A railway wheel wear prediction tool based on a multibody software

• Autorzy: Pombo J. , Ambrósio J. , Pereira M. , Lewis R. , Dwyer-Joyce R. , Ariaudo C. , Kuka N.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie zużycia kół pojazdów szynowych za pomocą narzędziszynowych za pomocą narzędzi symulacyjnych opartych na oprogramowaniu dla układów wielobryłowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The wheel wear prediction is a key-topic in the field of railway research as it has big impact on economical and safety aspects of trainset design, operation and maintenance. The aim of this work was to implement a flexible and predictive railway wheel wear tool that, starting from a specific vehicle mission, provides the wheel profile evolution as a function of the distance run. The wear estimation tool consists of the use of a sequence of pre and post-processing packages, in which the methodologies now presented are implemented, interfaced with a commercial multibody software that is used to study the railway dynamics. The computational tool is applied here to several simulation scenarios. The purpose is to demonstrate its capabilities on wear prediction by evaluating the influence of trainset design and of track layout on the wheel wear growth. Special attention is also given to study how the wear evolution is affected by the friction conditions between the wheel and rail.

PL

Przewidywanie stopnia zużycia kół pojazdów szynowych jest zagadnieniem o kluczowym znaczeniu w badaniach taboru kolejowego pod względem ekonomicznym, bezpieczeństwa, eksploatacyjnym i serwisowym. Celem tej pracy jest opis zastosowania elastycznego narzędzia komputerowego pozwalającego na symulację procesu zużycia kół w zależności od rodzaju pojazdu szynowego lub całego składu, w efekcie którego otrzymuje się ewolucję profilu kół w funkcji przebytej drogi. Narzędzie to wykorzystuje sekwencję pakietów do pre- i post-procesorowego przetwarzania, w których zawarto najnowsze metodologie obliczeń zintegrowane z komercyjnym oprogramowaniem stosowanym w kolejnictwie do badań dynamiki pociągów. Narzędzie to zaprezentowano na przykładzie różnych scenariuszy odnoszących się do kilku konkretnych warunków jazdy. Głównym celem było zademonstrowanie efektywności symulacji zużycia kół poprzez ilościowe określenie wpływu rodzaju składu pociągu i parametrów trasy na przebieg tego zużycia. Szczególną uwagę zwrócono na wrażliwość metody w odwzorowywaniu profilu kół w zależności od warunków tarcia pomiędzy kołem a szyną.

Słowa kluczowe

EN

railway dynamics; vehicle-track interaction; wheel profiles updating; track geometry; flange lubrication

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 48 nr 3
• Strony: 751--770
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., rys. tab.

Twórcy

autor

Pombo J.

autor

Ambrósio J.

autor

Pereira M.

autor

Lewis R.

autor

Dwyer-Joyce R.

autor

Ariaudo C.

autor

Kuka N.

• IDMEC/Instituto Superior T'ecnico, Technical University of Lisbon, Lisbon, Portugal,

Bibliografia

• 1. AEA Technology plc (2004) ”VAMPIRE User Manual - V 4.32”, Derby, UK
• 2. Andersson E., Berg M., Stichel S., 1998, Rail Vehicle Dynamics, Fundamentals and Guidelines, Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm, Sweden
• 3. Beagley T.M., 1975, Severe wear of rolling/sliding contact,Wear, 36, 317-335
• 4. Bolton P.J., Clayton P., 1983, Rolling-sliding wear damage in rail and tyre steels, Wear, 93, 145-165
• 5. Braghin F., Lewis R., Dwyer-Joyce R., Bruni S., 2006, A mathematical model to predict railway wheel profile evolution due to wear, Wear, 261, 1253-1264
• 6. Dearden J., 1960, The wear of steel rails and tyres in railway services, Wear, 3, 43-59
• 7. DeltaRail Group Ltd, 2006, ”VAMPIRE Pro User Manual – V 5.02”, Derby, UK
• 8. Dukkipati R.V., Amyot J.R., 1988, Computer-Aided Simulation in Railway Dynamics, M. Dekker Inc., New York, New York
• 9. Enblom R., 2006, Simulation of railway wheel profile evolution due to wear, Proceedings of the SIMPACK User’ Meeting
• 10. Garg V.K., Dukkipati R.V., 1984, Dynamics of Railway Vehicle Systems, Academic Press, New York
• 11. Hunt B., Lipsman R., Rosenberg J., 2001, A Guide to MATLAB for Beginners and Experienced Users, Cambridge University Press, New York
• 12. Jendel T., 2002, Prediction of wheel profile wear – comparisons with field measurements, Wear, 253, 89-99
• 13. Johnson K.L., 1985, Contact Mechanics, Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom
• 14. Kalker J.J., 1979, Survey of wheel-rail rolling contact theory, Vehicle System Dynamics, 8, 4, 317-358
• 15. Kalker J.J., 1990, Three-Dimensional Elastic Bodies in Rolling Contact, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands
• 16. Lewis R., Dwyer-Joyce R., 2004, Wear mechanisms and transitions in railway wheel steels, Journal Engineering Tribology, 218, 467-478
• 17. Lewis R., et al., 2009, Mapping railway wheel material wear mechanisms and transitions, Institution of Mechanical Engineers, Part F, Journal of Rail and Rapid Transit (in press)
• 18. Lewis R., Olofsson U., 2004, Mapping rail wear regimes and transitions, Wear, 257, 721-729
• 19. Lyshevski S., 2003, Engineering and Scientific Computations Using MATLAB, John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey
• 20. Meinders T., Meinke P., 2002, Rotor dynamics and irregular wear of elastic wheelsets, In: System Dynamics and Long-Term Behaviour of Railway Vehicles: Track and Subgrade, Popp K. and Schiehlen W. (Eds.), Springer, Berlin, Germany, 133-152
• 21. Pearce T., Sherratt N., 1991, Prediction of wheel profile wear, Wear, 144, 343-351
• 22. Pombo J., Ambrósio J., 2008, Application of a wheel-rail contact model to railway dynamics in small radius curved tracks, Multibody Systems Dynamics, 19, 91-114
• 23. Pombo J., Ambrósio J., Silva M., 2007, A new wheel-rail contact model for railway dynamics, Vehicle System Dynamics, 45, 2, 165-189
• 24. Quost X., et al., 2008a, A numerical model of twin disc test arrangement for evaluating railway wheel wear prediction algorithms, Proceedings of the STLE/ASME International Joint Tribology Conference (IJTC 2008), Miami, Florida, October 20-22
• 25. Quost X., et al., 2008b, Predicting railway wheel wear starting from multibody analysis: a preliminary study, Proceedings of 2008 IEEE/ASME Joint Rail Conference (JRC 2008), Wilmington, DE, April 22-24
• 26. Ramalho A., 2008, A geometrical model to predict the wear evolution of coated surfaces, Wear, 264, 775-780
• 27. Ramalho A., Miranda J., 2006, The relationship between wear and dissipated energy in sliding systems, Wear, 260, 361-367
• 28. Tassini N., et al., 2008, Parametric study of a new railway wheel wear prediction tool based on commercial MBS software, Proceedings of EURNEX-ZEL08 Conference, Zilina, Slovakia, June 4-5
• 29. Tassini N., Quost X., Lewis R., Dwyer-Joyce R., Ariaudo C., Kuka N., 2010, A numerical model of twin disc test arrangement for the evaluation of railway wheel wear prediction methods, Wear, 268, 5/6, 660-667