Analiza przyczyn uszkodzeń zestawów kołowych z wykorzystaniem metody elementów skończonych

• Autorzy: Kowalczyk D. , Bińkowski R.

Warianty tytułu

EN

Analysis of the Causes of Wheel Set Damage Using Finite Element Method

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article discusses and demonstrates modern construction solutions applied in wheel sets. The authors also present examples of wheel sets damage and their probable causes. The Finite Element Method (FEM) was used to develop the expertise. FEM calculations have shown that, for a given type of axle, a wheel set produced in an appropriate technology, the operating and exceptional stresses are maximum to 200 MPa and are significantly below the yield point. Damage to the wheel set axle resulted from improper manufacturing technology. The second case of axle (wheel set) damage, crack in the wheel abutment was also subject to FEM calculations. FEM analyses have shown that there is a high amplitude of compresive and tentile stresses in the abutment area. Moreover, the stresses connected with wheel-to-axle loading and axle surface (no damage, no defect) also affect the process.

PL

W artykule opisano nowoczesne rozwiązania konstrukcyjne zestawów kołowych stosowanych w pojazdach szynowych. Przedstawiono również przykłady zniszczeń i uszkodzeń zestawów kołowych oraz prawdopodobne przyczyny ich uszkodzeń. Wsparciem w wykonanych ekspertyzach było oprogramowanie MES/FEM (metoda elementów skończonych, ang. finite element method). Za pomocą obliczeń MES wykazano, że dla danego typu osi zestawu kołowego wykonanego w prawidłowej technologii produkcji, wyjątkowo występujące naprężenia eksploatacyjne wynoszą maksymalnie około 200 MPa i są znacząco mniejsze od granicy plastyczności. Uszkodzenie osi zestawu kołowego wynikało z nieprawidłowo wykonanych procesów technologicznych w trakcie produkcji. Drugi przypadek uszkodzenia osi (zestawu kołowego) – pęknięcie w obszarze podpiaścia koła – również poddano obliczeniom MES / FEM. Analizy MES wykazały, że w obszarze podpiaścia podczas eksploatacji występuje duża amplituda naprężeń ściskających i rozciągających. Dodatkowo, wpływ na opisane zjawiska ma stan naprężeń związany z procesem wciskania kół na oś oraz stan powierzchni osi.

Słowa kluczowe

EN

cracks to wheel sets; damage to wheel sets; safety in transport; FEM

PL

pęknięcia zestawów kołowych; uszkodzenia zestawów kołowych; bezpieczeństwo w transporcie; MES

• Wydawca: Instytut Kolejnictwa
• Czasopismo: Problemy Kolejnictwa
• Rocznik: 2017
• Tom: Z. 175
• Strony: 47--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Kowalczyk D.

• Instytut Kolejnictwa, Laboratorium Badań Materiałów i Elementów Konstrukcji

autor

Bińkowski R.

• Instytut Kolejnictwa, Laboratorium Badań Materiałów i Elementów Konstrukcji

Bibliografia

• 1. Altair Engineering, Inc., RADIOSS THEORY MANUAL 11.0 version – Jan 2011 „Large Displacement Finite Element Analysis”.
• 2. Decyzja Komisji 2011/291/UE, w sprawie technicznej specyfikacji interoperacyjności odnoszącej się do podsystemu Tabor – lokomotywy i tabor pasażerski w transeuropejskim systemie kolei konwencjonalnych.
• 3. EN 13260:2011: Kolejnictwo – Zestawy kołowe i wózki - Zestawy kołowe - Wymagania dotyczące wyrobu.
• 4. Kowalczyk D., Bińkowski R., Mikłaszewicz I., Antolik Ł.: Ekspertyzy powypadkowe zestawów kołowych 2010–2014, Prace Instytutu Kolejnictwa LKB.
• 5. Mikłaszewicz I.: Charakterystyczne uszkodzenia zestawu kołowego powodujące zdarzenia wypadkowe, Problemy Kolejnictwa, Zeszyt nr 146, s. 81-94, 2008.
• 6. PN EN 13261:2007: Kolejnictwo – Zestaw Kołowy – Osie – Wymagania.
• 7. PN-EN ISO 6892-1:2010: Metoda B – Metale - Próba rozciągania - Część 1: Metoda badania w temperaturze pokojowej.
• 8. UIC 811-1: Technical specification for the supply of axles for tractive and trailing stock, 1987.