Wear of Railway Tyre Steels Modelling Using Artificial Neural Networks

• Autorzy: Witaszek Mirosław , Witaszek Kazimierz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0014.8340

Warianty tytułu

PL

Modelowanie zużycia stali na obręcze kół kolejowych za pomocą sztucznych sieci neuronowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper the results of sliding wear tests were used to model the dependence of steel volume loss on railway wheel tyres on selected material parameters and sliding conditions. The material properties included in this modelling were the hardness and chemical composition of the tyre material (specimens) and the hardness of the mating material (counter-specimens). The conditions for sliding were the initial maximum Hertzian pressure and the sliding distance. The tests were carried out in the ring-block system. Artificial neural networks were used for modelling. It was found that the constructed model made it possible to quantify the volume loss from the above–mentioned factors. A clear influence of the pressure, friction distance, and hardness of both cooperating materials on the studied wear was found. The influence of the chemical composition is less noticeable due to the rather narrow range of its allowable changes. The microscopic tests allowed us to identify the main wear mechanisms in the sliding friction of the tested tyre and rail steels.

PL

W pracy przedstawiono wykorzystanie wyników badań zużycia przy tarciu ślizgowym do modelowania zależności zużycia objętościowego stali na obręcze kół kolejowych od wybranych parametrów materiału i warunków współpracy. Własnościami materiału uwzględnionymi w tym modelowaniu były twardość oraz skład chemiczny materiału obręczy (próbki) oraz twardość materiału współpracującego (przeciwpróbki). Warunkami współpracy były początkowy, maksymalny nacisk Hertza i droga tarcia. Badania przeprowadzono w układzie klocek–krążek. Do modelowania wykorzystano sztuczne sieci neuronowe. Stwierdzono, że zbudowany model pozwolił na określenie zależności ilościowych ubytku objętościowego od wyżej wymienionych czynników. Wskazano występowanie wyraźnego wpływ nacisku, drogi tarcia, twardości obu współpracujących materiałów na badane zużycie. Wpływ składu chemicznego jest mniej zauważalny z powodu dość wąskiego zakresu dopuszczalnych jego zmian. Badania mikroskopowe pozwoliły na zidentyfikowanie głównych mechanizmów zużywania przy tarciu ślizgowym badanych stali obręczowych i szynowej.

Słowa kluczowe

EN

wear; tyre steels; artificial neural networks; modelling

PL

zużycie; stale na obręcze kół kolejowych; sztuczne sieci neuronowe; modelowanie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2020
• Tom: nr 6
• Strony: 77--85
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Witaszek Mirosław

• Silesian University of Technology, Department of Road Transport, Faculty of Transport, Krasińskiego Street 8, 40-019 Katowice, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7901-2319

autor

Witaszek Kazimierz

• Silesian University of Technology, Department of Road Transport, Faculty of Transport, Krasińskiego Street 8, 40-019 Katowice, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-3105-0532

Bibliografia

• 1. Lewis R., Christoforou P., Wang W.J., Beagles A., Burstow M., Lewis S.R.: Investigation of the influence of rail hardness on the wear of rail and wheel materials under dry conditions (ICRI wear mapping project). Wear 430–431, 2019, pp. 383–392.
• 2. Prates Ferreira de Almeida L., Entringer Falqueto L., Goldenstein H., Bozzi A. C., Scandian Ch.: Study of sliding wear of the wheel flange – Rail gauge corner contact conditions: Comparative between cast and forged steel wheel materials. Wear 432–433, 2019, pp. 102894.
• 3. Shebani A., Iwnicki S.: Prediction of wheel and rail wear under different contact conditions using artificial neural networks. Wear 406–407, 2018, pp. 173–184.
• 4. Jin Y., Ishida M., Namura A.: Experimental simulation and prediction of wear of wheel flange and rail gauge corner. Wear 271, 2011, pp. 259–267.
• 5. Hasan S.M., Chakrabarti D., Singh S.B.: Dry rolling/sliding wear behaviour of pearlitic rail and newly developed carbide-free bainitic rail steels. Wear 408–409, 2018, pp. 151–159.
• 6. Chen Y., Ren R., Pan J., Pan R., Zhao X.: Microstructure evolution of rail steels under different dry sliding conditions: A comparison between pearlitic and bainitic microstructures. Wear 438–439, 2019, pp. 203011.
• 7. Chen Y., Ren R., Zhao X., Chen Ch., Rui Pan R.: Study on the surface microstructure evolution and wear property of bainitic rail steel under dry sliding wear. Wear 448–449, 2020, pp. 203217.
• 8. Viana T.G., Tressia G., Sinatora A.: Sliding Wear of Rail and Wheel Steels: Effect of Hardness Ratio, Normal Load and Lubrication. Tribology in Industry 42 No. 3, 2020, pp. 428–442.
• 9. Lewis R., Olofsson U.: Mapping rail wear regimes and transitions. Wear 257 (2004), pp. 721–729.
• 10. Hu Y., Zhou L., Ding H.H., Lewis R., Liu QY., Guo J., Wang WJ.: Microstructure evolution of railway pearlitic wheel steels under rolling-sliding contact loading. Tribology International 154, 2021, pp. 106685.
• 11. Robles Hernández F.C., Demas N.G., Davis D.D., Polycarpou A.A., Maal L.: Mechanical properties and wear performance of premium rail steels. Wear 263, 2007, pp. 766–772.
• 12. Hernández F.C.R., Demas N.G., Gonzales K., Polycarpou A.A.: Correlation between laboratory ball-on-disk and full-scale rail performance tests. Wear 270, 2011, pp. 479–491.
• 13. Fukagai S., Brunskill H.P., Hunter A.K., Dwyer-Joyce R.S., Lewis R.: Transitions in rolling-sliding wheel/rail contact condition during running-in. Tribology International 149, 2020, pp. 105679.
• 14. Lee K.M., Polycarpou A.A.: Microscale experimental and modeling wear studies of rail steels. Wear 271, 2011, pp. 1174– 1180.
• 15. Ramalho A. Wear modelling in rail–wheel contact. Wear 330-331, 2015, pp. 524–532.
• 16. Ding H.H., Fu Z.K., Wang W.J., Guo J., Liu Q.Y., Zhu M.H.: Investigation on the effect of rotational speed on rolling wear and damage behaviors of wheel/rail materials. Wear 330–331, 2015, pp. 563–570.
• 17. Fasihi P., Kendall O., Abrahams R., Mutton P., Lai Q., Qiu C., Yan W.: Effect of graphite and MoS2 based solid lubricants for application at wheel-rail interface on the wear mechanism and surface morphology of hypereutectoid rails. Tribology International 157, 2021, pp. 106886.
• 18. Adamiec P., Dziubiński J., Bąkowski H.: Ocena ilościowa procesu zużycia stali szynowej obrobionej cieplnie,. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej – Transport 56, 2004, pp. 7–15.
• 19. Bąkowski H., Adamiec P., Okrajni J., Posmyk A.: Ocena zużycia w styku toczno-ślizgowym. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej – Transport 57, 2005, pp 17–24.
• 20. Bąkowski H.: Wpływ wybranych czynników eksploatacyjnych na zużycie elementów skojarzenia toczno- -ślizgowego w obecności płynu. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Transport 64, 2008, pp. 71–76.
• 21. Witaszek M., Bąkowski H.: The influence of dry, rolling-sliding friction conditions on the wear of a rail steel mated with hardened tyre steel. Tribologia 213, 2007, pp. 389–400.
• 22. Bąkowski H., Posmyk A.: Wpływ wybranych parametrów eksploatacji na właściwości tribologiczne skojarzenia toczno-ślizgowego. Tribologia 218, 2008, pp. 35–41.
• 23. Sundh J., Olofsson U.: Relating contact temperature and wear transitions in a wheel–rail contact. Wear 271, 2011, pp. 78–85.
• 24. Viáfara C.C, Castro M.I., Vélez J.M., Toro A.: Unlubricated sliding wear of pearlitic and bainitic steels. Wear 259, 2005, pp. 405–411.
• 25. Bąkowski H., Służałek G.: Wpływ obciążenia i prędkości obrotowej na zużycie stali bainitycznej w skojarzeniu ślizgowym na stanowisku Amslera. Tribologia 225, 2009, pp. 11–18.
• 26. Ki Myung Lee, Polycorpou A.A.: Wear of conventional pearlitic and improved bainitic steels. Wear 259, 2005, pp. 391–399.
• 27. Boyacioglu P., Bevan A.: Prediction of rail damage using a combination of Shakedown Map and wheel-rail contact energy. Wear 460-461, 2020, pp. 203457.
• 28. Clayton P.: The relations between wear behavior and basic material properties for pearlitic steels. Wear 60, 1980, pp. 75–93.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).