BazTech - Yadda

1

Study of transitional phenomena in rail vehicle dynamics in relation to the reliability and operational state of the continuous welded rail track in terms of rail joints

Groll Witold, Sowiński Bogdan, Konowrocki Robert

Eksploatacja i Niezawodność

|

2023

|

Vol. 25, no. 1

art. no. 7

EN

This paper presents the results of experimental and numerical studies on reliability and monitoring issues of railway infrastructure in terms of safety and operation. The state of knowledge concerning methods of assessing track condition, in particular rail joints used in continuous welded rail track of railway lines is described. Experimental results of rail joints used in track transition zones and the results of numerical studies/tests of the rail vehicle-track model are outlined. It is demonstrated, basing on the analyses of the experimental results, that not only should the rail joints used in continuous welded rail track be diagnosed during their acceptance, but also during their operation. It is proven that the currently used methodology for testing welded rail joints applied during acceptance testing of contact track is not fully correct and leads to misinterpretation of the measurement results. Moreover, the results of numerical simulation tests presented in this paper confirm the possibility of diagnosing the condition of rail joints by any vehicle passing over such a track equipped with a suitable system.

2

Analysis of rail vehicles’ operational reliability in the aspect of safety against derailment based on various methods of determining the assessment criterion

Konowrocki Robert, Chojnacki Andrzej

Eksploatacja i Niezawodność

|

2020

|

Vol. 22, no. 1

73--85

EN

The article features the results of computer and experimental research on operational issues in the aspect of safety in relation to a freight wagon derailment on a railway track. It presents the knowledge regarding the methods of assessing the operational safety of rail vehicles on railroad tracks for the purpose of comparative analysis. The theoretical analyses were performed based on several methods that assess the safety of their derailments, qualifying for operational reliability, comparing them with the results obtained from experimental research. For the purpose of the research, a computer model of rail vehicle- railway track was created. It took into consideration dynamic parameters of elements used in the real track and rail vehicle. The results obtained from theoretical analyses were validated with experimental tests carried out on real objects (freight vehicle - test track, freight wagon - test rig). As part of the research, new test track geometry for testing rail vehicles was proposed. The results obtained in this way allowed estimating the conditions threatening the operation of a freight vehicle while running on the test rail infrastructure with different assessment criteria and to compare them.

PL

W pracy pokazano rezultaty badań komputerowych i eksperymentalnych dotyczących zagadnień eksploatacji w aspekcie bezpieczeństwa w odniesieniu do wykolejenia wagonu towarowego na torze kolejowym. Przybliżono w nim stan wiedzy dotyczącej metod oceny bezpieczeństwa eksploatacji pojazdówa) szynowych na kolejowych liniach szynowych, w celu ich analizy porównawczej. W pracy wykonano analizy teoretyczne bazując na kilku metodach, które oceniają bezpieczeństwo ich wykolejenia, kwalifikujące się do niezawodność eksploatacyjnej, porównując je z wynikami otrzymanymi z badań eksperymentalnych. Na potrzeby przeprowadzanych badań powstał komputerowy model pojazd szynowy - tor kolejowy. Uwzględniał on parametry dynamiczne elementów zastosowanych w rzeczywistym torze oraz pojeździe szynowym. Otrzymane z teoretycznych analiz wyniki zwalidowano testami eksperymentalnymi wykonanymi na rzeczywistych obiektach (pojazd towarowy - tor testowy, wagon towarowy - stanowisko badawcze). W ramach badań zaproponowano nową geometrię toru testowego do badań pojazdów szynowych. Uzyskane wyniki pozwoliły określić stan zagrożenia eksploatacji wagonu towarowego podczas jazdy po testowej infrastrukturze szynowej przy różnych kryteriach oceny oraz je porównać.

3

Wybrane zagadnienia badania dynamiki wagonu typu platforma do przewozu zestawów drogowych

Nader Mirosław, Opala Michał, Korzeb Jarosław

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Transport

|

2019

|

z. 125

101--111

PL

W referacie przedstawiono pilotażową analizę dynamiki wagonu kolejowego przeznaczonego do przewozu zestawów drogowych. Uwadze poddano nowatorskie rozwiązanie konstrukcji wagonu, posiadającego ruchomą platformę, umożliwiającą przewozy pojazdów drogowych w ramach transportu intermodalnego. Przedstawiony w artykule opis techniczny uwzględnia zapisy Patentu nr 214797, na wynalazek pod nazwą „Kolejowy wagon transportowy oraz kolejowy zespół transportowy i system transportu kolejowego zawierający taki wagon”. W pracy przedstawiono koncepcję charakterystyki technicznej rozwiązania konstrukcji wagonu oraz zbudowano model symulacyjny wykorzystując autorskie oprogramowanie. Dokonano analizy parametrów technicznych, a następnie przeprowadzono pilotażowe badania symulacyjne. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań dynamiki układu wagonu platformy, obciążonej typowym zestawem drogowym. Dokonano analizy wartości własnych dla elementów analizowanego układu, pozwalającej na wstępną ocenę zjawisk dynamicznych występujących w warunkach eksploatacji obciążonego wagonu. Badania mają charakter pilotażowy i stanowią wstęp do przeprowadzenia złożonych analiz symulacyjnych obejmujących badania dynamiki w łukach, krzywych przejściowych, oraz zużycie powierzchni tocznej kół i szyn przy różnych prędkościach ruchu.

EN

The paper presents a pilot analysis of the dynamics of a railway wagon designed for transporting road semi-trailer trucks. Attention was given to the innovative solution of the wagon construction, having a movable platform enabling transportation of road vehicles as a part of intermodal transport. The technical description presented in the article takes into account the provisions of Patent No. 214797, for the invention under the name "Railway transport wagon, railway transport unit and railway transport system containing such wagon". The work presents the concept of technical characteristics of the wagon construction solution and a simulation model was built using in-house software. The technical parameters were analyzed, followed by pilot simulation tests. This paper presents the results of research on the dynamics of the platform wagon, loaded with a typical road semi-trailer truck. The system's eigenvalues were analyzed, allowing for the initial assessment of dynamic phenomena occurring in the conditions of exploitation of the loaded wagon. The tests are of pilot nature and constitute a prelude to carry out complex simulation analyzes including tests of dynamics while running on transition curves, arcs, and wear of the rolling surfaces of wheels and rails at different traffic speeds.

4

Kolejowe wyjazdowe krzywe przejściowe a dynamika poprzeczna pojazdu

Woźnica P., Zboiński K.

Problemy Kolejnictwa

|

2018

|

Z. 178

63--71

PL

Artykuł dotyczy optymalizacji kształtu kolejowych krzywych przejściowych (KP) wyjazdowych. Określenie „wyjazdowa” w stosunku do krzywej przejściowej odnosi się do zasadniczego kier unku jazdy pojazdów szynowych, tj. od łuku kołowego do prostej. Kształt krzywych przejściowych wyjazdowych opisano wielomianem 9. stopnia. W optymalizacji kształtu krzywych wykorzystano model dwuosiowego pojazdu szynowego. Jako funkcje celu, przyjęto znormalizowaną po długości drogi wartość całki z wartości bezwzględnej zarówno przyspieszenia poprzecznego nadwozia, jak i jego zmiany. W artykule przedstawiono wyniki optymalizacji kształtu krzywych wyjazdowych: typy optymalnych krzywizn krzywych przejściowych wyjazdowych oraz przebiegi dynamiczne – przemieszczenia i przyspieszenia poprzeczne, i pionowe środka masy nadwozia.

EN

The current paper concerns the optimization of the shape of railway exit transition curves (TCs). Exit TCs meant TCs being directly behind the circular arc, and directly before the straight track. As transition curves, the authors used the polynomial of 9th degree. In the optimization of the shape of the TCs, the model of 2-axle rail vehicle was used. The mentioned objective functions concerned the normalised value of the integral of the lateral acceleration of vehicle body along the route and its change. The paper presents the results of the optimization – the types of curvatures of the optimum exit transition curves and the dynamical courses – the displacements and the accelerations both lateral and vertical of the vehicle body mass centres.

5

Mathematical and simulation modelling of normal force for a rail

Kisilowski J., Kowalik R.

Archives of Transport System Telematics

|

2018

|

Vol. 11, iss. 4

29--36

EN

Description of dynamics occurring during the passage of a rail vehicle is a complex problem, and their mathematical relations are considered in several different aspects such as: interaction of normal force on a beam with fixed and variable cross-section, body, trolley and wheelset displacement and consideration of wheel-rail contact and other phenomena occurring in the contact surface, which include adhesion and creepage. The article presents the effects of work on the issues of normal force at the contact point of the wheel and rail. A mathematical model describing the dynamics of a rail vehicle was defined, determining the normal, transverse and longitudinal force appearing in the wheel-rail contact zone. Variations in the value of the normal force exerted by the wheelset on the rail are the quantity on which the parameters occurring in contact between the wheel and the rail depend. The obtained results from computer simulations show that the normal force is a variable parameter depending on the sign and magnitude of forces occurring between individual blocks of the rail vehicle during the movement. The results obtained will be used in further scientific work devoted to the contact problems.

6

Optymalizacja kolejowych krzywych przejściowych wyjazdowych

Woźnica P., Zboiński K.

Archiwum Instytutu Inżynierii Lądowej

|

2017

|

Nr 25

433--452

PL

Niniejsza praca dotyczy optymalizacji kształtu kolejowych krzywych przejściowych (KP) wyjazdowych. Za KP wyjazdowe uważano krzywe znajdujące się bezpośrednio za łukiem kołowym, a bezpośrednio przed torem prostym. Jako krzywe przejściowe autorzy pracy wykorzystali wielomian 9. stopnia. W optymalizacji kształtu krzywych posłużono się modelem 2-osiowego pojazdu szynowego. Badania wykonano dla trzech wartości promienia łuku kołowego oraz czterech funkcji celu. W pracy przedstawiono wyniki optymalizacji – typy krzywizn optymalnych krzywych przejściowych wyjazdowych oraz przebiegi dynamiczne – przemieszczenia i przyspieszenia tak poprzeczne, jak i pionowe środka masy nadwozia.

EN

This paper concerns the optimization of the shape of railway exit transition curves (TCs). Exit TCs meant TCs being directly behind the circular arc, and directly before the straight track. As transition curves, the authors used the polynomial of 9th degree. In the optimization of the shape of the curves, the model of 2-axle rail vehicle was used. The research was performed for three circular arc values and four objective functions. The paper presents the results of the optimization - the types of curvatures of the optimum reverse transition curves and the dynamical courses - the displacements and the accelerations both lateral and vertical of the vehicle body mass centres.

7

Optymalizacja wielomianowych krzywych przejściowych z punktu widzenia wielkości zrywu

Zboiński K., Woźnica P.

Przegląd Komunikacyjny

|

2015

|

Nr 9

46--48

PL

Autorzy artykułu we wcześniejszych ich pracach ujawnili bardzo dobre własności dynamiczne kolejowych wielomianowych krzywych przejściowych wyższych stopni - 9. i 11. - z maksymalną liczbą wyrazów – odpowiednio 7 oraz 9. Jako kryterium oceny zastosowali oni minimalizację całki z przyspieszenia poprzecznego środka masy nadwozia pojazdu po długości drogi. Krzywizny znalezionych optymalnych krzywych nie posiadały jednak styczności w skrajnych – początkowym i końcowym – punktach krzywej. Cechy te, uzyskane zarówno dla maksymalnej dopuszczalnej prędkości ruchu w łuku i jak prędkości mniejszej (gwarantującej uzyskanie równowagi oddziaływań poprzecznych na nadwozie), skłoniły autorów niniejszej pracy do zbadania, dlaczego załomy krzywizn otrzymanych krzywych przejściowych w owych punktach mają względnie mały wpływ na dynamikę pojazdu szynowego poruszającego się po takich krzywych. Celem pracy jest pokazanie wstępnych wyników optymalizacji kształtu kolejowych wielomianowych krzywych przejściowych stopnia 5. i 7. z wykorzystaniem modelu 2-osiowego pojazdu szynowego oraz kryteriów dotyczących wielkości zrywu. Autorzy pracy chcą sprawdzić, czy zastosowane nowe kryteria oceny pozwolą w procesie optymalizacji otrzymać tzw. gładkie krzywe przejściowe.

EN

The authors of this article in their earlier works have shown good dynamic properties of polynomial railway transition curves of higher degrees - 9 and 11 - with the maximum number of terms - 7 and 9, respectively. As the assessment criterion they used an integral of the vehicle body lateral acceleration along the route. The curvatures of the obtained optimum transition curves did not have tangence in the terminal points – first and last – of the curve, however. These properties obtained for 2 velocities of vehicle, the bigger one represented maximum admissible velocity in a circular arc and the smaller one (guaranteed ideal balance between transversal components of gravity and centrifugal forces acting on vehicle body), induced the authors of current work to clarify, why the curvatures’ bends in the terminal points of obtained transition curves have relatively small negative impact on vehicle dynamics while running along such curves. The aim of present paper is to show the results of shape optimization of railway polynomial transition curves of 5th and 7th degree with use of 2-axle railway vehicle model and criteria concerning jerk. Authors oh the work want to check, if new criteria of assessment let them obtain so-called smooth transition curves.

8

Badanie niegładkich kolejowych krzywych przejściowych typu wielomianowego z wykorzystaniem kryteriów zużyciowych

Zboiński K., Woźnica P.

Przegląd Komunikacyjny

|

2015

|

Nr 8

29--32

PL

Autorzy niniejszego artykułu we wcześniejszych swoich pracach pokazali bardzo dobre własności dynamiczne kolejowych wielomianowych krzywych przejściowych wyższych stopni - 9. i 11. - z maksymalną liczbą wyrazów - odpowiednio 7 oraz 9. Jako kryterium oceny zastosowano tam minimalizację całki z przyspieszenia poprzecznego środka masy nadwozia pojazdu po długości drogi. Krzywizny znalezionych optymalnych krzywych nie posiadały styczności w skrajnych - początkowym i końcowym - punktach krzywej do przebiegu funkcji krzywizny w torze prostym i łuku kołowym. Cechy te, uzyskane zarówno dla maksymalnej dopuszczalnej prędkości ruchu w łuku i jak prędkości mniejszej (gwarantującej uzyskanie równowagi oddziaływań poprzecznych na nadwozie), skłoniły autorów niniejszej pracy do zbadania, dlaczego załomy krzywizn otrzymanych krzywych przejściowych w owych punktach mają względnie mają mały wpływ na dynamikę pojazdu szynowego poruszającego się po takich krzywych. Celem pracy jest pokazanie wyników optymalizacji kształtu kolejowych wielomianowych krzywych przejściowych stopnia 9. i 11. z wykorzystaniem modelu pojazdu szynowego o zmiennej bazie oraz - tym razem - kryteriów zużyciowych. Jako wspomniane kryteria zastosowano tu: wartość maksymalną z sumy wartości bezwzględnych sum iloczynów sił kontaktowych stycznych wzdłużnych i poprzecznych przez odpowiadające im poślizgi względne dla wszystkich kół oraz wartość maksymalną z sumy wypadkowych poślizgów względnych dla wszystkich kół.

EN

The authors of this article have shown good dynamic properties of polynomial railway transition curves of higher degrees - 9 and 11 - with the maximum number of terms - 7 and 9 in their earlier works. As the criterion they used an integral of the vehicle body lateral acceleration along the route. The curvatures of the obtained optimum transition curves with such number of the terms do not have tangence in the terminal points, however. These properties obtained for 2 vehicle velocities - the bigger one represented maximum admissible vehicle velocity in a circular arc and the smaller velocity 24.26 m/s guaranteed ideal balance between transversal components of gravity and centrifugal forces acting on the model - led the authors of clarify, why the curvatures' bends (lack of the tangence) of railway TCs in the terminal points of the curve have relatively small negative impact on vehicle dynamic while running along such curves. The aim of this paper is to show the results of shape optimization of railway polynomial transition curves of 9th and 11th degree using a railway vehicle model with variable base and wear criteria this time. These criteria are: criterion of minimum value maximum sum of product of contact forces and creepages and criterion of minimum value of maximum sum of resultant creepages for all wheels.

9

Badanie kolejowych krzywych przejściowych o nieliniowych krzywiznach

Zboiński K., Woźnica P.

Logistyka

|

2015

|

nr 4

1198--1207, CD1

PL

Wcześniejsze prace autorów niniejszego artykułu pokazały jednoznacznie, że kolejowe wielomianowe krzywe przejściowe z maksymalną dopuszczalną liczbą wyrazów wielomianu miały najmniejsze wartości funkcji celu - całki z przyspieszenia poprzecznego środka masy nadwozia pojazdu po długości drogi. Odpowiednimi liczbami wyrazów wielomianu są: 3, 5, 7 i 9 dla stopni: 5., 7., 9. i 11. Krzywizny otrzymanych krzywych nie posiadały jednak styczności w skrajnych punktach. Celem artykułu było wyjaśnienie, dlaczego załomy krzywizn otrzymanych krzywych przejściowych optymalnych w skrajnych punktach krzywej - początkowym oraz końcowym - miały względnie mały negatywny wpływ na dynamikę pojazdu szynowego poruszającego się po takich krzywych. Autorzy postawili i zamierzali wyjaśnić następującą hipotezę badawczą. Jedną z przyczyn takiego stanu rzeczy mogły być stosunkowo łagodne warunki ruchu w krzywej przejściowej przyjęte ze względu na przepisy. Ze względów badawczych powinny one być zmienione na ostrzejsze.

EN

Previous works by the authors of this article have shown unequivocally that the railway polynomial transition curves with a maximum number of terms had the smallest values of the quality function - a minimum integral of vehicle body lateral acceleration along the route. Corresponding numbers of terms were: 3, 5, 7 and 9 for the degree: 5, 7, 9 and 11. The curvatures of the curves obtained, however, did not have the tangency in terminal points. The aim of this article was to clarify, why the curvatures’ bends of railway transition curves at the terminal points of the curve - the beginning and the end - had a relatively small negative impact on vehicle dynamics while running on such curves. The authors put forward and were going to explain the following research hypothesis. One reason of this state of things could be relatively mild conditions of motion adopted in the transition curve. Conditions of motion should be changed to more sever, however.

10

Symulacyjne podstawy metody monitorowania stanu technicznego toru tramwajowego

Firlik B., Czechyra B.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Transport

|

2012

|

z. 84

29-39

PL

Artykuł przedstawia podstawy symulacyjne systemu monitorowania stanu technicznego toru tramwajowego. Omówiono główne cele i metodykę prowadzenia badań symulacyjnych, przedstawiono modele oraz zakres badań symulacyjnych. Zamieszczono przykładowe charakterystyki drganiowe uzyskane na podstawie symulacji komputerowej, które mogą być podstawą systemu monitorowania stanu technicznego toru tramwajowego.

EN

The article is dedicated to the assumptions and simulation basics of the technical state monitoring system for light rail track. Authors present the multi-body models of chosen tram type worked out for diagnostics activities area. The paper discusses the main objective of this work, and the methodology used for the computer simulations. It contains also some examples of vibration characteristics from the simulation of the light rail vehicle dynamics on worn track. These characteristics became the basis for determining the assumptions to build a monitoring system of technical state monitoring for light rail track.

11

Wpływ istnienia rozwiązań wielokrotnych na dokładność wyznaczania wartości prędkości krytycznej modelu pojazdu szynowego

Dusza M., Zboiński K.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Transport

|

2010

|

z. 73

19-34

PL

Stateczność (modelu) pojazdu szynowego w ruchu po torze zakrzywionym stanowi zagadnienie badawcze, które jest przedmiotem wieloletnich badań autorów [1, 8-16]. Fragment tego typu badań zawiera również niniejszy artykuł. Podstawowym parametrem używanym w analizie stateczności ruchu pojazdów szynowych jest prędkość krytyczna. W dotychczas wykonanych badaniach autorzy wyznaczali prędkość krytyczną w sposób przybliżony. Pozwalało to na znaczne ograniczenie badań symulacyjnych i skrócenie czasu ich realizacji. Istotą badań, których wyniki zamieszczono w artykule, jest zidentyfikowanie ewentualnego występowania rozwiązań wielokrotnych i precyzyjne wyznaczenie wartości prędkości krytycznej, bez względu na występowanie bądź nie takich rozwiązań. Porównanie nowych wartości prędkości z wcześniej wyznaczonymi w sposób przybliżony może stanowić miarę dokładności stosowanych metod wyznaczania wartości prędkości krytycznej. Parametrem poddanym obserwacji i analizie w badaniach są przemieszczenia poprzeczne atakującego zestawu kołowego. Stanowią one źródło informacji niezbędnych do utworzenia wykresów bifurkacyjnych obejmujących pełny zakres promieni huku, nazywanych "mapami stateczności ruchu".

EN

Stability analysis of railway vehicle in a curved track is the problem the authors deal with [1, 10-16] for several years. Results presented in the article are continuation of such studies. The key parameter used in the stability analysis of rail vehicles is the critical velocity. In the research done by the authors till now, critical velocity was determined in an approximate way. The advantage of this was reduction of simulations number and time of the research. Variation of initial conditions (wheelset's lateral displacements) was the major idea used in the current studies. It enables detecting multiple solutions. Improvement of accuracy of non-linear critical velocity determination is also possible. Comparison of newly obtained values of critical velocity to the previously assumed was done. It makes the measure of the accuracy of applied methods for determination of value of the critical velocity. Leading wheelsets' lateral displacement was the system's parameter of interest in the studies presented. Couples of bifurcation plots that represent results for full range of curve radii, called the stability maps, are the way of results presentation.

12

Light rail vehicle dynamics from a running safety perspective

Chudzikiewicz A., Firlik B.

Archives of Transport

|

2009

|

Vol. 21, iss. 3-4

39-49

PL

Praca dotyczy zagadnień bezpieczeństwa jazdy lekkich pojazdów szynowych poruszających się po torach o złym stanie utrzymania. Autorzy definiują nowe kryteria bazując na symulacyjnych i eksperymentalnych badaniach prowadzonych dla modeli i rzeczywistych pojazdów. Otrzymane wyniki poddano krytycznej ocenie.

EN

This paper briefly describes the analysis of the Iight rail vehicIe running safety on a worn track profile. The author proposes some new safety criteria, developed on the grounds of numerical simulations and experimental field tests on the real vehicIe.