ล้อรถไฟเป็นเหล็ก วิ่งบนรางเหล็ก แล้วทำไมยัง “สึก” จนต้องเอารถออกจากบริการ?

ช่วงไม่กี่วันที่ผ่านมา หลายคนน่าจะเห็นข่าวแอร์พอร์ต เรล ลิงก์ให้บริการรถเพียง 5 ขบวน จากทั้งหมด 9 ขบวน

เหตุผลหนึ่งที่กระทรวงคมนาคมชี้แจงคือ จากการตรวจสภาพรถก่อนนำออกให้บริการ พบปัญหา “ล้อรถสึก” จึงจำเป็นต้องนำรถบางส่วนไปตรวจสอบหาสาเหตุและซ่อมแซมเพื่อความปลอดภัย

ตอนเห็นคำว่า “ล้อสึก” มันมีจุดหนึ่งที่ชวนสงสัยอยู่เหมือนกัน

รถยนต์ใช้ยาง เราจึงไม่แปลกใจถ้ายางจะสึก
แต่รถไฟใช้ ล้อเหล็กวิ่งอยู่บนรางเหล็ก

แล้วเหล็กสองชิ้นนี้มันสึกกันได้อย่างไร?

ล้อกลิ้งก็จริง แต่ไม่ได้แปลว่าไม่มีการเสียดสี

ภาพง่าย ๆ ที่เราอาจนึกถึงคือ ล้อรถไฟกลิ้งไปบนรางแบบแตะกันพอดี จึงไม่น่าจะมีอะไรถูกถูออกไปมากนัก

ของจริงซับซ้อนกว่านั้นครับ

บริเวณที่ล้อสัมผัสกับรางมีขนาดค่อนข้างเล็กเมื่อเทียบกับน้ำหนักที่ล้อต้องรับ และระหว่างที่รถเคลื่อนที่ การสัมผัสก็ไม่ได้เป็นการ “กลิ้งอย่างเดียว” แบบสมบูรณ์ตลอดเวลา แต่สามารถมีการเลื่อนสัมพัทธ์เล็ก ๆ เกิดร่วมด้วย โดยเฉพาะเมื่อมีแรงขับ แรงเบรก หรือแรงด้านข้าง

เมื่อพื้นผิวโลหะสองชิ้นต้องรับแรงและสัมผัสกันซ้ำ ๆ เป็นจำนวนมหาศาล จึงเกิดการสึกของพื้นผิวขึ้นได้ แม้ทั้งคู่จะทำจากเหล็กก็ตาม

พูดง่าย ๆ คือ ล้อรถไฟต้องทั้งรับแรง กลิ้ง และมีการเคลื่อนสัมพัทธ์กับรางในระดับเล็ก ๆ ซ้ำแล้วซ้ำอีกตลอดการใช้งาน

ส่วนไหนของล้อที่สัมผัสกับราง?

ถ้ามองล้อรถไฟจากด้านข้าง ส่วนของล้อที่วิ่งอยู่บนหัวรางเรียกว่า พื้นล้อ หรือ Tread ส่วนขอบที่ยื่นลงมาทางด้านในเรียกว่า ปีกล้อ หรือ Flange

พื้นล้อเป็นบริเวณหลักที่รับน้ำหนักบนหัวราง ส่วนปีกล้อมีบทบาทช่วยควบคุมการเคลื่อนที่ด้านข้างของชุดล้อ และสามารถเข้ามามีบทบาทมากขึ้นตามสภาพการวิ่ง เช่น ทางโค้ง จุดสับราง รวมถึงรูปทรงของล้อและราง

เพราะฉะนั้น เวลาพูดว่า “ล้อรถไฟสึก” จึงไม่ได้หมายความเพียงว่าล้อทั้งวงค่อย ๆ เล็กลงเท่า ๆ กัน แต่อาจเกี่ยวข้องกับการสึกของพื้นล้อ ปีกล้อ หรือการเปลี่ยนแปลงของรูปทรงหน้าล้อในตำแหน่งต่าง ๆ

สิ่งที่ต้องรักษาไม่ใช่แค่ “ล้อยังกลมอยู่ไหม”

นี่เป็นจุดที่น่าสนใจมากครับ เพราะสิ่งที่วิศวกรระบบรางต้องดูไม่ได้มีเพียงว่า “ล้อยังหมุนได้หรือไม่” แต่รวมถึง รูปทรงของหน้าล้อ หรือ wheel profile ด้วย

ล้อและรางถูกออกแบบให้ทำงานสัมพันธ์กัน รูปร่างของพื้นล้อและปีกล้อจึงมีผลต่อจุดที่ล้อสัมผัสราง รวมถึงพฤติกรรมของรถเมื่อวิ่งทางตรง เข้าโค้ง หรือผ่านจุดสับราง

Rail Accident Investigation Branch ของสหราชอาณาจักรระบุว่า การสึกและรูปทรงของ wheel tread และ flange เป็นปัจจัยหนึ่งที่ต้องพิจารณาด้านความปลอดภัย ร่วมกับระบบช่วงล่าง รูปทรงทาง สภาพราง และปัจจัยอื่น ๆ

แต่ตรงนี้ต้องแยกให้ชัดว่า “ล้อสึก” ไม่ได้แปลว่า “รถกำลังจะตกราง”

ความหมายคือ สภาพและรูปทรงของล้อเป็นสิ่งที่ต้องตรวจวัดและควบคุมให้อยู่ในเกณฑ์ที่กำหนด การพบความผิดปกติจึงเป็นเหตุผลให้ต้องนำรถออกมาตรวจหรือซ่อมก่อนนำกลับไปใช้งาน

ล้อบางลูกไม่ได้เปลี่ยนใหม่ทันที แต่สามารถแต่งผิวใหม่ได้

ในระบบรถไฟมีงานที่เรียกว่า wheel reprofiling ซึ่งเป็นการตัดแต่งผิวล้อด้วยเครื่องจักรเพื่อคืนรูปทรงของล้อให้อยู่ในค่าที่กำหนด เมื่อสภาพของล้อและเนื้อวัสดุที่เหลือยังเหมาะกับการทำเช่นนั้น

จึงไม่ใช่ว่าเมื่อพบการสึกแล้วจะต้องถอดล้อทิ้งทันทีทุกกรณี เพราะงานบำรุงรักษาต้องพิจารณาทั้งรูปทรง ขนาด การสึก และเกณฑ์ของรถแต่ละแบบประกอบกัน

การทำ wheel reprofiling เป็นงานบำรุงรักษาที่พบได้จริงในศูนย์ซ่อมรถไฟ โดยมีทั้งการทำตามแผนและการแก้ไขเมื่อพบความผิดปกติ

รางเองก็สึก และต้องดูแลพื้นผิวเหมือนกัน

เรื่องนี้ไม่ได้เกิดเฉพาะกับล้อครับ เพราะรางที่รับการสัมผัสจากล้อจำนวนมหาศาลก็เกิดการสึกและความเสียหายของพื้นผิวได้เช่นกัน

Network Rail ระบุว่าหนึ่งในงานบำรุงรักษารางคือการทำ profile treatment โดยเจียรบางส่วนของหัวรางออก เพื่อรักษาสภาพพื้นผิวและช่วยให้การวิ่งของรถเป็นไปอย่างเหมาะสม

ภาพที่เกิดขึ้นจึงน่าสนใจตรงที่ ทั้งล้อและรางต่างเป็นเหล็ก แต่ทั้งสองอย่างก็ต้องถูกตรวจและดูแลพื้นผิวที่สัมผัสกันตลอดอายุการใช้งาน

นอกจาก “สึก” เหล็กยังเกิดความล้าจากแรงซ้ำ ๆ ได้

อีกปรากฏการณ์หนึ่งในงานระบบรางคือ Rolling Contact Fatigue หรือ RCF ซึ่งเกี่ยวข้องกับความเสียหายจากการรับแรงบริเวณที่มีการสัมผัสแบบกลิ้งซ้ำ ๆ

เมื่อวัสดุต้องรับแรงซ้ำเป็นจำนวนมาก ความเค้นที่เกิดขึ้นบริเวณผิวหรือใต้ผิวสามารถนำไปสู่ความเสียหายและรอยร้าวได้ในบางเงื่อนไข ดังนั้นโจทย์ของการดูแลล้อและรางจึงไม่ได้มีแค่ “ทำอย่างไรไม่ให้สึก” แต่ต้องดูการสึก ความล้าของวัสดุ รูปทรง แรงเสียดทาน และสภาพการใช้งานร่วมกัน

พอมาถึงตรงนี้ คำว่า “ล้อรถไฟสึก” ในข่าวอาจดูไม่เหมือนคำธรรมดาอีกต่อไป

มันไม่ได้หมายถึงแค่เหล็กถูกใช้จนบางลง แต่เบื้องหลังมีทั้งการรับแรง การกลิ้ง การเคลื่อนสัมพัทธ์ของพื้นผิว การเปลี่ยนแปลงของพื้นล้อและปีกล้อ รวมถึงการตรวจว่ารูปทรงของล้อและรางยังอยู่ในสภาพที่เหมาะกับการใช้งานหรือไม่

ส่วนกรณีของแอร์พอร์ต เรล ลิงก์ ข้อมูลที่เปิดเผยล่าสุดระบุว่า ตรวจพบปัญหาล้อรถสึกและอยู่ระหว่างตรวจสอบหาสาเหตุ และมีการตรวจทั้งส่วนของล้อและรางเพิ่มเติม ดังนั้นจึงยังไม่ควรสรุปเองว่าการสึกครั้งนี้เกิดจากทางโค้ง การเบรก การหล่อลื่น หรือปัจจัยใดปัจจัยหนึ่งโดยเฉพาะ

และนั่นทำให้เห็นภาพชัดขึ้นว่า การตรวจพบความผิดปกติแล้วนำรถออกมาตรวจและซ่อมก่อน มีไว้เพื่อจัดการปัญหาก่อนที่จะปล่อยให้สภาพชิ้นส่วนออกนอกเกณฑ์ที่เหมาะสมสำหรับการใช้งาน

ครั้งหน้าถ้าเห็นรถไฟวิ่งผ่าน อาจลองมองลงไปที่ล้อดูครับ

พื้นที่เหล็กเล็ก ๆ ที่แตะอยู่บนรางตรงนั้น ต้องรับแรงจากรถทั้งขบวนซ้ำแล้วซ้ำอีกตลอดทาง