระหว่างรางกับ E-Clip มีหน้าที่ควบคุมระยะและตาแหน่งของรางให้ เหมาะสม พร้อมทั้งป้องกันการสัมผัสโดยตรงระหว่างโลหะ ซึ่งช่วยลดการสึกหรอและทาหน้าที่เป็นฉนวนไฟฟ้าใน กรณีที่มรีะบบสัญญาณหรือกระแสไฟฟ้าในราง รูปที่ ก-14 Insulator 102 1.3 ชุดยึดเหนี่ยวรางชนิด KPO (KPO Clip Rail Fastening System) รูปที่ ก-15 ส่วนประกอบของชุดยึดเหยี่ยวรางชนิด KPO ระบบยึดเหนี่ยวรางแบบ KPO Clip เป็นระบบที่ใช้ยึดรางเข้ากับแผ่นรอง (base plate) และหมอนรถไฟ โดยอาศัยแรงกดจากคลิปสปริงร่วมกับอุปกรณ์ยึดต่าง ๆ เพื่อให้รางมีความมั่นคง สามารถรองรับแรงจากการใช้งาน ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งประกอบด้วยองค์ประกอบหลักดังนี้ 1.KPO Clip เป็นคลิปเหล็กสปริงที่ออกแบบมาเพื่อสร้างแรงกด (clamping force) ลงบนฐานราง โดย อาศัยคุณสมบัตคิ วามยืดหยุ่นของวัสดุ เมื่อทาการติดตั้ง คลิปจะถูกบีบอัดและเกิดแรงคืนตัว ส่งผลให้รางถูกกดแนบ กับแผ่นรองอย่างต่อเนื่อง ช่วยลดการคลายตัวระหว่างการใช้งาน รูปที่ ก-16 KPO Clip 2. HS Bolt (High Strength Bolt) เป็นสลักเกลียวกาลังสูงที่ใช้ยึดชุดคลิปเข้ากับโครงสร้างรองรับ มี บทบาทสาคัญในการถ่ายแรงจากคลิปลงสู่ base plate และหมอนรถไฟ รวมถึงช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความ มั่นคงของระบบโดยรวม 103 รูปที่ ก-17 HS Bolt 3. Hex Nut และ Double Coil Spring Washer • Hex Nut ทาหน้าที่ยึดล็อก HS Bolt ให้แน่น รูปที่ ก-18 Hex Nut • Double Coil Spring Washer เป็นแหวนสปริงที่ช่วยรักษาแรงตึงของระบบ ลดโอกาสการคลายตัว ของน็อตจาก แรงสั่นสะเทือนและแรงกระแทกจากการวิ่งของรถไฟ รูปที่ ก-19 Double Coil Spring Washer 4.Screw Spike เป็นสกรูขนาดใหญ่ที่ยึด base plate เข้ากับหมอนรถไฟ ทาหน้าที่ถ่ายแรงจากรางลงสู่ หมอน และช่วยป้องกันการเลื่อนหรือการเคลื่อนที่ของระบบยึดเหนี่ยวในแนวดิ่งและแนวนอน รูปที่ ก-20 Screw Spike 104 5. Base Plate (Tie Plate) เป็นแผ่นรองที่อยู่ระหว่างรางและหมอนรถไฟ ทาหน้าที่กระจายแรงจากราง ไปยังหมอนอย่างสม่าเสมอ ลดความเค้นเฉพาะจุด และช่วยเพิ่มพื้นที่สัมผัสของระบบยึดเหนีย่ ว รูปที่ ก-21 Base Plate 105 ภาคผนวก ข มาตรฐานการทดสอบชิ้นส่วนต่างๆของ SKL 106 ตารางที่ ข-1 แสดงอุปกรณ์,วัสดุ,มาตรฐานการออกแบบมล,มาตรฐานการทดสอบ ของระบบ SKL14 อุปกรณ์ วัสดุ SKL-14 clip 60Si7,38Si7 Rail Seat Insulator PA 6.6 (Nylon 66) หรือ UIC 864-5 HDPE EN 13146-9 และ UIC EPDM หรือ SBR 864-5 UIC 864-5 และ EN PA 6 หรือ HDPE 13481-2 เหล็กกล้าคาร์บอนเกรด EN 13481-2 และ UIC 8.8 864-5 EN 13230-2 และ UIC Concrete 713 เหล็กกล้าเกรด 900A ถึง UIC 860 และ EN 1100 13674-1 เหล็กคาร์บอนหรือ ISO 7089 / ISO 7090 เหล็กกล้าเคลือบสังกะสี Rail Pad Dowel Screw Spike Concrete Sleeper Rail Steel Washer มาตรฐานการออกแบบ มาตรฐานการทดสอบ EN 13906-1 และ EN 13146-1, EN 13146-9, และ UIC 864-5 EN 13481-2 ISO 527 และ EN 13146-4 EN 13146-5 EN 13146-6 และ EN 13146-4 ISO 898-1 และ EN 13146-7 EN 13230-5 และ EN 13146-1 EN 13262 และ EN 10002-1 ISO 6507-1 และ ISO 9227 มาตรฐานที่ใช้ในการออกแบบและทดสอบระบบยึดเหนี่ยวรางนั้นมีหลายมาตรฐานแต่ มาตรฐานที่ใช้เป็นหลักในการออกแบบและทดสอบสาหรับระบบยึดเหนี่ยวรางชนิด W นั้นจะมีดังนี้ EN 13481 (สมรรถนะระบบยึดราง), EN 13146 (วิธีทดสอบระบบยึดราง), UIC 864-5 (ข้อกาหนด จานรองรางในระบบสากล), ISO 7089 (ข้อกาหนดแผ่นรองเรียบ/แหวน), ISO 898-1 (สมรรถนะ เชิงกลของ Bolt), ISO 178 (ทดสอบแรงดัดพลาสติก, ถ้าเป็นวัสดุ Polymer), ISO 898-2 (สมรรถนะ เชิงกลของ Nut), DIN 127 (ข้อกาหนดแหวนสปริง), EN 13230 (หมอนคอนกรีตและอุปกรณ์เสริม , รวมถึง dowel), EN 10002 (การทดสอบแรงดึงของโลหะ, รวมถึงการทดสอบชิ้นส่วนเหล็กต่าง ๆ) 107 EN 13146 series เป็นมาตรฐานยุโรปสาหรับ “วิธีการทดสอบระบบยึดราง” (Railway applications – Track – Test methods for fastening systems) ครอบคลุ ม วิ ธี การทดสอบสมรรถนะทางกล ความ แข็งแรง ความทนทาน และการรับแรงล้าในสภาวะจริง 1. EN 13146-1 การทดสอบแรงต้า นการเลื่ อ นตามแนวราง ( Longitudinal Rail Restraint) 2. EN 13146-2 การทดสอบแรงต้านการบิด (Torsional Resistance) 3. EN 13146-3 การทดสอบการลดแรงกระแทก (Attenuation of Impact Loads) 4. EN 13146-4 การทดสอบความล้า (Fatigue Test) 5. EN 13146-5 การทดสอบความต้านทานไฟฟ้า (Electrical Resistance) 6. EN 13146-6 การทดสอบค่าความแข็งในแนวดิ่ง (Vertical Stiffness) 7. EN 13146-7 การทดสอบแรงหนีบ (Clamping Force) 8. EN 13146-8 การทดสอบใช้งานภาคสนาม (In-Service Test) 9. EN 13146-9 การทดสอบแรงขัน (Assembly Torque) 10. EN 13146-10 การทดสอบความเสถียรของระบบบนแผ่นฐาน (Baseplate Testing) EN 13481 series เป็นมาตรฐานที่กาหนดคุณสมบัติและเกณฑ์การทดสอบของชุดยึดราง เช่น ความแข็งแรง ความทนทานต่อแรงล้า การยึดแน่น และความปลอดภัยของระบบยึดรางที่ใช้งานบนหมอนคอนกรีต หมอนไม้ หมอนเหล็ก ทางแผ่น (slab track) และระบบอื่น ๆ มาตรฐานนี้ถูกใช้เป็นเกณฑ์กลางในการ ออกแบบ ผลิต และรับรองคุณภาพระบบยึดรางในอุตสาหกรรมรถไฟทั่วโลก เพื่อให้มั่นใจว่าระบบมี ความแข็งแรงและปลอดภัยเพียงพอสาหรับการใช้งานจริง 108 1. EN13481-1 Railway applications – Track – Performance requirements for fastening systems กาหนดนิยามและคาศัพท์เฉพาะที่ใช้ในมาตรฐานชุดนี้ 2. EN13481-2 กาหนดข้อกาหนดด้านสมรรถนะสาหรับระบบยึดรางที่ใช้กับหมอนคอนกรีต 3. EN13481-3 ข้อกาหนดสาหรับระบบยึดรางบนหมอนไม้ 4. EN13481-4 ข้อกาหนดสาหรับชุดยึดรางบนหมอนเหล็ก 5. EN13481-5 ข้อกาหนดสาหรับระบบยึดรางที่ใช้กับทางรถไฟแบบทางแผ่น (Slab Track) 6. EN13481-6 สาหรับระบบยึดรางที่ใช้กับชุดสับเปลี่ยน (turnout) และทางแยก 7. EN13481-7 ข้อกาหนดสาหรับระบบยึดรางฝัง (embedded rail) 8. EN13481-8 ข้อกาหนดสาหรับระบบยึดรางในรถไฟฟ้าขนาดกลางและเบา เช่น รถราง (tram) ISO178 เป็น มาตรฐานสากลที่ ใช้ “ทดสอบค่า ความแข็ ง แรงในการดั ดงอ” (Determination of flexural properties) สาหรับพลาสติกและวัสดุโพลีเมอร์ โดยให้ข้อมูลเกี่ยวกับค่าความแข็งแรงและ ความยืดหยุ่นของวัสดุภายใต้แรงดัด ISO527 เป็นมาตรฐานสากลสาหรับ “การทดสอบสมบัติเชิงกลของพลาสติก” (Determination of tensile properties) โดยเน้นการทดสอบแรงดึง ความเค้น ความเครียด และค่าความยืดหยุ่นของ วัสดุโพลีเมอร์ ASTMD638 เป็นมาตรฐานสากลของ ASTM สาหรับ “การทดสอบแรงดึงของพลาสติก” (Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics) ใช้ทดสอบค่าความต้านทานแรงดึง ค่าสัมประสิทธิ์ ยืดหยุ่น และคุณสมบัติสาคัญอื่น ๆ ของวัสดุพลาสติกและโพลีเมอร์ 109 ISO898 กาหนดคุณสมบัติเชิงกลของสลักเกลียว น็อต และอุปกรณ์ยึดอื่น ๆ ที่ผลิตจากเหล็กกล้า คาร์บอนและโลหะผสม เช่น ค่าแรงดึง (Tensile Strength), ความแข็ง (Hardness), Yield Strength, การทดสอบแรงดึง และเกรดกาลังของชิ้นส่วนยึดเหล่านี้ เพื่อให้มั่นใจว่ามีความแข็งแรงและความ ทนทานเหมาะสมกับการใช้งาน UIC864 เป็นมาตรฐานจาก International Union of Railways (UIC) ที่ใช้กาหนดข้อกาหนดด้าน การออกแบบ สมรรถนะ และวิธีทดสอบสาหรับระบบยึดรางแบบยืดหยุ่นในระบบทางรถไฟ เช่น ข้อกาหนดเกี่ยวกับแรงหนีบ , ความทนต่อแรงล้า, วัสดุที่ใช้, ขนาด, และคุณลักษณะพิเศษของแต่ละ ชิ้นส่วนในระบบยึดราง เพื่อความปลอดภัยและสมรรถนะที่ได้มาตรฐานในระดับสากล ASTMA370 เป็ น มาตรฐานของ ASTM (American Society for Testing and Materials) ที่ ระบุ วิ ธี ทดสอบสมบั ติ เ ชิ ง กลของผลิ ต ภั ณ ฑ์ เ หล็ ก เช่ น การทดสอบแรงดึ ง ( Tensile Test), แรงอั ด (Compression Test), การทดสอบความเหนียว (Impact Test), ความแข็ง (Hardness Test) และ การทดสอบสมบัติอื่น ๆ เพื่อประเมินความแข็งแรงและความเหมาะสมของเหล็กสาหรับงานโครงสร้าง และงานวิศวกรรม ISO9227 มาตรฐานนี้กาหนดวิธีการทดสอบความทนทานต่อการกัดกร่อนของโลหะและวัสดุผิวเคลือบ ด้วยการใช้ "การพ่นละอองเกลือ" (Salt Spray Test) เพื่อจาลองสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อน เช่น สภาพอากาศชายฝั่ง ทดสอบเพื่อประเมินอายุการใช้งานและความทนทานต่อสนิมของชิ้นส่วนโลหะ และเคลือบผิวในงานอุตสาหกรรม EN10002 มาตรฐานนี้กาหนดวิธีการทดสอบแรงดึง (Tensile Test) ของวัสดุโลหะที่อุณหภูมิห้อง โดย จะทดสอบค่าความต้านทานแรงดึง (Tensile Strength), Yield Strength, Elongation, Reduction of Area ฯลฯ เพื่อประเมินสมบัติเชิงกลหลักของโลหะ เช่น เหล็กกล้า อลูมิเนียม ทองแดง ฯลฯ ที่ใช้ ในงานอุตสาหกรรมและวิศวกรรม เพื่อให้มั่นใจว่าวัสดุมีความแข็งแรงและยืดหยุ่นตามมาตรฐาน 110 ภาคผนวก ค การเขียนแบบของแบบจาลองโมเดลสาหรับการ Simulation ระบบชุดยึดเหนี่ยวรางชนิด SKL – 14 Type 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

Abstract

Rail transportation in Thailand has been continuously developed, leading to an increasing demand for strong, safe, and efficient railway infrastructure. The rail fastening system is a critical component responsible for securing the rail to the sleeper, supporting loads, and maintaining track stability. However, conventional W-clip systems have limitations, including complex installation requiring precise torque control, longer installation time, and a high risk of theft. In addition, most components are imported, resulting in high costs. This project aims to design and develop an improved W-clip fastening system using Finite Element Analysis (FEA) through Abaqus software to evaluate structural behavior under loading conditions. The design was optimized to enhance performance while complying with relevant standards. The results show that the improved model provides better stress distribution and comparable or improved load-carrying performance. Moreover, material usage was reduced by approximately 19.60% while maintaining the required strength. The developed design demonstrates strong potential for domestic production and reducing reliance on imports.

อ้างอิงผลงานนี้ / Cite this

รหัสโปรเจค

AM-2568-005

ชื่อเรื่อง

ออกแบบชุดยึดเหนี่ยวรางชนิด ชุดยึดรางแบบยืดหยุ่นชนิด W / Design a fasten system Pandrol Elastic Rail Clip – W type

ผู้จัดทำ

วีรภัทร์ คำยา, นรบดี เหลี่ยมไทย, จีรวัฒน์ ภู่ทับทิม

อาจารย์ที่ปรึกษา

ผศ.ดร.เอกรินทร์ พงพินิจธนา

ปีการศึกษา

2568 (C.E. 2025)

หน่วยงาน

ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและการบิน-อวกาศ (MAE) มจพ.

URL

https://maeconnect.eng.kmutnb.ac.th/projects/cmoi2qgkx003kxtyrppoclmzb