ประแจ (รถไฟ)

ประแจ จากโคมประแจ แสดงท่าประแจสวนเบี่ยงไปทางขวา

ประแจ (อังกฤษ: railroad switch, turnout) เป็นอุปกรณ์สำหรับติดตั้งไว้ที่รางรถไฟสำหรับให้รถไฟเดินเบี่ยงจากทางเดิมได้เมื่อต้องการ ประแจสามารถควบคุมได้ด้วยคันกลับที่ตัวประแจ สายลวดดึงรอก หรือมอเตอร์ไฟฟ้าก็ได้ ประแจมีได้ทั้งแบบประแจเบี่ยงเลี้ยว ประแจเบี่ยงรูปสองง่าม หรือประแจทางตัด

ประแจอย่างง่าย ๆ เริ่มต้นจากทางรถไฟตรงปกติ เมื่อต้องการทำทางเลี้ยวไปด้านขวา ก็จะตัดส่วนหนึ่งของราวเหล็กด้านขวาออก ด้านหนึ่งต่อราวเหล็กให้โค้งออกไปตามแนวเบี่ยง อีกด้านต่อราวในแนวหักมุม เรียกมุมหักนี้ว่าตะเฆ่ (frog) ด้านในของประแจจะมีราวเหล็กสองอัน อันหนึ่งโค้ง อันหนึ่งตรง ต่อกับจุดหมุนตรงตะเฆ่ เรียกว่ารางลิ้น (point blades) เมื่อกลไกกลับประแจดึงให้ราวโค้งชิดซ้าย (ตามรูป) ก็จะทำให้รถไฟสามารถแล่นไปทางขวาได้ ในทางกลับกันถ้ากลับประแจให้ราวตรงชิดขวา ก็ทำให้รถไฟเดินตรงไปตามปรกติ

ขณะขบวนรถไฟผ่านประแจแล้วเดินตรงไปหรือเบี่ยงทิศก็ได้ (เช่นในรูป) เรียกลักษณะประแจนี้ว่าประแจสวน (facing-point movement) ในทางกลับกัน ถ้าขบวนรถเดินจากทางรถไฟสองทาง ผ่านประแจเข้าสู่ทางเดียว ก็จะเรียกประแจลักษณะนี้ว่าประแจตาม (trailing-point movement) หากประแจมิได้อยู่ในทางที่ถูกต้อง ล้อก็จะบังคับให้ประแจเข้าในทิศทางที่ถูกต้องแทนจนทำให้ประแจบางชนิดเสียหายได้ เรียกว่าประแจถูกรีด (trailed)

สำหรับบทความนี้ "ราว" (rail) หมายถึงเหล็กท่อนเดียวที่นิยมเรียกว่าราง เมื่อนำมาประกอบกับหมอน (sleeper) ก็จะได้รางหรือทางรถไฟ (track)

หลักการทำงาน

การทำงานของประแจทางรถไฟ

เนื่องจากรถไฟ (รถจักร และรถพ่วง ตลอดจนยานยนต์ราง) ต้องอาศัยราวเหล็กทั้งสองข้างของรางรถไฟช่วยบังคับล้อให้เคลื่อนไปในทิศทางที่เหมาะสมโดยมีครีบล้อ (หรือบังใบล้อ) ซึ่งติดอยู่ตอนในของล้อช่วย หากต้องการให้รถไฟเปลี่ยนทิศทางเดิม ก็จำเป็นต้องให้ราวเหล็กด้านหนึ่งบังคับทิศขบวนรถไป โดยมีราวเหล็กอีกด้านหนึ่งคอยกั้นมิให้ครีบล้อเข้าไปในทิศทางที่ไม่ต้องการ หาไม่แล้วรถไฟก็จะตกรางได้ จากหลักการข้างต้น เราสามารถเปลี่ยนทิศทางของขบวนรถได้

รางลิ้นประแจ เดิมที่บังคับด้วยคันโยกที่ติดกับตัวประแจ ซึ่งประแจชนิดนี้ยังมีใช้ถึงปัจจุบันโดยเฉพาะในเขตโรงซ่อมรถไฟ หรือสถานีที่การจราจรไม่มาก ในเวลาต่อมาได้มีการพัฒนาให้มีกลไกข้อเหวี่ยงติดกับรอก และใช้สายลวดบังคับ ซึ่งประแจลักษณะนี้มีใช้มากเช่นกัน เมื่อย่านสถานีรถไฟมีขนาดใหญ่โตขึ้น การใช้สายลวดเป็นการไม่สะดวกเพราะเกะกะการเดินไปมาในย่าน จึงได้มีการใช้มอเตอร์ไฟฟ้าหรือลมอัดบังคับประแจขึ้น

โดยปกติ ประแจสามารถใช้งานได้ดีที่ความเร็วต่ำ ๆ เพราะยิ่งความเร็วสูง โอกาสที่จะถูกแรงเข้าสู่ศูนย์กลางเหวี่ยงให้ตกรางก็มีมากขึ้น แต่ในปัจจุบันได้มีการพัฒนาให้ประแจสามารถผ่านด้วยความเร็วสูง ๆ ได้ นอกจากนี้ ในประเทศเขตหนาวยังได้มีการติดตั้งระบบทำความร้อนที่รางลิ้นประแจ ช่วยให้น้ำแข็งไม่เกาะประแจจนขยับรางลิ้นไม่ได้

ส่วนประกอบของประแจ

รางลิ้น

รางลิ้นประแจ

รางลิ้น (point blade) เป็นส่วนประกอบสำคัญที่ทำให้รถไฟสามารถเปลี่ยนทิศทางเดินได้ ประกอบด้วยราวเหล็กโค้งและราวเหล็กตรงอย่างละอัน ปลายด้านที่สวนกับขบวนรถจะลีบเล็กเพื่อให้ชิดซ้ายหรือขวาได้สะดวก จากรูป (ซ้ายมือ) เป็นประแจสวนเบี่ยงไปทางซ้าย ท่าตรง จะสังเกตเห็นว่ารางลิ้นชิดซ้าย ทำให้ครีบล้อยังคงรักษาทิศทางตรงได้อยู่ ในทางกลับกันหากกลับประแจให้รางลิ้นชิดขวา บังใบล้อจะถูกบังคับให้เดินตามทางเลี้ยวแทน

ตะเฆ่

จากรูป ด้านซ้ายรูปเป็นตะเฆ่ ส่วนด้านขวาเป็นราวกันตกราง

ตะเฆ่ (frog) หมายถึงจุดต่อหักมุมของราวเหล็ก ระหว่างทางตรงและทางเลี้ยว เป็นส่วนที่ต้องทำให้แข็งแรงอย่างมากเพราะต้องรับแรงสะเทือนจากขบวนรถ จนบางครั้งก็ต้องนำไปทำให้แข็งโดยผ่านประบวนการแรงระเบิด (shock hardening) คำว่า frog มีที่มาจากลักษณะของตะเฆ่กับกีบม้า

รางกัน

รางกัน หรือราวกัน (check rail) เป็นราวเหล็กที่ติดตั้งชิดด้านในรางรถไฟในระยะกว้างพอให้ครีบล้อผ่านได้ นิยมติดตั้งไว้ด้านตรงข้ามกับตะเฆ่เพื่อให้แน่ใจว่าครีบล้ออยู่ในทิศทางที่ถูกต้อง หรือแม้แต่นำไปติดตั้งในโค้งรัศมีแคบ หรือบนสะพานด้วย

นอกจากนี้ ยังมีเครื่องกลับประแจหรือคันกลับประแจเพิ่มเติมด้วย ซึ่งจะทำหน้าที่ขยับรางลิ้นให้อยู่ในทิศทางที่ถูกต้อง รวมไปถึงกลไกบังคับสัญญาณประจำที่สัมพันธ์ประแจนั้นด้วย

แหล่งข้อมูลอื่น

• J. B. Calvert on Turnouts and the Wharton switch in particular
• MacPherson switch
• ThyssenKrupp handbook เก็บถาวร 2011-07-19 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• Pointworks industry and Research departments เก็บถาวร 2013-10-06 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• A video explaining how frogs work without resting on the flange
• templot Turnout design เก็บถาวร 2008-12-24 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน