Original title:
Návrh testovacího stavu pro stanovení opotřebení u kontaktu železničního kola a kolejnice
Translated title:
Design of a test condition for determining the wear at the contact of a railway wheel and rail
Authors:
Rec, Matouš ; Prokop, Aleš (referee) ; Řehák, Kamil (advisor) Document type: Master’s theses
Year:
2021
Language:
cze Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství Abstract:
[cze][eng]
Tato diplomová práce se zabývá problematikou opotřebení železničního kola a kolejnice. Opotřebení těchto komponent je závislé na mnoha parametrech, mezi které patří kontaktní napětí, kontaktní tlak a rozměry kontaktní plochy. Tyto parametry jsou určeny především jízdním obrysem kola, profilem kolejnice a zatížením kontaktní oblasti. Významný vliv na opotřebení mají i materiály kol a kolejnic, drsnosti a tvrdosti funkčních ploch, nebo například zbytkové napětí v materiálu. Pro všechny výše uvedené parametry je společné, že jsou určeny již při výrobě železničních kol a kolejnic a jsou tedy dány normami pro výrobu těchto komponent. Na opotřebení mají ovšem významný vliv i parametry, které se v průběhu provozu mění, což je například přítomnost kontaminantů, nebo maziva v kontaktu, měnící se jízdní obrys vlivem opotřebení, poměr skluzu, nebo koeficient tření. Opotřebení je proces, který nelze při této aplikaci eliminovat, ale pouze korigovat. K tomuto účelu slouží například aplikace maziva do kontaktu při průjezdu obloukem pro dosažení ideálního koeficientu tření, nebo údržbové broušení pro obnovu jízdních obrysů. Výzkum opotřebení je důležitý z hlediska finanční úspory, kterou může přinést jeho optimalizace a také z hlediska predikce opotřebení, což je základ pro nastavení optimálních intervalů mezi údržbovým broušením. Kvalitní predikce opotřebení je také klíčovým oborem pro zvýšení bezpečnosti provozu železničních vozidel. Z těchto důvodů je opotřebení zkoumáno hned několika metodami, jako jsou například výpočetní modely, multi-body dynamics software a technické experimenty. V této práci je proveden koncepční návrh testovacího stavu, který umožňuje výzkum opotřebení experimentálním přístupem. Výsledné zařízení je schopné simulovat objemové i únavové opotřebení při stavech, kterými reálné železniční kolo a kolejnice procházejí. Toto zahrnuje jízdu po rovné trati, průjezd obloukem, nebo například prokluz kola při brzdění.
This diploma thesis focuses on the issue of a wear of a railway wheel and a rail. The wear of the components depends on a number of parameters including the contact stress, the contact pressure and the contact surface dimensions. Among the factors determining these parameters belongs primarily the wheel driving gauge, the rail profile and the load of the contact area. Furthermore, the material from which the wheels and rail are made, the roughness and hardness of the functional surfaces and the residual stress in the material have a significant impact on the wear. All the parameters mentioned above are designed for the production of the railway wheels and rails and therefore they meet the standards for the production of these components. However, the existence of the changeable parameters has also a significant impact on the wear. These parameters include the presence of contaminants, or lubricants in contact, the changing driving gauge due to the wear, the slip ratio or the friction coefficient. With the wear being an inevitable process during the application it cannot be eliminated but only controlled. Applying the lubricant into the contact when passing through the arc in order to achieve an ideal coefficient or the maintenance grinding for restoring the driving gauge can serve the purpose. If properly optimized, the importance of the wear research lies in the financial savings. Being the crucial factor for optimization of the intervals between the maintenance grinding, the research is also beneficial. A high-quality wear prediction can be seen as the key field in order to increase the safety of the railway vehicles operation as well. Therefore, the wear research is made using several methods, such as the computational models, the multi-body dynamics software and the technical experiments. This thesis introduces a conceptual design of the test, enabling the wear research via experimental approach. The final device is capable of a simulation of both volume and fatigue wear during the states the railway wheel and railway undergo including riding on the straight track, passing through an arc or a wheel slip during braking.
Keywords:
contact pressure; contact stress; creepage; fatigue wear; friction coefficient; rail; Railway wheel; test device; volume wear; koeficient tření; kolejnice; kontaktní napětí; kontaktní tlak; objemové opotřebení; skluz; testovací zařízení; únavové opotřebení; Železniční kolo
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/199787
guest ::
