ระบบส่งกำลังขับเคลื่อนรถจักรดีเซล และรถดีเซลราง

[Cummins]

ระบบส่งกำลังขับเคลื่อนของรถจักรดีเซล และดีเซลราง

ก่อนอื่นจะต้องเกริ่นก่อนนะครับว่า บทความนี้จะกล่าวถึงระบบการส่งกำลังของยานพาหนะที่เคลื่อนที่บนราง (Rail Vehicle) ในภาพรวมแบบกว้าง ๆ ไม่เน้นหรืออ้างอิงว่า จะต้องเป็นระบบที่ใช้ในกิจการของการรถไฟ แต่จะพูดถึงหลักการทำงานพื้นฐานทั่ว ๆ ไป ให้ง่ายต่อการที่จะทำความเข้าใจสำหรับบุคคลที่สนใจ และไม่ได้มีพื้นฐานทางด้านช่างกันมาก่อน โดยในที่นี้ จะกล่าวถึงการส่งกำลังขับเคลื่อนของรถจักรดีเซล และรถดีเซลรางว่า กำลังขับจากเครื่องยนต์ดีเซลนั้น มันสามารถส่งไปขับที่ล้อแล้วทำให้รถเคลื่อนที่ไปได้อย่างไร

เราจะต้องเข้าใจกันก่อนว่า เครื่องยนต์ดีเซลนั้นเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายใน ซึ่งต่างจากเครื่องจักรไอน้ำที่เป็นเครื่องยนต์สันดาปภายนอก และก็มีคุณลักษณะที่เฉพาะตัวที่ต่างกันก็คือ

เครื่องจักรไอน้ำนั้น สามารถเริ่มต้นเดินเครื่องได้ด้วยตัวเอง และสามารถรับภาระได้ทันที โดยไม่จำเป็นที่จะต้องมีระบบตัด และต่อกำลังงาน แต่เครื่องยนต์สันดาปภายในอย่างเครื่องยนต์ดีเซลนั้น ไม่สามารถเดินเครื่องได้ด้วยตัวเอง ต้องมีระบบช่วยในการเริ่มต้นเดินเครื่อง และไม่สามารถรับภาระได้ในทันที ต้องมีความเร็วรอบมากพอจึงจะมีกำลังมากพอที่จะรับภาระได้

ดังนั้น จึงต้องมีระบบในการตัดต่อกำลังเพื่อให้การรับภาระงาน หรือการส่งกำลังเป็นแบบค่อยเป็นค่อยไป ไม่เกิดการกระตุกกระชาก และในขณะเดียวกัน เครื่องยนต์ดีเซลนั้น จะมีกำลังฉุดลากที่ดีที่สุด อยู่ที่ค่าความเร็วใดความเร็วหนึ่งเท่านั้น

ดังนั้น เพื่อให้ได้กำลังฉุดลากมากพอที่จะทำให้สามารถออกรถได้ จึงจำเป็นต้องมีระบบในการทดกำลัง เพื่อเพิ่มกำลังฉุดลากในการออกรถ และเมื่อสามารถเคลื่อนตัวได้แล้ว ระบบก็จะเปลี่ยนความเร็วให้สูงขึ้น เพื่อให้เครื่องยนต์นั้นสามารถทำงานอยู่ในจุดที่ให้กำลังงานที่ดีที่สุดได้ตลอดเวลา ทำให้ยานพาหนะมีความเร็วสูงขึ้น แต่ในบางครั้งก็ไม่จำเป็นเสมอไป ก็ขึ้นอยู่ว่า จะเอาใช้งานในลักษณะใด ว่าต้องการความเร็วในการเคลื่อนที่ หรือต้องการกำลังในการฉุดลาก ดังนั้น ในยานยนต์ทั้งหลาย จึงต้องมีระบบส่งกำลัง เพื่อช่วยให้ยานยนต์นั้น ๆ ใช้งานได้ตามวัตถุประสงค์ที่ต้องการ

รถไฟนั้น ก็ถือว่าเป็นยานยนต์อีกประเภทหนึ่ง ซึ่งจะว่าไปแล้ว วิธีการ ตลอดจนหลักการพื้นฐานของระบบส่งกำลังในการขับเคลื่อนนั้น ก็ไม่ได้แตกต่างไปจากรถยนต์เท่าไรนัก จะต่างกันก็เพียงแต่รายละเอียดปลีกย่อยที่จะต้องปรับเปลี่ยนให้เหมาะสมกับสภาพการใช้งานของรถไฟ ในเรื่องของความต่างกันนั้น ก็เริ่มต้นตั้งแต่น้ำหนักตัวรถไฟนั้น จะหนักกว่ารถยนต์มาก ในที่นี้ก็จะพูดถึงรถไฟที่ใช้ในเชิงพาณิชย์ ในด้านการขนส่งสินค้า และมวลชน ที่วิ่งอยู่บนรางที่มีความกว้างตั้งแต่ 1 เมตรขึ้นไป

ในระบบส่งกำลังของเครื่องจักรกล และในยานยนต์ทั่ว ๆ ไป รวมไปถึงระบบส่งกำลังที่ใช้ในรถไฟนั้น มีอยู่ด้วยกัน 3 แบบใหญ่ ๆ คือ

1. ระบบส่งกำลังแบบทางกล

ระบบส่งกำลังทางกล ถือว่า เป็นระบบส่งกำลังที่เก่าแก่ที่สุด และมีประสิทธิภาพในการส่งกำลังสูงที่สุด ส่วนประกอบในระบบส่งกำลังแบบนี้หลัก ๆ คือ เพลาส่งกำลัง เฟืองเปลี่ยนความเร็ว และคลัทช์เพื่อใช้ในการตัดต่อกำลัง ซึ่งคลัทช์ที่ใช้ในระบบส่งกำลังยานพาหนะทั้งหมด จะเป็นแบบความฝืดทั้งหมด แต่จะเป็นแบบแห้งหรือแบบเปียก หรือจะเป็นแบบแผ่นเดียว หรือแบบหลายแผ่นนั้น ขึ้นอยู่กับว่าจะใช้งานหนัก หรือจะใช้กำลังกำลังมากแค่ไหน

ในระบบนี้ กำลังจากเครื่องยนต์จะส่งผ่านชุดคลัทช์เพื่อตัดต่อกำลัง เพื่อให้การส่งกำลังเป็นไปอย่างนิ่มนวล และเพื่อความสะดวกในการเปลี่ยนคู่เฟืองขับที่ใช้สำหรับเปลี่ยนความเร็ว จากนั้น กำลังขับจะถูกส่งไปยังหีบเฟืองเปลี่ยนความเร็ว โดยภายในหีบเฟืองเปลี่ยนความเร็ว จะมีชุดเฟืองทดกำลังอยู่เป็นคู่ ๆ เพื่อใช้เปลี่ยนความเร็วและกำลังขับ โดยในขณะส่งกำลัง จะใช้ครั้งละ 1 คู่ หรือ 1 อัตราทดเท่านั้น โดยหีบเฟืองที่ใช้ส่งกำลังส่วนใหญ่ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันนี้ จะเป็นแบบเฟืองขบกันตลอด ส่วนการเลือกใช้คู่เฟืองในการส่งกำลังจะใช้ปลอกเลื่อนๆ เข้าไปจับให้เฟืองส่งกำลังครั้งละ 1 คู่

วิธีการแบบนี้ จะใช้กับระบบการส่งกำลังทางกลที่มีขนาดไม่ใหญ่มากนัก โดยในปัจจุบัน ส่วนใหญ่จะใช้กับรถยนต์ และเครื่องจักรกลในการก่อสร้างบางส่วน และจะใช้ในการส่งกำลังขับในขนาดไม่เกิน 2,000 นิวตัน.เมตร หรือไม่เกิน 600 กิโลวัตต์ ด้วยเหตุที่ว่า ยิ่งปริมาณของกำลังที่ส่งยิ่งมากขึ้นเท่าไร ขนาดของชิ้นส่วนก็จะยิ่งมีขนาดใหญ่มากขึ้นเท่านั้น

แล้วเมื่อชิ้นส่วนในระบบส่งกำลังมีขนาดใหญ่ขึ้น ปัญหาที่ตามมาก็คือ น้ำหนักโดยรวมของระบบ ความยุ่งยากในการออกแบบระบบบังคับควบคุมการทำงาน และการหล่อลื่น ตลอดจนความยุ่งยากในการซ่อมบำรุง

ส่วนในรถไฟนั้น ระบบส่งกำลังแบบนี้ จะมีใช้ในรถยนต์รางที่สามารถขับเคลื่อนด้วยตัวเอง เช่น รถยนต์รางบรรทุกที่ใช้ในงานซ่อมบำรุงทาง รถจักรในเหมือง รถจักรในโรงงาน หรือรถจักรสับเปลี่ยนที่มีขนาดไม่ใหญ่มากนัก เพราะจะมีความยุ่งยากในการใช้งาน เช่น ถ้าจะใช้กับรถจักรดีเซลขนาดสัก 1,000 แรงม้า ก็จะต้องใช้ชุดเฟืองเปลี่ยนความเร็วอย่างน้อยก็ต้อง 4 ความเร็วขึ้นไป พร้อมชุดเกียร์กลับทางอีก 1 ชุด เพื่อให้รถจักรสามารถวิ่งเดินหน้า และถอยหลังได้ด้วยความเร็วเท่า ๆ กัน จุดนี้เป็นคุณลักษณะเฉพาะของรถไฟที่ต่างจากรถยนต์

ทีนี้เรามาดูความยุ่งยากในการใช้งานเอาแบบพื้นฐานเลยก็แล้วกัน สมมุติว่า น้ำหนักรถทั้งขบวนประมาณ 300 ตัน น้ำหนักก็จะมากกว่าน้ำหนักรถบรรทุก 18 ล้อที่บรรทุกน้ำหนักเต็มที่ 6 - 7 เท่าตัว เมื่อเริ่มออกรถ พนักงานขับรถก็จะต้องเข้าเกียร์ เร่งเครื่องยนต์แล้วเข้าคลัทช์ ในขณะที่เข้าคลัทช์ ก็จะต้องเร่งเครื่องยนต์ให้สัมพันธ์กัน เพื่อที่จะพาขบวนรถเคลื่อนที่ออกไป เมื่อขบวนรถเคลื่อนที่แล้ว ก็ไล่เปลี่ยนชุดเฟืองขับเพื่อเปลี่ยนความเร็ว เหมือนกับที่เราเปลี่ยนความเร็วในรถยนต์ เวลาจะหยุดก็เช่นกัน

ในทำนองเดียวกัน เวลาขึ้นทางลาดชัน พนักงานขับรถก็จะต้องเปลี่ยนเกียร์เพื่อเพิ่มกำลังขับให้ทัน ไม่เช่นนั้นก็จะขึ้นเขาไม่ไหว และในเวลาเดียวกัน เวลาลงทางลาดชัน ถ้าเปลี่ยนเกียร์ไม่ทัน หรือเกียร์ไม่เข้า ก็มีอยู่ 2 อย่าง ไม่เครื่องพังเพราะรอบหมุนเกิน ก็เอาไม่อยู่ โดยเฉพาะถ้าลงห้ามล้อแล้วยังไม่อยู่อีก ก็ถลาผ่าเสาห้าม หรือไม่ก็แหกโค้ง

แต่ในยุคแรก ๆ ของรถจักรดีเซลนั้น ก็ยังมีระบบการส่งกำลังแบบทางกลใช้อยู่ หรือเรียกสั้น ๆ ได้ว่ารถจักรดีเซลกล ตัวอย่างเช่น รถจักรดีเซลที่เยอรมันสร้างขึ้นในปี 1925 เพื่อใช้ในรัสเซีย เป็นรถจักรดีเซลขนาด 1,200 แรงม้า ใช้คลัทช์แบบแม่เหล็กไฟฟ้า และขบวนเฟืองแบบขบกันตลอด (constant-mesh) ระหว่างเพลาส่งกำลังของเครื่องยนต์ กับเพลาข้อเสือ (jack shaft) (7) ซึ่งมีก้านต่อไปหมุนล้อ ซึ่งคลัทช์ และขบวนเฟืองแสดงดังรูป


รูปที่ 1 แสดงรูปของระบบเฟืองขับ
_________________
อดีตโชเฟอร์ล้อเหล็ก

[Cummins]

มาต่อนะครับเดี๋ยวรูปมาทีหลัง

โดยขบวนเฟืองตามรูปที่แสดง มีหลักการทำงานดังนี้ คือ จากรูปเพลาที่เห็นอยู่ ด้านบนสุดเป็นเพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์ และมีชุดคลัทช์หลัก (Main Chlutch) (1) ซึ่งเป็นคลัทช์แบบแม่เหล็กไฟฟ้าอยู่ระหว่างเครื่องยนต์กับชุดบีเวลส์เกียร์ (2) โดยคลัทช์ชุดนี้ มีหน้าที่ในการตัดต่อกำลังระหว่างเครื่องยนต์กับชุดเฟืองทดกำลัง ส่วนบีเวลส์เกียร์ จะทำหน้าที่กลับทิศทางของกำลังที่ส่งออกจากแนวเพลาของเครื่องยนต์ให้เป็นแนวขนานกับเพลาล้อซึ่งเป็นแนวตั้งฉากกัน

ส่วนการควบคุมชุดเฟืองส่งกำลังว่า จะให้ชุดไหนทำงานนั้น ก็จะใช้ชุดคลัทช์หมายเลข I II และ III ซึ่งเป็นคลัทช์แบบใช้ความฝืดเป็นตัวควบคุม ซึ่งคลัทช์ทั้ง 3 ชุดนี้ จะถูกควบคุมด้วยระบบไฮโดรลิคส์ โดยจะควบคุมจากคันบังคับการเปลี่ยนความเร็ว ซึ่งจะช่วยให้สะดวกและเบาแรงพนักงานขับรถ

ส่วนเหตุผลที่ใช้คลัทช์แม่เหล็กไฟฟ้าจากนั้น ก็น่าจะมาจากสาเหตุที่ในยุคนั้น ยังหาอุปกรณ์ในการตัดต่อกำลังที่มากขนาดนี้ โดยที่มีปัญหาในเรื่องของน้ำหนัก และการสึกหรอที่เหมาะสมไม่ได้ หรือไม่ก็อาจเป็นไปได้ว่า การออกแบบการส่งกำลังด้วยของเหลวยังทำได้ไม่ดีเท่าควรก็เป็นไปได้

ส่วนในการบังคับ และควบคุมนั้น ตามความเข้าใจของผู้เขียนคิดว่า อาจมีการควบคุมเป็นสองลักษณะ

ลักษณะแรก เป็นระบบกึ่งอัตโนมัติ กล่าวคือ มีส่วนบังคับการที่แยกกันระหว่างคอนโทรลที่ใช้เร่งรอบเครื่องยนต์ กับคันบังคับการเปลี่ยนความเร็ว

สำหรับการทำงานนั้น น่าจะมาในลักษณะนี้ กล่าวคือ เมื่อจะออกรถ พนักงานขับรถจะโยกคันบังคับการเปลี่ยนความเร็วไปที่ตำแหน่ง 1 ซึ่งระบบจะสั่งการให้คลัทช์ชุดที่ I จับ ดังนั้น ชุดเฟืองส่งกำลังชุดเกียร์ 1 (3) จะเป็นตัวส่งกำลังในตำแหน่งความเร็วที่ 1 จากนั้น พนักงานขับรถจะทำการเร่งรอบเครื่องยนต์ เมื่อพนักงานขับรถเริ่มเร่งรอบเครื่องยนต์ ระบบควบคุมก็จะทำการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับคลัทช์แม่เหล็กไฟฟ้าในเวลาเดียวกัน โดยปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ป้อนให้กับคลัทช์แม่เหล็กไฟฟ้านั้น จะเพิ่มมากขึ้นตามความเร็วรอบของเครื่องยนต์ จนกระทั่งปริมาณไฟฟ้ามากพอที่จะทำให้สนามแม่เหล็กมีความเข้มมากพอที่จะพาให้เพลาขับชุดเฟืองส่งกำลังหมุนตามเครื่องยนต์ รถจักรก็จะสามารถที่จะออกตัวไปได้ โดยที่ทั้งสองส่วนนี้ คือ เพลาส่งกำลังออกของเครื่องยนต์ และเพลาขับหีบเฟืองทด จะไม่มีส่วนใดที่สัมผัสกันเลย

การส่งกำลังระหว่างกัน อาศัยหลักการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กเท่านั้น จึงสามารถส่งกำลังได้โดยนิ่มนวล ไม่มีอาการกระตุก กระชาก และไม่มีการสึกหรอ ซึ่งจะเห็นว่า กำลังขับจากเครื่องยนต์จะถูกส่งผ่านคลัทช์แม่เหล็กไฟฟ้า (1) บีเวลส์เกียร์ (2) ชุดคลัทช์ (I) เฟืองเกียร์ 1 (3) และชุดเฟืองขับสุดท้าย (Final Drive) (6) เมื่อความเร็วของรถมากพอ พนักงานขับรถก็จะทำการเปลี่ยนความเร็วจากตำแหน่ง 1 ไปยังตำแหน่ง 2 โดยการเบาเครื่องยนต์ก่อน แล้วโยกคันบังคับการเปลี่ยนความเร็วจาก 1 ไป 2 แล้วจึงเร่งเครื่องยนต์ ซึ่งระบบควบคุมจะสั่งการให้ชุดคลัทช์ I ปล่อยซึ่งจะทำให้ชุดเฟืองเกียร์ 1 (3) หมุนฟรี และให้ชุดคลัทช์ II จับ กำลังจากเครื่องยนต์จะส่งผ่านชุดเฟืองเกียร์ 2 (4) ซึ่งเฟืองขับจะมีขนาดใหญ่กว่า ทำให้รถมีความเร็วมากขึ้น จนไปถึงตำแหน่งเกียร์ 3 ซึ่งถึงตอนนี้ ระบบควบคุมจะสั่งการให้ชุดคลัทช์ II ปล่อยก็จะทำให้ชุดเฟืองเกียร์ 2 หมุนฟรี และสั่งให้ชุดคลัทช์ III จับ กำลังจากเครื่องยนต์จะส่งผ่านไปยังชุดเกียร์ 3 (5)

ฉะนั้น ลักษณะการขับเคลื่อนแบบนี้ จะเหมือนกับการขับรถยนต์ เพียงแต่ขณะที่จะทำการเปลี่ยนความเร็ว พนักงานขับรถไม่ต้องเหยียบคลัทช์ และในทางกลับกัน เวลาที่จะลดความเร็วหรือลดเกียร์เพื่อเพิ่มกำลังฉุดลาก ก็จะทำในลักษณะย้อนกลับขบวนการที่กล่าวมาแล้วในข้างต้น

ส่วนในลักษณะของการควบคุมในระบบอัตโนมัตินั้น น่าจะเป็นการใช้หลักการของความดันน้ำมันไฮโดรลิคส์ที่ควบคุมเกียร์ จะผันแปรไปตามความเร็วรถที่เพิ่มขึ้น โดยจะมีคันบังคับการเปลี่ยนท่าขับระหว่างขับ (D) กับว่าง (N) โดยการควบคุมจะไปในลักษณะดังกล่าว คือ เมื่อต้องการออกรถ พนักงานขับรถจะโยกคันบังคับการเปลี่ยนท่าขับไปในตำแหน่งขับ (D) ระบบควบคุมจะสั่งการให้ชุดคลัทช์ I จับ และเมื่อพนักงานขับรถเปิดคอนโทรลเพื่อเร่งเครื่องยนต์ ระบบควบคุมจะต่อทางไฟให้กับคลัทช์แม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งจะเป็นการส่งกำลังให้กับหีบเฟืองขับ และที่เพลาส่งกำลังออก จะมีปั๊มไฮโดรลิคส์ ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นตัววัดความเร็วของรถ หรือเรียกว่า กัฟเวอร์เนอร์ปั๊ม กล่าวคือ เมื่อรถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงขึ้น ปั๊มก็จะหมุนเร็วขึ้นตามไปด้วย จะมีผลทำให้แรงดันน้ำมันที่ไปควบคุมการเปลี่ยนความเร็วสูงขึ้นตามไปด้วย

เมื่อถึงความเร็วที่ต้องการ ความดันน้ำมันก็จะไปดันให้ลิ้นควบคุมทำงาน ซึ่งจะไปสั่งการให้ชุดคลัทช์ I ปล่อย และชุดคลัทช์ II จับ และเมื่อความเร็วสูงขึ้นไปอีก ก็จะให้ชุคลัทช์ II ปล่อย และชุดคลัทช์ III จับตามลำดับ เวลาลดความเร็ว ก็จะไล่ย้อนกลับมาจนมาหยุดอยู่ที่เกียร์ 1 ถึงตอนนี้ ถ้าพนักงานขับรถจะหยุดรถก็ปิดคอนโทรลแล้วลงห้ามล้อ เมื่อปิดคอนโทรลระบบควบคุมก็จะตัดทางไฟที่ไปเลี้ยงคลัทช์แม่เหล็ก เมื่อสนามแม่เหล็กหมดไป ทำให้กำลังจากเครื่องยนต์ที่จะส่งผ่านไปหีบเฟืองขับถูกตัด รถก็จะไม่สามารถเคลื่อนที่ไปได้ ถึงแม้ว่าคันบังคับการเปลี่ยนท่าขับจะไม่อยู่ในตำแหน่งว่าง (N) ก็ตาม จากรูปที่ 1 นั้น จะเห็นว่า ที่หีบเฟืองขับไม่มีชุดเฟืองกลับทาง ดังนั้น ในการถอยหลังรถจักร จะใช้วิธีการเดินเครื่องยนต์ประธานกลับทาง นั่นคือ พนักงานขับรถจะต้องดับเครื่องยนต์ก่อน แล้วจึงสตาร์ทเครื่องใหม่ในท่าถอยหลัง

ซึ่งจะเห็นว่าระบบนี้ มีจุดอ่อนอยู่ที่คลัทช์แม่เหล็กไฟฟ้า เพราะถ้าจะใช้ส่งถ่ายแรงบิดมาก ๆ จะต้องทำให้ชุดคลัทช์มีปริมาณสนามแม่เหล็กมาก ๆ ซึ่งหมายความว่า ชุดคอยล์ไฟฟ้าที่สร้างสนามแม่เหล็กจะต้องมีขนาดใหญ่ ทำให้มีน้ำหนักมาก และจะต้องใช้กระแสไฟฟ้าในปริมาณมาก ซึ่งทำให้จะต้องมีเครื่องยนต์แยกอีกต่างหากอีกหนึ่งเครื่อง เพื่อใช้ขับเครื่องทำไฟสำหรับจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับชุดคลัทช์แม่เหล็กโดยเฉพาะ ซึ่งถ้าเครื่องทำไฟขัดข้อง รถจักรจะไม่สามารถใช้การได้ และชุดคลัทช์ความฝืด I II และ III ที่ใช้ล็อคชุดเฟืองส่งกำลัง จะต้องมีการดูแลรักษาปรับตั้งชดเชยการสึกหรอตามระยะเวลาที่กำหนด ไม่เช่นนั้นแล้ว ชุดคลัทช์จะไม่สามารถล็อคเฟืองส่งกำลังให้ทำการส่งกำลังได้ หรือส่งกำลังไม่เต็มที่ อาจทำให้รถขึ้นทางลาดชันไม่ใหว ทำให้ชุดคลัทช์สึกหรอและเสียหายได้ ก็จะทำให้รถวิ่งไม่ได้เช่นกัน

แล้วจุดอ่อนอีกประการหนึ่ง คือ เนื่องจากระบบนี้ใช้เฟืองขับ ทำให้มีการสึกหรอเนื่องจากการเสียดสี มีเสียงดังรบกวน เมื่อชุดเฟืองทดกำลังสึกหรอ มีน้ำหนักมาก บังคับควบคุมยาก และมีความยุ่งยากในการดูแลรักษาและซ่อมบำรุง ดังนั้น เมื่อมีการพัฒนาให้รถจักรมีความเร็วสูงขึ้น มีกำลังฉุดลากมากขึ้น

ดังนั้น เมื่อระบบขับเคลื่อนทางกลไม่สามารถที่จะพัฒนาให้เป็นไปได้ ผู้ผลิตจึงหันไปพัฒนาระบบส่งกำลังระบบใหม่ที่มีคุณลักษณะในการทำงานที่ดีกว่า นั่นคือ ระบบขับเคลื่อนด้วยไฮโดรลิคส์ ซึ่งความจริงแล้ว ระบบขับเคลื่อนด้วยไฮโดรลิคส์ กับระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าพัฒนามาพร้อม ๆ กัน มีดีคนละแบบ และมีเหมาะสมที่จะใช้งานแตกต่างกันออกไป และทางผู้ผลิตระบบส่งกำลังด้วยไฮโดรลิคส์ของรถไฟรายใหญ่ คือ วอยท์แห่งสหพันธรัฐเยอรมัน ก็ยังพัฒนาระบบส่งกำลังนี้อย่างต่อเนื่อง

ดังนั้น ระบบการส่งกำลังด้วยไฮโดรลิคส์ จะเป็นระบบที่จะกล่าวถึงต่อไป
_________________
อดีตโชเฟอร์ล้อเหล็ก

[KTTA-50-L]

ว้าวๆๆ ขุมความรู้ขอบคุณครับ ว่าแต่รูปมาฝากให้ผมทำให้ก็ได้นะครับพี่

[Cummins]

2. ระบบส่งกำลังด้วยไฮโดรลิคส์ ระบบนี้เป็นการส่งกำลังด้วยของเหลว ซึ่งยังสามารถแบ่งออกได้อีก 2 แบบใหญ่ ๆ คือ

2.1 ระบบการส่งกำลังแบบไฮโดรสแตติกส์ ระบบส่งกำลังแบบนี้อาศัยหลักการทำงานโดยใช้ความดันของของไหล โดยในระบบจะมีปั๊มไฮโดรลิคส์ ซึ่งจะถูกขับโดยเครื่องยนต์ต้นกำลัง ดังนั้น กำลังงานของเครื่องยนต์จะทำให้เกิดการไหลของ ๆ ไหลขึ้น เมื่อของไหลไหลมาถึงอุปกรณ์ทำงานคือมอเตอร์ไฮโดรลิคส์ ภาระที่มอเตอร์ไฮโดรลิคส์ ซึ่งต่อไปจะเรียกสั้น ๆ ว่า มอเตอร์ จะทำให้เกิดความต้านทานของของไหล ทำให้ของไหลที่มาจากปั๊มไหลช้าลง หรือหยุดไหล ดังนั้น จะทำให้เกิดความดันขึ้นภายในระบบ ความดันของน้ำมันจะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งสามารถเอาชนะภาระที่มอเตอร์ ๆ ก็จะเริ่มหมุนทำงานต่อไป

ฉะนั้นระบบนี้จึงเรียกว่า ไฮโดรสแตติกส์ เพราะการทำงานของอุปกรณ์ทำงานไม่ได้ใช้การเคลื่อนที่ของน้ำมัน แต่ใช้ความดันของน้ำมันซึ่งเกิดจากความต้านทานของระบบ ดันให้อุปกรณ์ทำงาน ในที่นี้คือ มอเตอร์ไฮโดรลิคส์ ให้ทำงาน

ระบบนี้มีข้อจำกัดอยู่ที่ว่า

1. ไม่สามารถส่งกำลังได้สูงมากนัก เพราะถ้าต้องการให้ส่งกำลังได้มาก ๆ มอเตอร์และปั๊มจะต้องมีขนาดใหญ่มากมีน้ำหนักมาก ต้องใช้น้ำมันส่งกำลังจำนวนมาก ท่อทางต่าง ๆ ต้องมีขนาดใหญ่ และต้องแข็งแรง ทำให้ระบบโดยรวมมีน้ำหนักมาก และมีความยุ่งยากในการในการซ่อมบำรุง

2. ไม่สามารถทำงานต่อเนื่องได้เป็นเวลานาน ๆ เพราะขณะที่น้ำมันไหลผ่านปั๊ม และมอเตอร์น้ำมันจะถูกบีบอัดผ่านช่องทาง และชิ้นส่วนต่าง ๆ ในปั๊ม และมอเตอร์ ตลอดจนมีความร้อนจากการเสียดสีของชิ้นส่วนในปั๊ม และมอเตอร์ ยิ่งถ้าให้ทำงานที่ความเร็วสูง ๆ มาก ๆ เป็นเวลานาน ๆ จะทำให้เกิดความร้อนสูงมากในระบบ ดังนั้น จึงต้องมีระบบการระบายความร้อนน้ำมันส่งกำลัง ฉะนั้นโดยทั่ว ๆ ไปแล้ว ทั้งปั๊ม และมอเตอร์โดยทั่วไปแล้วส่วนใหญ่จะใช้รอบหมุนไม่เกิน 1,800 รอบ/นาที

แต่ระบบนี้จะมีจุดเด่นอยู่ที่ว่า ถ้าใช้ปั๊มและมอเตอร์แบบปรับอัตราการไหลได้ ระบบนี้จะมีอัตราทดเชิงปริมาตร แบบไม่มีขีดจำกัดในทางทฤษฎี แต่ในทางปฏิบัติแล้วจะไม่สามารถทำได้ เพราะมีข้อจำกัดในเรื่องของการรั่วไหลภายปั๊ม และมอเตอร์

จากข้อจำกัดที่กล่าวมาแล้ว ทำให้ระบบส่งกำลังขับเคลื่อนแบบนี้ไม่สามารถที่จะนำมาใช้ในรถจักร และรถดีเซลรางได้
_________________
อดีตโชเฟอร์ล้อเหล็ก

[Cummins]

2.2. ระบบส่งกำลังขับเคลื่อนแบบไฮโดรไดนามิคส์ ระบบนี้จะอาศัยหลักการการเปลี่ยนแปลงพลังงาน กล่าวคือ พลังงานกลของเครื่องยนต์ต้นกำลัง จะถูกเปลี่ยนให้เป็นพลังงานจลน์ เนื่องจากการเคลื่อนที่ของของไหล และจะถูกเปลี่ยนกลับให้เป็นพลังงานงานกลอีกครั้งหนึ่ง อุปกรณ์ที่ใช้ในการเปลี่ยนแปลงพลังงานนี้แบ่งออกได้เป็นสองแบบ คือ

1. อุปกรณ์ตัดต่อกำลังด้วยของเหลว (Fluid coupling) โครงสร้างของอุปกรณ์นี้ มีลักษณะเหมือนกับชามสองใบประกบกัน และภายในชามแต่ละใบจะมีใบพัดแบ่งเป็นช่อง ๆ โดยใบหนึ่งจะทำหน้าที่เป็นอิมเพลเลอร์ จะถูกขับโดยต้นกำลัง และอีกใบหนึ่งจะทำหน้าที่เป็นกังหัน (Turbine) ซึ่งต่อไปจะเรียกว่า เทอร์ไบน์ จะประกอบอยู่ภายในตัวเรือนเดียวกัน ส่วนเพลาส่งกำลังออกของเทอร์ไบน์ จะวางอยู่บนแบริ่งของตัวเรือน ซึ่งมีอิมเพลเพลเลอร์ประกอบติดอยู่ภายใน ทำให้เทอร์ไบน์ และอิมเพลเลอร์ สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างเป็นอิสระต่อกัน แล้วภายในช่องว่างของอิมเพลเลอร์ และเทอร์ไบน์ จะบรรจุด้วยน้ำมันส่งกำลังจนเต็ม

ดังนั้น เมื่ออิมเพลเลอร์หมุนด้วนความเร็วมากพอ น้ำมันส่งกำลังจะถูกสาดออกไปด้วยแรงเหวี่ยงให้เข้าไปปะทะกับใบพัดภายในเทอร์ไบน์ ถ้าแรงปะทะมีมากพอ เทอร์ไบน์ก็จะค่อย ๆ หมุนตามไป เป็นการต่อกำลังขับ ในขณะเดียวกันถ้าอิมเพลเลอร์หมุนช้าลง แรงปะทะของน้ำมันที่ออกจากอิมเพลเลอร์ก็จะลดลงตาม ทำให้เทอร์ไบน์ลดความเร็วลง หรือหยุดหมุน จะเป็นการตัดกำลังขับโดยอัตโนมัติ ซึ่งความเร็วของเทอร์ไบน์ไม่จำเป็นที่ต้องเท่ากับความเร็วของอิมเพลเลอร์ ทั้งนี้ ขึ้นอยู่กับภาระงานของงานของเทอร์ไบน์

จากลักษณะการทำงานจะเห็นว่า เป็นการส่งกำลังด้วยแรงปะทะของน้ำมันส่งกำลัง ทำให้การส่งกำลังเป็นไปอย่างต่อเนื่อง และนิ่มนวล ไม่มีการกระตุก กระชาก แต่เนื่องจากลักษณะโครงสร้าง ไม่สามารถทำให้เกิดการทวีคูณแรงบิดเมื่อเริ่มต้นรับภาระงานได้ และประสิทธิภาพในการส่งกำลังไม่ดีนัก ดังนั้นอุปกรณ์นี้ซึ่งต่อไปจะเรียกทับศัพท์ว่า ฟูอิดคัปปลิง จึงถูกใช้งานร่วมกับเกียร์อัตโนมัติสำหรับรถยนต์ และเครื่องจักรกลในยุคแรก ๆ เท่านั้น และเมื่อได้มีการพัฒนาอุปกรณ์นี้ให้ดีขึ้น เรียกว่า เครื่องแปลงแรงบิด หรือทอร์คคอนเวอร์เตอร์ นั่นเอง

แล้วถ้าถามว่าปัจจุบันนี้ ฟูอิดคลัปปลิง ยังมีใช้อยู่หรือไม่ ก็ขอบอกว่ายังคงมีใช้อยู่ สำหรับระบบส่งกำลังในเครื่องจักรกลบางอย่าง เช่น ระบบส่งกำลังขับพัดลมระบายความร้อนของรถจักรอัลสตอม หรือระบบส่งกำลังในเครื่องจักรกลอุตสาหกรรมที่ไม่ต้องการให้เกิดกระตุก กระชาก



ลักษณะของเทอร์ไบน์ของฟลูอิดคลับปลิง และอิมเพลเลอร์ (ล่าง)


2. เครื่องแปลงแรงบิด (Torque converter)
เครื่องแปลแรงบิด ซึ่งต่อไปนี้จะเรียกว่า ทอร์คคอนเวอร์เตอร์ มีหลักการพื้นฐานเช่นเดียวกับฟูอิดคลัปปลิง แต่จะมีโครงสร้างภายในแตกต่างกัน คือ ใบพัดในอิมเพลเลอร์ และในเทอร์ไบน์ จะเป็นส่วนโค้งที่มีมุมรับกัน และเมื่อนำมันมาประกบกันน้ำมันส่งกำลังที่ถูกเหวี่ยงออกจากอิมเพลเลอร์ จะมีทิศทางพุ่งเข้าปะทะกับใบพัดเทอร์ไบน์ในทิศทางที่เหมาะสม ทำให้ประสิทธิภาพในการถ่ายทอดแรงบิดดีขึ้น และเมื่อน้ำมันส่งกำลังออกจากเทอร์ไบน์แล้ว จะไหลเข้าใบพัดบังคับทิศทางน้ำมัน เพื่อบังคับให้ไหลกลับเข้าสู่อิมเพลเลอร์ให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ และเปลี่ยนทิศทางของน้ำมันให้มีทิศทางที่เข้าสู่อิมเพลเลอร์ให้มีทิศทางเดียวกับใบพัดภายในอิมเพลเลอร์ ผลที่ได้ คือ จะช่วยเสริมแรงซึ่งกันและกัน ทำให้ความเร็วของน้ำมันที่ออกจากอิมเพลเลอร์มากขึ้น ผลที่รับตามมาก็คือ เมื่อน้ำมันพุ่งไปกระทบกับใบพัดของเทอร์ไบน์ แรงปะทะที่ได้จะมากขึ้น ทำให้แรงบิดส่งออกที่เพลาเทอร์ไบน์ดีขึ้น

คุณลักษณะเฉพาะตัวของทอร์คคอนเวอร์เตอร์ คือ ความสามารถในการเพิ่มแรงบิดของเพลาส่งกำลังออก ซึ่งจะเกิดขึ้นต่อเมื่อเริ่มมีความเร็วแตกต่างระหว่างอิมเพลเลอร์ และเทอร์ไบน์ กล่าวคือ เมื่อเทอร์ไบน์หมุนช้าลงไม่ว่าจะเนื่องจากสาเหตุใดก็ตาม ถ้าอิมเพลเลอร์ยังหมุนความเร็วเท่าเดิม นั่นหมายความว่าความเร็วของน้ำมันส่งกำลังที่ออกจากอิมเพลเลอร์ยังเท่าเดิม ฉะนั้น แรงปะทะที่ใบพัดเทอร์ไบน์จะเพิ่มเองโดยอัตโนมัติ ผลทีได้รับ คือ แรงบิดที่เพลาส่งกำลังออก จะเพิ่มขึ้นตามส่วนของความเร็วรอบของเทอร์ไบน์ที่ลดลง และในปัจจุบัน ได้มีการนำเอาทอร์คคอนเวอร์เตอร์มาใช้งานอย่างกว้างขวาง โดยทั่ว ๆ ไป จะนำมาใช้ตัดต่อกำลังแทนคลัทช์แบบความฝืดร่วมกับห้องเฟืองส่งกำลังแบบอัตโนมัติ ทั้งในรถนั่งส่วนบุคคล รถบรรทุกทั้งส่วนบุคคล และเชิงพาณิชย์ รถโดยสาร รวมทั้งรถยนต์รางส่วนหนึ่งด้วย



ลักษณะของอิมเพลเลอร์ของทอร์คคอนเวอร์เตอร์ (สีเหลือง) กับใบพัดบังคับทิศทางน้ำมัน หรือสเตเตอร์ (สีแดง) ส่วนรูปด้านล่างคือเทอร์ไบน์





ส่วนประกอบภายในของทอร์คอนเวอร์เตอร์

1. อิมเพลเลอร์ 2. เทอร์ไบน์ 3. ใบพัดบังคับทิศทางน้ำมัน
4. ล็อคอัพคลัทช์

แต่ในรถจักรดีเซลที่ใช้ในการขนส่งเชิงพาณิชย์ (Main line) และใช้ระบบส่งกำลังขับเคลื่อนด้วยไฮโดรลิคส์ ขนาดตั้งแต่ 1,500 แรงม้า และรถยนต์รางส่วนหนึ่ง ส่วนใหญ่แล้วจะไม่ใช้หีบเฟืองทดในการส่งกำลัง เพราะมีข้อจำกัดในเรื่องของโครงสร้างและน้ำหนัก การควบคุมการทำงาน ตลอดจนการซ่อมบำรุง ดังนั้น จึงได้มีการนำเอาคุณลักษณะเฉพาะตัวของทอร์คคอนเวอร์เตอร์ และฟูอิดคลับปลิง มาประกอบกันเป็น ห้องอุปกรณ์ส่งกำลังแบบไฮโดรไดนามิคส์ ซึ่งจะไม่ใช้อัตราทดในลักษณะของเฟืองเกียร์ ซึ่งห้องส่งกำลังแบบนี้ ผู้ผลิตและพัฒนารายใหญ่ คือ วอยท์ แห่งสหพันธ์สาธารณรัฐเยอรมนี จะมีรายละเอียดซึ่งจะกล่าวถึงในลำดับต่อไป
_________________
อดีตโชเฟอร์ล้อเหล็ก

[Cummins]

ในวงการของผู้ประกอบสร้างหัวรถจักร และรถดีเซลรางนั้น เป็นที่รู้กันว่า วอยท์ แห่งสหพันธ์สาธารณรัฐเยอรมนี เป็นผู้ผลิตระบบส่งกำลังสำหรับยานยนต์รายใหญ่

โดยเฉพาะห้องส่งกำลังของรถจักรดีเซลไฮโดรลิคส์ ได้พัฒนาระบบห้องส่งกำลังจากระบบส่งกำลังทางกลแบบฟันเฟือง มาเป็นห้องส่งกำลังแบบไฮโดรไดนามิคส์ หรือ เทอร์โบทรานสมิทชั่น สำหรับหัวรถจักร และรถดีเซลราง ซึ่งมีข้อได้เปรียบคือ ส่งกำลังได้ราบเรียบไม่มีอาการกระตุก กระชาก มีอัตราเร่งออกตัวที่ดี บังคับควบคุมง่ายกว่า น้ำหนักไม่มากนัก เมื่อเทียบกับห้องส่งกำลังแบบฟันเฟืองที่ขนาดการส่งกำลังเท่า ๆ กัน มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ทางกลภายในน้อยกว่า ช่วยลดการสูญเสียกำลังเนื่องจากการเสียดทาน แต่ก็มีข้อด้อย คือ เป็นการส่งกำลังด้วยน้ำมัน ทำให้มีประสิทธิภาพในการส่งกำลังน้อยกว่าระบบส่งกำลังทางกล ซึ่งโดยทั่ว ๆ ไปแล้ว จะมีประสิทธิภาพในการส่งกำลังได้ประมาณ 85-90 % เท่านั้น และจากการที่ใช้ความหนืดของน้ำมันในการส่งกำลัง การบีบอัดและการเสียดสีภายในเนื้อน้ำมัน ทำให้เกิดความร้อน ดังนั้น จะต้องมีระบบระบายความร้อนของน้ำมันที่เหมาะสม เพราะถ้าน้ำมันส่งกำลังร้อนมากเกินไปจะทำให้ความหนืดของน้ำมันลดลง มีผลให้เกิดการรั่วไหลขึ้นภายในระบบ ซึ่งจะทำให้รถจักรไม่มีกำลัง

ทีนี้เราดูหลักการทำงานของห้องส่งกำลังแบบเทอร์โบทรานสมิทชั่นกันนะครับว่า มันมีหลักการทำงานอย่างไร ตามรูปเป็นห้องส่งกำลังแบบเทอร์โบทรานสมิทชั่นของวอยท์รุ่น L620 reU2 + KB385



รูปแสดงห้องส่งกำลังแบบเทอร์โบทรานสมิทชั่น สำหรับหัวรถจักรดีเซล (จาก http://www.voith.com)

ห้องส่งกำลังดังกล่าว เป็นห้องส่งกำลังขนาด 2,300 kW ใช้กับรถจักรดีเซลไฮโดรลิคส์ ซึ่งรถจักรดีเซล กรุปป์ และเฮลเชล ผู้เขียนคาดว่า น่าจะใช้ห้องส่งกำลังในซีรีส์นี้ แต่จะเป็นรุ่น 520 หรือ รุ่น 620 เท่านั้น ซึ่งรุ่น 520 จะเป็นห้องส่งกำลังขนาด 1,400 kW ส่วนในรุ่น 620 ที่กำลังกล่าวถึงนี้ เป็นรุ่นที่มีระบบควบคุมด้วยอีเล็คทรอนิคส์ และมีไดนามิคส์เบรค

จากโครงสร้างตามรูปจะเห็นว่า ในห้องส่งกำลังจะประกอบด้วยส่วนหลัก ๆ คือ ส่วนที่ทำหน้าที่ส่งกำลังจะเป็นเครื่องแปลงแรงบิด ซึ่งต่อไปจะเรียกว่า ทอร์คอนเวอร์เตอร์ (Torque Converter) สองชุด คือ ชุดที่ใช้ออกตัว (ความเร็วต่ำ) (WI) กับชุดที่ใช้เดินทาง (ความเร็วสูง) (WII) โดยชุดอิมเพลเลอร์ (P) ของทอร์คคอนเวอร์เตอร์ทั้งสองชุด ซึ่งจะประกอบอยู่บนเพลาปั๊มอิมเพลเลอร์ (สีแดง) และรับกำลังขับเคลื่อนจากเครื่องยนต์ต้นกำลังเข้าที่เพลารับกำลังเข้า (สีแดงหมายเลข 1) ผ่านชุดเฟืองทด (2 และ 3) เพื่อให้มีความเร็วรอบสูงชึ้น ส่วนหน้าแปลนเพลาหมายเลข 15 นั้น จะใช้ต่อกำลังขับจากเครื่องยนต์ไปขับอุปกรณ์ส่วนควบอื่น ๆ ส่วนเทอร์ไบน์ (T) ของทอร์คคอนเวอร์เตอร์ ทั้งสองชุดนั้น จะประกอบอยู่กับเพลาส่งกำลังออก (สีน้ำเงิน) ซึ่งจะเห็นว่าสอดอยู่ในเพลาอิมเพลเลอร์ และรองรับด้วยแบริ่ง ทำให้เพลาทั้งสองอันนี้เป็นอิสระต่อกัน (ต่างคนต่างหมุน) โดยกำลังขับจากเพลาของเทอร์ไบน์นั้น จะส่งผ่านเฟือง (4) หรือ (6) ก็จะขึ้นอยู่กับชุดควบคุมการกลับอาการเดินหน้า หรือถอยหลัง (สีเขียวหมายเลข 12) ซึ่งควบคุมด้วยกำลังดันน้ำมัน โดยถ้าก้านควบคุมหมายเลข 12 ถูกดันไปทางขวามือจนสุด เพลาเทอร์ไบน์จะเชื่อมต่อกับเฟือง (4) โดยก้านควบคุม (12) กำลังขับจากเฟือง (4) จะถูกส่งผ่านไปยัง เฟือง ( 8 ) (9) และ (10) ซึ่งเฟือง (10) จะประกอบอยู่กับเพลาส่งกำลังออก โดยเพลาขับจะต่ออยู่กับหน้าแปลน (11)

ในทำนองเดียวกัน ถ้าก้านควบคุม (12) ถูกดันกลับไปทางซ้าย จะเห็นว่า เพลาเทอร์ไบน์จะถูกเชื่อมต่อกับเฟือง (6) โดยก้านควบคุม (12) ถึงตอนนี้เฟือง (4) จะถูกปลดให้เป็นอิสระ กำลังขับจากเพลาเทอร์ไบน์จะถูกส่งผ่านเฟือง (6) (5) (7) ( 8 ) (9) และ (10) ซึ่งถ้าไล่ทิศทางการหมุนจากรูป โดยยึดทิศทางการหมุนของเฟืองหมายเลข (2) เป็นหลัก จะเห็นว่า ถึงตอนนี้เพลาส่งกำลังออกซึ่งประกอบอยู่กับเฟือง (10) จะหมุนกลับทางจากกรณีแรก

ทีนี้มาดูหลักการทำงานกันครับ หลักการทำงานนั้น จะใช้วิธีการเติมน้ำมันส่งกำลังเข้ากับ ทอร์คคอนเวอร์เตอร์ ชุดที่ต้องการให้ทำงาน และถ่ายน้ำมันออกจากชุดที่ไม่ต้องการให้ทำงาน ซึ่งหมายความว่า ในขณะทำการ จะใช้ทอร์คคอนเวอร์เตอร์ครั้งละหนึ่งชุดเท่านั้น จากรูป จะเห็นว่าปั๊ม (13) ซึ่งเป็นปั๊มหลักถูกขับโดยเพลาอิมเพลเลอร์ ซึ่งปั๊มตัวนี้จะทำงานทันทีเมื่อติดเครื่องยนต์ ปั๊มตัวนี้จะส่งน้ำมันไปรออยู่ที่ระบบควบคุมเพื่อเตรียมการขับเคลื่อน และส่งน้ำมันส่วนหนึ่งไปหล่อลื่น

การส่งกำลังจะเริ่มขึ้นเมื่อพนักงานขับรถต้องการขับเคลื่อนรถจักร โดยเริ่มตั้งแต่ผลักคันบังคับการกลับอาการการเคลื่อนที่ของรถจักรไปในทิศทางเดินหน้า หรือถอยหลัง ซึ่งก้านควบคุม (12) จะเชื่อมต่อกับเฟือง (4) หรือ (6) ขึ้นอยู่กับว่าห้องส่งกำลังติดตั้งเข้ากับตัวรถในลักษณะใด หรือไม่ถ้าเป็นรถจักรที่มีห้องขับสองด้าน ก็แล้วแต่ว่าจะควบคุมหรือขับที่ห้องขับด้านไหน แล้วเดินหน้าหรือถอยหลังไปทางไหน

จากนั้น เมื่อพนักงานขับรถเปิดคอนโทรลเพื่อเร่งรอบเครื่องยนต์ วงจรน้ำมันควบคุมที่ห้องส่งกำลังจะเปิดให้น้ำมันส่งกำลังป้อนเข้าสู่ ทอร์คอนเวอร์เตอร์ (WI) การส่งกำลังขับเคลื่อนจะเริ่มขึ้นโดย อิมเพลเลอร์ (P) ซึ่งถูกขับโดยเครื่องยนต์จะส่งน้ำมันส่งกำลังไปขับ เทอร์ไบน์ (T) ทำให้เทอร์ไบน์หมุน และน้ำมันส่งกำลังเมื่ออกจากเทอร์ไบน์แล้ว จะถูกบังคับทิศทางโดยชุดบังคับทิศทาง (Stator) (L) บังคับทิศทางให้น้ำมันย้อนกลับเข้าสู่อิมเพลเลอร์อีกครั้งหนึ่ง กำลังขับของเพลาเทอร์ไบน์ถูกส่งผ่านก้านควบคุม (12) ซึ่งจะต่อกำลังให้เฟืองขับ (4) หรือ (6) ก็ขึ้นอยู่กับว่า รถจักรเคลื่อนที่ไปในทิศทางใด กำลังขับจะถูกส่งผ่านเฟือง ( 8 ) (9) และ (10) ซึ่งเป็นเพลาส่งกำลังออกโดยมีหน้าแปลน (11) ต่อกับเพลาขับเพื่อส่งกำลังไปขับชุดเฟืองขับสุดท้าย (Final drive) ก่อนที่จะส่งกำลังไปขับล้อต่อไป

และเมื่อรถจักรมีความเร็วมากขึ้น (ประมาณ 60 กม./ชม.) ระบบควบคุมจะสั่งการถ่ายน้ำมันออกจากทอร์คคอนเวอร์เตอร์ (WI) และป้อนน้ำมันเข้ากับทอร์คอนเวอร์เตอร์ (WII) ซึ่งจากรูปจะเห็นว่า มีขนาดเล็กกว่า ถึงแม้ว่าจะมีความเร็วรอบของอิมเพลเลอร์เท่ากัน (อยู่บนเพลาเดียวกัน) แต่ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของอิมเพลเลอร์ที่เล็กกว่า ทำให้มีความเร็วเชิงมุมมากกว่า และด้วยเส้นรัศมีที่สั้น ประกอบกับออกแบบให้ช่องทางภายในแคบกว่า ทำให้น้ำมันส่งกำลังที่ออกจากอิมเพลเลอร์ มีปริมาณน้อยลงแต่มีความร็วสูงขึ้น ทำให้สามารถขับเทอร์ไบน์หมุนได้เร็วขึ้น ดังนั้น รถจักรจึงมีความเร็วสูงขึ้น

ส่วนปั๊ม (14) ซึ่งถูกขับโดยเพลาของเฟือง ( 8 ) นั้นเป็นปั๊มช่วยหล่อลื่น และช่วยสูบน้ำมันที่หล่อลื่นเฟืองกลับท่าขับจากห้องเฟือง กลับคืนอ่างน้ำมันหลักที่อยู่ด้านบน (สีเหลือง) และถ้ารถจักรถูกพ่วงเข้าขบวนในลักษณะของรถจักรตาย ปั๊มตัวนี้ (14) จะทำหน้าที่เป็นปั๊มน้ำมันหล่อลื่นชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ และแบริ่งทั้งหมดภายในห้องส่งกำลัง เมื่อรถจักรถูกลากจูงโดยที่ไม่ได้ติดเครื่องยนต์



รูปแสดงการติดตั้ง ห้องส่งกำลัง เครื่องยนต์ และเพลาส่งกำลังภายในรถจักรดีเซลไฮโดรลิคส์ ซึ่งจากลักษณะการติดตั้งในรูปนี้ถือว่าใกล้เคียงกับรถจักรดีเซลกรุปป์มากที่สุด (รูปจาก http://www.voith.com)
_________________
อดีตโชเฟอร์ล้อเหล็ก

[Cummins]

นอกจากรถจักรดีเซลที่ใช้ระบบส่งกำลังขับเคลื่อนแบบไฮโดรลิคส์แล้ว ยังมียานยนต์รางอีกแบบหนึ่งที่ใช้ระบบขับเคลื่อนแบบเดียวกันนี้ เพื่อให้เนื้อหามีความต่อเนื่องกัน ดังนั้น ระบบขับเคลื่อนที่ผู้เขียนจะกล่าวถึงต่อไป คือ ระบบส่งกำลังขับเคลื่อนของรถดีเซลราง

ก่อนอื่น เรามาทำความรู้จักกับรถดีเซลรางกันก่อนนะครับว่ามันเป็นรถแบบไหน รถดีเซลรางนั้น กล่าวได้ว่าเป็นรถยนต์รางแบบหนึ่ง ซึ่งมีศัพท์เรียกเฉพาะคือ (Rail car) แต่เนื่องจากเครื่องยนต์ต้นกำลังที่ใช้ส่วนใหญ่เป็นเครื่องยนต์ดีเซล ดังนั้น จึงมีชื่อเรียกเฉพาะที่เรียกทั่วไปว่า รถดีเซลราง ครับ (Diesel Rail Car)

ถ้าเรานำรถแบบที่มีห้องบังคับการ (ห้องขับ) มา 1 คัน เมื่อนำมาพิจารณาดู มันก็จะเหมือนรถโดยสารที่ใช้ระบบส่งกำลังแบบอัตโนมัติคันหนึ่ง เพียงแต่ว่ามันวิ่งบนรางเท่านั้น แล้วต้องมีคุณลักษณะที่ต่างจากรถยนต์ก็คือ ต้องสามารถเคลื่อนที่เดินหน้า และถอยหลังได้ด้วยความเร็วเท่า ๆ กันครับ แล้วอีกประการหนึ่ง คือ ไม่ต้องการอัตราทดหลายขั้นเหมือนกับรถยนต์ เพราะยานยนต์รางนั้นจะมีคุณลักษณะเฉพาะตัวที่ต่างจากรถยนต์ คือมีน้ำหนักมากกว่า แต่มีความเสียดทานในการเคลื่อนที่น้อยกว่า เพราะฉะนั้นเมื่อเริ่มต้นออกตัวก็ไม่ต้องการอัตราทดของระบบส่งกำลังมากนัก เพื่อป้องกันไม่ให้ล้อดิ้น และเมื่อเคลื่อนตัวออกไปได้แล้ว ระบบส่งกำลังก็เพียงแต่รักษากำลังขับเคลื่อนให้สม่ำเสมอ เพื่อให้รถเคลื่อนที่ไปได้เรื่อย ๆ

ระบบส่งกำลังในรถดีเซลรางนั้น ก็จะคล้าย ๆ กับระบบในรถจักรดีเซล คือ มีทั้งระบบส่งกำลังด้วยไฟฟ้า และระบบส่งกำลังด้วยไฮโดรลิคส์ แต่ไม่พบว่ามีการใช้ระบบส่งกำลังทางกล อาจเป็นไปได้ว่า ระบบส่งกำลังทางกลนั้น ยากในการบังคับควบคุมระยะไกล ในกรณีพ่วงต่อเป็นขบวนทำการ (Multi Unit) ดังนั้น ผู้สร้างจึงเลือกใช้วิธีการส่งกำลังขับเคลื่อนที่ใช้การง่ายกว่า นั้นคือระบบดีเซลไฟฟ้า และระบบดีเซลไฮโดรลิคส์ แต่ระบบขับเคลื่อนด้วยดีเซลไฟฟ้านั้นไม่นิยมใช้มากนัก อาจเป็นเพราะว่ารถดีเซลรางนั้นโดยทั่ว ๆ ไปแล้วในแต่ละคันเครื่องยนต์ต้นกำลัง จะมีกำลังขับเคลื่อนประมาณ 250-400 แรงม้า ถ้าขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า โดยขับเคลื่อนแคร่เดียว (2 เพลา) ฉะนั้น มอเตอร์ลากจูง 1 ลูก จะมีกำลังขับเคลื่อนประมาณ 200-300 แรงม้า ซึ่งมีข้อจำกัดคือว่า มอเตอร์ที่เล็ก จะมีข้อจำกัดในเรื่องขนาดของขดลวด ทำให้เป็นการจำกระแสที่ไหลเข้าไปด้วย ซึ่งมีผลให้มอเตอร์มีแรงบิดออกตัวน้อย และความเสียดทานในตัวมอเตอร์ ทำให้มอเตอร์ทำรอบหมุนได้ไม่ดีนัก และเนื่องจากความสูญเสียเนื่องจากกระแสไหลวน (Eddy current) ในระบบ ทำให้ประสิทธิภาพในการส่งกำลังโดยรวมลดลง และสุดท้าย คือ ข้อจำกัดในเรื่องของระบบควบคุม ทำให้รถดีเซลรางนั้นนิยมใช้ระบบขับเคลื่อนด้วยระบบไฮโดรลิคส์มากกว่า

อย่างที่ได้กล่าวมาแล้วในข้างต้น ในระบบขับเคลื่อนด้วยไฮโดรลิคส์ของรถดีเซลรางนั้น โดยทั่ว ๆ ไปแล้ว ส่วนหนึ่งคงมีลักษณะพื้นฐานคล้าย ๆ กับระบบส่งกำลังแบบอัตโนมัติของรถโดยสาร ซึ่งห้องส่งกำลังของรถดีเซลรางนั้น มีทั้งห้องส่งกำลังแบบใช้เฟือง ซึ่งก็มีทั้งแบบใช้ขบวนเฟืองสุริยะ และแบบเพลารอง (Counter Shaft) ส่วนระบบการควบคุมนั้นมีทั้งระบบอัตโนมัติ และกึ่งอัตโนมัติ และห้องส่งกำลังแบบเทอร์โบทรานสมิทชั่น โดยต่อไปนี้จะกล่าวถึง ห้องส่งกำลังแบบเทอร์โบทรานสมิสชั่นก่อน

ห้องส่งกำลังแบบเทอร์โบทรานสมิทชั่นที่ใช้ในรถดีเซลรางนั้น มีโครงสร้าง และหลักการทำงานเช่นเดียวกับห้องส่งกำลังของรถจักร ต่างกันเพียงในความเร็วที่สองนั้น ไม่ได้ใช้ทอร์คอนเวอร์เตอร์ แต่จะใช้ฟลูอิดคลัปปลิงทำงานแทน ซึ่งห้องส่งกำลังที่จะกล่าวถึงต่อไปนี้ คือ รุ่น T211 rZ ยี่ห้อวอยท์ ซึ่งมีใช้ในกิจการของการรถไฟเช่นกัน
_________________
อดีตโชเฟอร์ล้อเหล็ก

[Cummins]

รูปแสดงโครงสร้างภายในของห้องส่งกำลังของรถดีเซลรางยี่ห้อวอยท์รุ่น T211re (รูปจาก www.voith.com)

จากรูปจะเห็นว่า ห้องส่งกำลังประกอบไปด้วย ทอร์คคอนเวอร์เตอร์ (5) 1 ชุด ฟูลอิดคลัปปลิง (6) 1 ชุด และชุดเฟืองที่ทำหน้าที่กลับท่าขับ ซึ่งควบคุมด้วยไฮโดรลิคส์อีก 1 ชุด และที่พิเศษสำหรับห้องส่งกำลังรุ่นนี้คือ สามารถติดตั้งไดนามิคส์เบรค (7) (อุปกรณ์สั่งพิเศษ) ได้ด้วย

ในรูปนี้ ห้องส่งกำลังจะติดตั้งเข้ากับท้ายเครื่องยนต์ต้นกำลังเช่นเดียวกับห้องส่งกำลังของรถยนต์ รถดีเซลรางที่ติดตั้งห้องส่งกำลังแบบนี้ คือ THN และ RHN กำลังขับจากเครื่องยนต์จะส่งผ่านจานขับ (1) ซึ่งประกอบเข้ากับล้อช่วยแรงของเครื่องยนต์ และมีสปริงกันกระชากอยู่ภายใน โดยมีเพลารับแรงขับของห้องส่งกำลัง (Input shaft) (2) สวมอยู่ที่ดุมของจานขับ ภายในห้องส่งกำลังจะเห็นว่า เฟืองขับ (3) ประกอบอยู่บนเพลา (2) ดังนั้นเมื่อเพลา (2) ถูกขับโดยเครื่องยนต์ เฟืองขับ (3) จะส่งกำลังไปขับเฟืองขับ 4 ในลักษณะของการทดรอบให้เร็วขึ้น ซึ่งเฟืองขับ 4 จะประกอบอยู่บนเพลาที่ทำหน้าที่ขับ อิมเพลเลอร์ (P) ของทอร์คคอนเวอร์เตอร์ (5) และฟลูอิดคลัปปลิง (6) ส่วนเทอร์ไบน์ (T) ของทั้งทอร์คอนเวอร์เตอร์ และฟลูอิดคลัปปลิ้งนั้น ประกอบอยู่บนเพลาเทอร์ไบน์ (สีน้ำเงิน)

ในการเชื่อมต่อกำลังขับจากเพลาเทอร์ไบน์ เข้ากับชุดเฟืองกลับท่าขับนั้น จะเชื่อมต่อโดยก้านควบคุม (สีเขียว) และชุดควบคุมท่าขับ (11) โดยถ้าก้านควบคุมท่าขับอยู่ในตำแหน่งตามรูป (เลื่อนไปทางขวา) กำลังขับจากเพลาเทอร์ไบน์จะถูกเชื่อมต่อเข้ากับเฟือง (9.2) ซึ่งขบอยู่กับเฟือง (9.3) โดยตรง ซึ่งเฟือง (9.3) ประกอบอยู่บนเพลาส่งกำลังออก และมีหน้าแปลนเพลา (10) ประกอบอยู่ด้วย ทำให้หน้าแปลน (11) หมุนไปทิศทางหนึ่ง และในทำนองเดียวกัน ถ้าก้านควบคุมถูกดันกลับไปด้านตรงข้าม (เลื่อนไปทางซ้าย) กำลังขับจากเพลาเทอร์ไบน์จะถูกเชื่อมต่อเข้ากับเฟือง ( 8.1) ซึ่งขบอยู่กับเฟือง ( 8.2) ซึ่งมีเฟือง (9.1) ประกอบอยู่บนเพลาเดียวกัน และเฟือง (9.1) จะขบอยู่กับเฟือง (9.3) ซึ่งจะทำให้ หน้าแปลนเพลาขับ (11) หมุนกลับอีกทางหนึ่ง โดยเพลาขับจะต่อกับหน้าแปลน (10) ซึ่งจะต่อไปขับชุดเฟืองขับสุดท้าย (Final drive) ที่เพลาล้อ ซึ่งทิศทางการหมุนของเฟืองขับต่าง ๆ นั้น สามารถไล่ได้จากรูปแสดงผังตำแหน่ง และทิศทางของเฟืองขับ เดี๋ยวมาต่อหลักการทำงานครับ



ลักษณะของห้องส่งกำลังที่ติดตั้งแยกออกจากเครื่องยนต์
_________________
อดีตโชเฟอร์ล้อเหล็ก

[Cummins]

หลักการทำงาน

หลักการทำงานนั้น ก็ยังคงใช้หลักการป้อนน้ำมันส่งเข้ากับส่วนที่ต้องการให้ทำงาน และถ่ายน้ำมันออกในเวลาที่ไม่ต้องการให้ทำงาน โดยมีหลักการดังนี้ เมื่อติดเครื่องยนต์ เพลารับกำลังเข้า (2) จะหมุนทันที และเฟือง (3) จะส่งกำลังขับเฟือง (4) ทำให้เพลาอิมเพลเลอร์หมุนตามไปด้วย ดังนั้น ขณะนี้อิมเพลเลอร์ทั้งของทอร์คอนเวอร์เตอร์ และของฟลูอิดคลัปปลิงจะหมุนไปพร้อม ๆ กัน ในเวลาเดียวกันปั๊มน้ำมัน (12) จะหมุนตามไปด้วยน้ำมันจะถูกส่งไปรอที่ชุดควบคุม และส่วนหนึ่งจะส่งไปหล่อลื่น

และเมื่อต้องการออกรถ ในกรณีที่เป็นรถคันนำ พนักงานขับรถจะผลักคันบังคับการเปลี่ยนท่าขับไปในทิศทางที่ต้องการ ส่วนคันตามก็แล้วแต่ว่าจะพ่วงเข้าขบวนในลักษณะใด ซึ่งวงจรควบคุมจะกำหนดไว้ว่า เมื่อต่อสายไฟฟ้าควบคุมระหว่างคันในทิศทางใด แล้ววงจรควบคุมจะสั่งการให้ชุดเฟืองกลับท่าขับในห้องส่งกำลังของรถแต่ละคันอยู่ในท่าขับที่ถูกต้อง และเมื่อพนักขับรถหมุนคันบังคับการเร่งรอบของเครื่องยนต์ออกจากตำแหน่งว่าง (N) วงจรควบคุมจะเปิดให้น้ำมันส่งกำลังป้อนเข้าสู่ ทอร์คคอนเวอร์เตอร์

การส่งกำลังด้วยทอร์คคอนเวอร์เตอร์ จะเริ่มขึ้นรถจะเริ่มเคลื่อนที่ และเมื่อรถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่เหมาะสม (ประมาณ 60 กม./ ชม.) ก็แล้วแต่ว่าระบบควบคุมจะเป็นแบบใด ถ้าเป็นแบบอัตโนมัติ วงจรควบคุมจะสั่งการถ่ายน้ำมันออกจากทอร์คคอนเวอร์เตอร์ และป้อนน้ำมันให้กับฟลูอิดคลัปปลิง ซึ่งเป็นลักษณะการส่งกำลังเทียบเท่ากับการต่อกำลังขับจากเครื่องยนต์โดยตรง ไม่มีการแปรผันแรงบิดเหมือนกับการส่งกำลังด้วย ทอร์คคอนเวอร์เตอร์

และในทำนองเดียวกัน ถ้าเป็นระบบควบคุมแบบกึ่งอัตโนมัติ หรือที่เรียกว่าเพาเวอร์ชิฟ พนักงานขับรถจะต้องเปลี่ยนความเร็วเอง ที่แผงควบคุมในห้องขับจะมีคันบังคับเพิ่มขึ้นมาอีกหนึ่งอัน เพื่อใช้เปลี่ยนท่าขับจากตำแหน่งคอนเวอร์เตอร์ไดร์ฟ เป็นขับตรง ในส่วนของระบบควบคุมการเปลี่ยนความเร็วแบบอัตโนมัตินั้นทั้งระบบของรถจักร และรถดีเซลราง จะมีระบบที่คล้าย ๆ โดยมีลักษณะการควบคุมดังนี้ คือ

ระบบควบคุมด้วยไฟฟ้า ระบบนี้จะใช้เซ็นเซอร์วัดความเร็วของเพลาส่งกำลังออก เปรียบเทียบกับความเร็วของเพลาส่งกำลังเข้า หรือวัดความเร็วของเพลาส่งกำลังออกเพียงอย่างเดียว แล้วส่งข้อมูลให้ระบบคอมพิวเตอร์ประมวลผลสั่งการเปลี่ยนความเร็ว โดยระบบควบคุมจะส่งสัญญาณสั่งการเปลี่ยนความเร็วมาที่ระบบควบคุมที่ห้องส่งกำลัง เพื่อสั่งการให้โซลินอยด์ เปิดน้ำมันเข้า หรือปล่อยน้ำมันออก จากทอร์คคอนเวอร์เตอร์ และฟลูอิดคัปปลิง

ส่วนปั๊ม (13) นอกจากมีหน้าที่ในการส่งน้ำมันไปช่วยหล่อลื่นชุดเฟืองกลับท่าขับแล้ว ยังมีหน้าที่อีกประการหนึ่ง คือ เป็นปั๊มช่วยหล่อลื่นในเวลาที่รถถูกลากจูงโดยที่ไม่ได้ติดเครื่องยนต์ ดังนั้น ถ้าเกิดการรั่วไหลของน้ำมันส่งกำลัง และพนักงานขับรถได้ทำการดับเครื่องยนต์ของรถคันที่น้ำมันส่งกำลังรั่วแล้ว จะต้องเฝ้าดูด้วยว่าน้ำมันยังรั่วอยู่หรือไม่ ถ้าน้ำมันยังรั่วอยู่ ต้องจัดการถอดเพลาขับ ก็เพลากลางนั่นแหละ เพราะถ้าไม่ถอดเพลาขับ ชุดเฟืองกลับท่าขับจะยังหมุนอยู่ตามการเคลื่อนที่ของรถ ก็จะพาปั๊ม (13) หมุนตามไปด้วย ดังนั้นก็จะยังมีน้ำมันส่งกำลังหมุนเวียนอยู่ในระบบส่วนหนึ่ง และจากระบบควบคุมท่าขับ ก้านบังคับท่าขับ (11) จะทำให้เพลาเทอร์ไบน์ก็จะหมุนตามไปด้วย จากรูปจะเห็นว่ามีแบริ่งหลายจุดที่ยังหมุนอยู่ ถึงแม้ว่าเครื่องยนต์ไม่ทำงาน ซึ่งมันต้องการการหล่อลื่น และถ้าน้ำมันรั่วหมด ห้องส่งกำลังก็จะเสียหาย
_________________
อดีตโชเฟอร์ล้อเหล็ก

[Cummins]

ห้องส่งกำลังแบบเพลารอง (Counter Shaft)

ห้องส่งกำลังแบบนี้ จะคล้ายกับห้องส่งกำลังของรถยนต์ที่ใช้ระบบส่งกำลังแบบอัตโนมัติ ต่างกันเพียงมีท่าขับเพียงสองท่าเท่านั้น คือ ท่าคอนเวอร์เตอร์ไดร์ฟ และท่าขับตรง โดยใช้ล็อคอัพคลัทช์

จากรูปจะเห็นว่าห้องส่งกำลังนั้น ติดตั้งอยู่ที่ท้ายเครื่องยนต์เหมือนกับรถยนต์ กำลังขับจากเครื่องยนต์ถ่ายทอดให้กับห้องส่งกำลังโดย ทอร์คคอนเวอร์เตอร์ ซึ่งติดตั้งอยู่ที่ล้อช่วยแรงของเครื่องยนต์ ภายในห้องส่งกำลังจะมีชุดเฟืองขับอยู่สองชุดเป็นแบบขบกันตลอด โดยชุดหนึ่งขับเดินหน้า และชุดหนึ่งขับถอยหลัง การควบคุมชุดเฟืองขับ จะควบคุมโดยชุดคลัทช์ที่ทำงานด้วยความดันน้ำมัน โดยจากรูปจะเห็นว่า เฟืองส่งกำลังของทั้งสองชุด จะหมุนได้อย่างอิสระบนเพลาเมน ซึ่งถูกขับโดย เทอร์ไบน์ในทอร์คคอนเวอร์เตอร์ โดยเพลาเมนนี้ จะขับชุดคลัทช์ทั้งสองชุด และจะเห็นว่าภายในเพลาเมนนั้น จะมีช่องทางเดินของน้ำมันไปยังชุดคลัทช์ทั้งสองชุดเช่นกัน ส่วนเฟืองส่งกำลังบนเพลาเมนนั้น ตัวที่อยู่ทางด้านซ้ายมือจะส่งกำลังขับเฟืองรับกำลังบนเพลารองโดยตรง ส่วนเฟืองส่งกำลังบนเพลาเมนตัวที่อยู่ทางด้านซ้ายมือจะส่งกำลังขับเฟืองเพลารองโดยผ่านเฟืองสะพานดังรูป

ดังนั้น ถ้าเราหมุนเพลารองโดยที่คลัทช์ทั้งสองชุดบนเพลาเมนไม่จับ จะเห็นว่าเฟืองขับทั้งสองตัวที่อยู่บนเพลาเมนจะหมุนสวนทางกัน สำหรับปั๊มน้ำมันที่อยู่ด้านท้ายของห้องส่งกำลังนั้น จะมีอยู่สองตัว ปั๊มตัวแรก คือ อินพุทปั๊ม หรือคอนเวอร์เตอร์ปั๊ม จะถูกขับโดยตรงจากเครื่องยนต์ โดยเพลาที่ใช้ขับจะสอดอยู่ในเพลาเมน จะส่งน้ำมันส่วนหนึ่งไปหล่อลื่น และส่งน้ำมันส่วนหนึ่งไปอำนวยการทำงานของห้องส่งกำลัง ส่วนอีกตัวหนึ่งนั้น ถูกขับโดยเฟืองสะพานของเพลารองตามรูป ดังนั้น ปั๊มตัวนี้จะทำงานเมื่อรถเคลื่อนที่ ซึ่งปั๊มตัวนี้จะทำหน้าที่เป็นปั๊มช่วยหล่อลื่นเมื่อรถถูกลากจูง โดยที่เครื่องยนต์ไม่ทำงาน

หลักการทำงาน

เมื่อเครื่องยนต์ทำงาน ทอร์คคอนเวอร์เตอร์ จะส่งกำลังไปขับเพลาเมน ทำให้เพลาเมนหมุน แต่ถ้าคันบังคับท่าขับอยู่ในตำแหน่งว่าง คลัทช์ที่เพลาเมนทั้งสองชุดจะอยู่ในตำแหน่งที่ไม่ทำงาน ดังนั้น จะไม่การส่งกำลังเกิดขึ้น เพลาเมนจะพาแผ่นกดคลัทช์หมุนฟรีไป ในเวลาเดียวกันของปั๊มน้ำมัน (Input Pump) หรือ คอนเวอร์เตอร์ปั๊ม ที่ถูกขับโดยเครื่องยนต์ ซึ่งมีเพลาขับที่สอดอยู่ในเพลาเมนดังรูป จะสูบน้ำมันจากอ่างน้ำมันส่งไปหล่อลื่น และส่งเข้าไปในระบบควบคุมของห้องส่งกำลัง

และเมื่อพนักงานขับรถเปลี่ยนท่าขับไปในตำแหน่งเดินหน้า ระบบควบคุมจะเปิดน้ำมันมาสั่งการให้คลัทช์ทางด้านซ้ายจับ เป็นการล็อคเฟืองขับเข้ากับเพลาเมน ในตอนนี้ เฟืองขับตัวซ้ายมือพร้อมที่จะทำการส่งกำลังขับ ถ้าเครื่องยนต์ยังอยู่ในตำแหน่งเดินเบา กำลังขับที่ทอร์คคอนเวอร์เตอร์อาจยังไม่มากพอที่จะทำให้รถเคลื่อนที่ได้ แต่ก็เป็นไปได้เช่นกันว่า รถอาจมีอาการ “คลาน”ได้

และเมื่อพนักขับรถเร่งเครื่องยนต์ การส่งกำลังขับก็จะเป็นไปในลักษณะของคอนเวอร์เตอร์ไดร์ฟ โดยกำลังขับเคลื่อนจะส่งจากเทอร์ไบน์ของทอร์คคอนเวอร์เตอร์ ผ่านเพลาเมน ชุดคลัทช์ เฟืองส่งกำลังตัวซ้ายมือ ไปขับเฟืองเพลารอง ซึ่งประกอบอยู่บนเพลาส่งกำลังออก ทำให้เพลาส่งกำลังออกหมุน ที่ปลายเพลาส่งกำลังออกจะมีหน้าแปลนเพื่อต่อกับเพลาขับ ซึ่งก็เหมือนกับเพลากลางของรถยนต์ เพื่อส่งกำลังไปขับชุดเฟืองขับล้อ เมื่อเพลารองหมุนจะทำให้เฟืองสะพาน ที่ใช้กลับทางขับของเฟืองขับตัวขวาหมุนตามไปด้วย เฟืองตัวนี้จะไปขับปั๊มน้ำมัน (Output pump) โดยปั๊มตัวนี้จะเป็นปั๊มช่วยหล่อลื่น โดยเฉพาะในเวลาที่รถถูกลากจูงไปในกรณีที่ไม่ได้ติดเครื่องยนต์

ขณะที่เพลารองหมุนนั้น จะมีอุปกรณ์ตัวหนึ่ง ในที่นี้ขอเรียกว่า โกเวอร์เนอร์คอนโทรลวาล์ว ถูกขับให้หมุนตามไปด้วย และความเร็วจะเพิ่มขึ้นตามความเร็วของเพลารองที่หมุนไป นั่นหมายความว่า ความเร็วของรถจะสูงขึ้นไปเรื่อย ๆ และเมื่อความเร็วรอบเป็นไปตามที่ออกแบบไว้ ตุ้มเหวี่ยงจะกางออกชนะแรงกดของสปริงทำให้ลิ้นควบคุมภายในโกเวอร์เนอร์คอนโทรลวาล์วเปิดทางให้น้ำมันจากคอนเวอร์เตอร์ปั๊มไปดันลูกสูบของล็อคอัพคลัทช์ให้จับ ทำให้กำลังขับจากเครื่องยนต์ส่งไปขับเพลาเมนโดยตรงโดยไม่ผ่านทอร์คคอนเวอร์เตอร์ ซึ่งเป็นขับเคลื่อนในท่าขับตรง



รูปแสดงโครงสร้างของห้องส่งกำลังแบบเพลารอง
_________________
อดีตโชเฟอร์ล้อเหล็ก