To the Question of Modeling of Wheels and Rails Wear Processes
Loading...
Files
Date
2013
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ
Abstract
EN: Purpose. There is a need of wear process modeling in the wheel-rail system. This is related to the fact that the
wear processes in this system are absolutely different in the initial and final stages. The profile change of rail and,
especially, of the wheels caused by the wear significantly affects the rolling stock dynamics, traffic safety and the
resource of the wheels and rails. Wear modeling and the traffic safety evaluation requires the accounting of the low
frequency component forces (including the modeling of transitional areas) affecting the wheel on the side of the rail
and carriage in motion of rolling stock, so the statistical analysis is not possible. Methodology. The method of
mathematical modeling of the wheel set and the rail interaction was used during the research conducting. Findings.
As a result of the modeling of the wheel set motion on the rail track, the mathematic model with 19 freedom degrees
was obtained. This model takes into account the axle torque and studies wheels constructions as the components of
the mechanical systems, consisting of a hub and tire. Originality. The mathematic model allows evaluating the wear
degree of the wheels and rails when using on the rolling stock not only all-metal wheel sets, but also compound ones
with the use of spring wheels and independent rotation of semi-axes with the wheels. Practical value. The development
of the improved mathematical model of freight car wheel set motion with differential rotation of the wheels
and compound axles allows studying the wear processes of wheels and rails.
UK: Мета. Існує необхідність моделювання процесу зношування в системі колесо-рейка. Це пов'язано з тим, що процеси зношування в цій системі на початковій та кінцевій стадіях протікають істотно по-різному. Причому зміна профілів рейок і, особливо, коліс, викликана зношуванням, суттєво позначається на динаміці рухомого складу, безпеки руху, ресурсі коліс і рейок. Моделювання зношування і оцінка безпеки руху екіпажу вимагає врахування низькочастотних складових сил (у тому числі при моделюванні перехідних ділянок), що діють на колесо з боку рейки і екіпажу при русі рухомого складу, тому статистичний аналіз неможливий. Методика. При виконанні досліджень застосовується метод математичного моделювання взаємодії залізничної колісної пари і рейкового шляху. Результати. У результаті виконаного моделювання руху дорожньої колісної пари по рейковому шляху отримано математичну модель з 19-тьма ступенями свободи, що дозволяє враховувати кручення осі, а також розглядати конструкції коліс як складових механічних систем, що складаються з ступиці і бандажа. Наукова новизна. Представлена математична модель дозволяє оцінювати ступінь зношування коліс і рейок при використанні на рухомому складі не тільки суцільнометалевих колісних пар, а й складових, з використанням підпружинених коліс і незалежним обертанням піввісей з колесами. Практична значимість. Створення вдосконаленої математичної моделі руху колісної пари вантажного вагона з диференційованим обертанням коліс і складовими осями дозволяє досліджувати процеси зносу коліс і рейок.
RU: Цель. Существует необходимость моделирования процесса износа в системе колесо-рельс. Это связано с тем, что процессы изнашивания в этой системе на начальной и конечной стадиях протекают существенно по-разному. Причём изменение профилей рельсов и, особенно, колёс, вызванное изнашиванием, существенно сказывается на динамике подвижного состава, безопасности движения, ресурсе колёс и рельсов. Моделирование износа и оценка безопасности движения экипажа требует учёта низкочастотных составляющих сил (в том числе при моделировании переходных участков), действующих на колесо со стороны рельса и экипажа при движении подвижного состава, поэтому статистический анализ невозможен. Методика. При выпол-нении исследований применяется метод математического моделирования взаимодействия железнодорожной колесной пары и рельсового пути. Результаты. В результате выполненного моделирования движения дорожной колесной пары по рельсовому пути получена математическая модель с 19-тью степенями свободы, позволяющая учитывать кручение оси, а также рассматривать конструкции колес, как составных механических систем, состоящих из ступицы и бандажа. Научная новизна. Представленная математи-ческая модель позволяет оценивать степень износа колес и рельсов при использовании на подвижном составе не только цельнометаллических колесных пар, а и составных, с использованием подпружиненных колес и независимым вращением полуосей с колесами. Практическая значимость. Создание усовершенствованной математической модели движения колесной пары грузового вагона с дифферен-цированным вращением колес и составными осями позволяет исследовать процессы износа колес и рельсов.
UK: Мета. Існує необхідність моделювання процесу зношування в системі колесо-рейка. Це пов'язано з тим, що процеси зношування в цій системі на початковій та кінцевій стадіях протікають істотно по-різному. Причому зміна профілів рейок і, особливо, коліс, викликана зношуванням, суттєво позначається на динаміці рухомого складу, безпеки руху, ресурсі коліс і рейок. Моделювання зношування і оцінка безпеки руху екіпажу вимагає врахування низькочастотних складових сил (у тому числі при моделюванні перехідних ділянок), що діють на колесо з боку рейки і екіпажу при русі рухомого складу, тому статистичний аналіз неможливий. Методика. При виконанні досліджень застосовується метод математичного моделювання взаємодії залізничної колісної пари і рейкового шляху. Результати. У результаті виконаного моделювання руху дорожньої колісної пари по рейковому шляху отримано математичну модель з 19-тьма ступенями свободи, що дозволяє враховувати кручення осі, а також розглядати конструкції коліс як складових механічних систем, що складаються з ступиці і бандажа. Наукова новизна. Представлена математична модель дозволяє оцінювати ступінь зношування коліс і рейок при використанні на рухомому складі не тільки суцільнометалевих колісних пар, а й складових, з використанням підпружинених коліс і незалежним обертанням піввісей з колесами. Практична значимість. Створення вдосконаленої математичної моделі руху колісної пари вантажного вагона з диференційованим обертанням коліс і складовими осями дозволяє досліджувати процеси зносу коліс і рейок.
RU: Цель. Существует необходимость моделирования процесса износа в системе колесо-рельс. Это связано с тем, что процессы изнашивания в этой системе на начальной и конечной стадиях протекают существенно по-разному. Причём изменение профилей рельсов и, особенно, колёс, вызванное изнашиванием, существенно сказывается на динамике подвижного состава, безопасности движения, ресурсе колёс и рельсов. Моделирование износа и оценка безопасности движения экипажа требует учёта низкочастотных составляющих сил (в том числе при моделировании переходных участков), действующих на колесо со стороны рельса и экипажа при движении подвижного состава, поэтому статистический анализ невозможен. Методика. При выпол-нении исследований применяется метод математического моделирования взаимодействия железнодорожной колесной пары и рельсового пути. Результаты. В результате выполненного моделирования движения дорожной колесной пары по рельсовому пути получена математическая модель с 19-тью степенями свободы, позволяющая учитывать кручение оси, а также рассматривать конструкции колес, как составных механических систем, состоящих из ступицы и бандажа. Научная новизна. Представленная математи-ческая модель позволяет оценивать степень износа колес и рельсов при использовании на подвижном составе не только цельнометаллических колесных пар, а и составных, с использованием подпружиненных колес и независимым вращением полуосей с колесами. Практическая значимость. Создание усовершенствованной математической модели движения колесной пары грузового вагона с дифферен-цированным вращением колес и составными осями позволяет исследовать процессы износа колес и рельсов.
Description
L. Manashkin: ORCID 0000-0002-1872-0116; S. Myamlin: ORCID 0000-0002-7383-9304
Keywords
wear, modeling, traffic safety, wheel set oscillations, rolling stock dynamics, знос, моделювання, безпеку руху, коливання колісної пари, динаміка рухомого складу, износ, моделирование, безопасность движения, колебания колесной пары, динамика подвижного состава, КВВГ
Citation
Manashkin, L. A. To the Question of Modeling of Wheels and Rails Wear Processes / L. A. Manashkin, S. V. Myamlin // Наука та прогрес транспорту. – 2013. – № 3(45). – С.119–124. – doi: 10.15802/stp2013/14791.