Research on metal fatigue of rail vehicle wheel considering the wear intensity of rolling surface

• Autorzy: Vaičiūnas G. , Bureika G. , Steišūnas S.

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2018.1.4

Warianty tytułu

PL

Badanie zmęczenia metalu koła pojazdu szynowego z uwzględnieniem intensywności zużycia powierzchni tocznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article overviews scientific research studies that examine the interaction between railway vehicle wheel and rail, and the phenomena of wear on wheel rolling surface. Unique experimental research has been conducted, in which regularity of weariness on rolling surface of exploitable locomotive wheel and phenomena of metal fatigue on wheel were researched. A hypothesis is made, that according to the differences in weariness intensity of wheel rolling surface it is possible to determine the start of metal fatigue. The inequality of wear intensity of different locomotive wheels is assessed by the Sharpe ratio, adapting it to describe the wheel wear intensity criteria. Based on the results of research, the authors propose a simplified and reliable methodology for determining metal fatigue on locomotive wheels at initial stages. The uneven wear on rolling surface of different wheels of wheelset inevitably changes the values of Sharpe ratio, which can accurately describe the conditions in which the critical metal fatigue on wheels begins to emerge.

PL

W artykule omówiono badania naukowe dotyczące wzajemnych oddziaływań między kołem pojazdu szynowego a szyną oraz zjawiska zużycia powierzchni tocznej kół. Przeprowadzono nowatorskie badania eksperymentalne, w których zbadano prawidłowości dotyczące zużywania się powierzchni tocznej eksploatowanego koła lokomotywy oraz zjawisko zmęczenia metalu koła. Założono hipotezę, że na podstawie różnic w intensywności zużycia powierzchni tocznej kół można określić początek procesu zmęczenia metalu. Różnice w intensywności zużycia różnych kół lokomotywy oceniano na podstawie współczynnika Sharpe'a, dostosowując go do opisu kryteriów intensywności zużycia kół. Na podstawie wyników badań autorzy zaproponowali uproszczoną, rzetelną metodologię określania zmęczenia metalu kół lokomotywy na początkowym etapie tego procesu. Nierównomierne zużycie powierzchni tocznej różnych kół zestawu kołowego zmienia wartości współczynnika Sharpe'a, które można wykorzystać do precyzyjnego opisu warunków, w jakich dochodzi do krytycznego zmęczenia metalu kół.

Słowa kluczowe

EN

rail vehicle; wheel-set; wheel rolling surface; wear intensity; metal fatigue; Sharpe ratio

PL

pojazd szynowy; zestaw kołowy; powierzchnia toczna koła; intensywność zużycia; zmęczenie metali; współczynnik Sharpe'a

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 20, no. 1
• Strony: 24--29
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Vaičiūnas G.

• Department of Mobile Machinery and Railway Transport Vilnius Gediminas Technical University Plytinės g. 27, LT-10105, Vilnius, Lithuania

autor

Bureika G.

• Competence Centre of Transport and Logistics Vilnius Gediminas Technical University Saulėtekio al. 11, LT-10223 Vilnius, Lithuania

autor

Steišūnas S.

• Department of Mobile Machinery and Railway Transport Vilnius Gediminas Technical University Plytinės g. 27, LT-10105, Vilnius, Lithuania

Bibliografia

• 1. Bogdevičius M, Žygienė R, Bureika G, Dailydka S. An analytical mathematical method for calculation of the dynamic wheel–rail impact force caused by wheel flat. Vehicle system dynamics 2016; 54 (5): 689-705, https://doi.org/10.1080/00423114.2016.1153114.
• 2. Bureika G. A mathematical model of train continuous motion uphill. Transport 2008; 23 (2): 135-137, https://doi.org/10.3846/1648-4142.2008.23.135-137.
• 3. Bureika G, Levinzon M.; Dailydka S, Steišūnas S, Žygienė R. Evaluation criteria of wheel/rail interaction measurement results by track-side control equipment. Int. J. Heavy Vehicle Systems 2017.
• 4. Ferrara R, Leonardi G, Jourdan F. 2013. A contact-area model for railpads connections in 2-D simulations: sensitivity analysis of traininduced vibrations. Vehicle System Dynamics, 51 (9): 1342-1362, https://doi.org/10.1080/00423114.2013.801996.
• 5. Israelsen C. A refinement to the Sharpe ratio and information ratio. Journal of Asset Management 2005; 5 (6): 423-427, https://doi.org/10.1057/palgrave.jam.2240158.
• 6. Jastremskas V, Vaičiūnas, G, Černašėjus O, Rudzinskas V. Investigation into the mechanical properties and metal creaks of a diesel locomotive wheel. Transport 2010; 3: 287-292, https://doi.org/10.3846/transport.2010.35.
• 7. Liudvinavičius L, Bureika G. Theoretical and practical perspectives of diesel locomotive with DC traction motors wheel-sets' slipping and sliding control. Transport 2011; 26, (4): 335-343, https://doi.org/10.3846/16484142.2011.633339.
• 8. Nielsen J C O. High–frequency vertical wheel–rail contact forces—Validation of a prediction model by field testing. Wear 2008; 265:1465–1471, https://doi.org/10.1016/j.wear.2008.02.038.
• 9. Pålsson B A. Optimisation of railway crossing geometry considering a representative set of wheel profiles. Vehicle System Dynamics 2015; 53 (2): 274-301, https://doi.org/10.1080/00423114.2014.998242.
• 10. Polách O. Optimierung moderner Lok-Drehgestelle durch fahrzeugdynamische Systemanalyse, EI-Eisenbahningenieur 2002; 53 (7): 50–57.
• 11. Ren Z, Iwnicki S D, Xie G. A new method for determining wheel–rail multi-point contact. Vehicle System Dynamics 2011; 49 (10): 1533-1551, https://doi.org/10.1080/00423114.2010.539237.
• 12. Sebès M, Chevalier L, Ayasse J-B, Chollet H. A fast-simplified wheel –rail contact model consistent with perfect plastic materials. Vehicle System Dynamics 2012; 50 (9): 1453-1471, https://doi.org/10.1080/00423114.2012.669483.
• 13. Sharpe F W. Mutual funds' performance. Journal of Business 1966; 39 (1): 119−138, https://doi.org/10.1086/294846.
• 14. Shabana A A, El–Ghandour A I, Zaazaa K E. Study of the effect of the spiral geometry on wheel/rail contact forces. Journal of Multi–body Dynamics 2011; 225 (2): 111–125, https://doi.org/10.1177/1464419311406626.
• 15. Shabana A A, Rathod C. Geometric coupling in the wheel/rail contact formulations: a comparative study. Journal of Multi–body Dynamics 2007; 221 (2): 147–160, https://doi.org/10.1243/14644193JMBD103.
• 16. Shackleton P, Iwnicki, S. Comparison of wheel–rail contact codes for railway vehicle simulation: an introduction to the Manchester Contact Benchmark and initial results Vehicle System Dynamics 2008; 46 (1-2): 129-149, https://doi.org/10.1080/00423110701790749.
• 17. Sichani M Sh, Enblom R, Berg M. A novel method to model wheel–rail normal contact in vehicle dynamics simulation. Vehicle System Dynamics 2014; 52 (12): 1752-1764, https://doi.org/10.1080/00423114.2014.961932.
• 18. Stankevičienė J, Mencaitė E. The evaluation of bank performance using a multicriteria decision making model: a case study on Lithuanian commercial banks. Technological and economic development of economy 2012; 18 (1): 189-205, https://doi.org/10.3846/20294913.2012.668373.
• 19. Steišūnas S. Research on dynamics processes of wagon wheelsets with flat impact on rail. Doctoral dissertation. Vilnius: Technika, 2017.
• 20. Vaičiūnas G, Bureika G. Approach modelling of constant inter-failure process of renewal multi-unit fleet. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability 2014; 16 (3): 415-421.
• 21. Vaičiūnas G, Lingaitis L P, Mikaliūnas Š. Determining major factors causing the wear of wheelset tyres. Solid State Phenomena: Mechatronic Systems and Materials: a collection of papers from the 1st international conference MSM 2005. Uetikon-Zurich: Trans Tech Publications, 2006, https://doi.org/10.4028/3-908451-21-3.425.
• 22. Xie G, Iwnicki S. Simulation of wear on a rough rail using a time-domain wheel–track interaction model. Wear 2008; 265 (11–12):1572- 1583, https://doi.org/10.1016/j.wear.2008.03.016.
• 23. Žygienė R. Research on the dynamic processes of the interaction between the damaged wheels of railway vehicle and rails. Doctoral dissertation. Vilnius: Technika, 2015.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).