The wheel-rail contact friction influence on high speed vehicle model stability

• Autorzy: Dusza M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ współczynnika tarcia koła-szyny na stateczność ruchu modelu pojazdu szynowego dużych prędkości

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Right estimating of the coefficient of friction between the wheel and rail is essential in modelling rail vehicle dynamics. Constant value of coefficient of friction is the typical assumption in theoretical studies. But it is obvious that in real circumstances a few factors may have significant influence on the rails surface condition and this way on the coefficient of friction value. For example the weather condition, the railway location etc. Influence of the coefficient of friction changes on high speed rail vehicle model dynamics is presented in this paper. Four axle rail vehicle model were built. The FASTSIM code is employed for calculation of the tangential contact forces between wheel and rail. One coefficient of friction value is adopted in the particular simulation process. To check the vehicle model properties under the influence of wheel-rail coefficient of friction changes, twenty four series of simulations were performed. For three curved tracks of radii R = 3000m, 6000m and ∞ (straight track), the coefficient of friction was changed from 0.1 to 0.8. The results are presented in form of bifurcation diagrams.

PL

Poprawne oszacowanie współczynnika tarcia w kontakcie kół z szynami jest kluczowym problemem w modelowaniu dynamiki pojazdu szynowego. W badaniach teoretycznych najczęściej przyjmuje się stałą wartość współczynnika tarcia. Jest rzeczą oczywistą, że w warunkach rzeczywistych kilka czynników może mieć znaczący wpływ na stan powierzchni tocznej szyn, a tym samym na wartość współczynnika tarcia, na przykład warunki pogodowe, położenie trasy kolejowej itp. W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu zmian współczynnika tarcia na dynamikę modelu pojazdu szynowego. Utworzono model pojazdu czteroosiowego przeznaczonego do ruchu z dużymi prędkościami. Siły w kontakcie koła-szyny są obliczane przy użyciu procedury FASTSIM. Procedura ta przyjmuje jedną stałą wartość współczynnika tarcia w pojedynczej symulacji ruchu. Aby określić wpływ zmian wartości współczynnika tarcia na własności modelu, wykonano dwadzieścia cztery serie symulacji. Na trasach o trzech wartościach promienia łuku R = 3000 m, 6000 m i ∞ (tor prosty) współczynnik tarcia zmieniano od 0,1 do 0,8. Wyniki przedstawiono w postaci wykresów bifurkacyjnych.

Słowa kluczowe

EN

friction coefficient; stability of motion; numerical simulation; rail vehicle

PL

współczynnik tarcia; stabilność ruchu; symulacja numeryczna; pojazd szynowy

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej
• Czasopismo: Transport Problems
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 10, z. 3
• Strony: 73--86
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Dusza M.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Transport, Koszykowa 75, 00-662 Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. Dusza, M. & Zboiński, K. Bifurcation approach to the stability analysis of rail vehicle models in a curved track. The Archives of Transport. 2009. Volume XXI. No. 1-2. P. 147-160.
• 2. Dusza, M. The study of track gauge influence on lateral stability of 4-axle rail vehicle model. The Archives of Transport. 2014. Volume XXX. No. 2. P. 7-20.
• 3. HyunWook Lee & Corina Sandu Carvel Holton Dynamic model for the wheel-rail contact friction. Vehicle System Dynamics. 2012. Vol. 50. No. 2. P. 299-321.
• 4. Iwnicki, S. (editor). Handbook of Railway Vehicle Dynamics. London, New York: Taylor & Francis Group. LLC. 2006.
• 5. Kalker, J.J. A fast algorithm for the simplified theory of rolling contact. Vehicle System Dynamics. 1982. Vol. 11. P. 1-13.
• 6. Olofsson, U. & Zhu, Y. & Abbasi, S. & Lewis, R. & Lewis, S. Tribology of the wheel-rail contact – aspects of wear, particle emission and adhesion. Vehicle System Dynamics. 2013. Vol. 51. No. 7. P. 1091-1120.
• 7. Piotrowski, J. Kalker’s algorithm Fastsim solves tangential contact problems with slip-dependent friction and friction anisotropy. Vehicle System Dynamics. 2010. Vol. 48. No 7. P. 869-889.
• 8. Polach, O. Characteristic parameters of nonlinear wheel/rail contact geometry. Vehicle System Dynamics. 2010. Vol. 48. Supplement. P. 19-36.
• 9. Schupp, G. Computational Bifurcation Analysis of Mechanical Systems with Applications to Rail Vehicles. Vehicle System Dynamics. 2004. Vol. 41. Supplement. P. 458-467.
• 10. Shabana, A.A. & Zaazaa, K.E. & Sugiyama, H. Railroad Vehicle Dynamics a Computational Approach. London, New York: Taylor & Francis Group. LLC. 2008.
• 11. Vollebregt, E.A.H. & Iwnicki, S.D. & Xie G. & Shackleton, P. Assessing the accuracy of different simplified frictional rolling contact algorithms. Vehicle System Dynamics. 2012. Vol. 50. No. 1. P. 1-17.
• 12. Wilson, N. & Wu, H. & Tournay, H. & Urban, C. Effects of wheel/rail contact patterns and vehicle parameters on lateral stability. Vehicle System Dynamics. 2010. Vol. 48. Supplement. P. 487-503. In: 21st International Symposium IAVSD. Stockholm, Sweden. 2009.
• 13. Zboiński, K. & Dusza, M. Development of the method and analysis for non-linear lateral stability of railway vehicles in a curved track. Vehicle System Dynamics. 2006. Vol. 44. Supplement. P. 147-157. In: Proceedings of 19th IAVSD Symposium. Milan. 2005.
• 14. Zboiński, K. & Dusza, M. Self-exciting vibrations and Hopf’s bifurcation in non-linear stability analysis of rail vehicles in curved track. European Journal of Mechanics. Part A/Solids. 2010. Vol. 29. No. 2. P. 190-203.
• 15. Zboiński, K. & Dusza, M. Extended study of rail vehicle lateral stability in a curved track. Vehicle System Dynamics. 2011. Vol. 49. No. 5. P. 789-810.