Návrh testovacího stavu pro stanovení opotřebení u kontaktu železničního kola a kolejnice
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
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.
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.
Description
Citation
REC, M. Návrh testovacího stavu pro stanovení opotřebení u kontaktu železničního kola a kolejnice [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2021.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Automobilní a dopravní inženýrství
Comittee
prof. Ing. František Bauer, CSc. (předseda)
doc. Ing. Pavel Novotný, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Marek Bačovský (člen)
Ing. Jan Klimeš (člen)
Ing. Zdeněk Novosad (člen)
Ing. Petr Škara (člen)
Date of acceptance
2021-06-22
Defence
Študent zoznámil komisiu s výsledkami záverečnej práce. Následne odpovedal na otázky oponenta.
Otázky oponenta:
1) Jak by bylo možné přistupovat k testování rozdílných materiálů na Vašem koncepčním návrhu. Prosím o zhodnocení jak z pohledu materiálu pro kolo, tak i kolejnici.
Hodnotenie: Zodpovedané
2) Nastiňte prosím další kroky (simulace), které by bylo nutné vykonat před samotnou realizací návrhu.
Hodnotenie: Zodpovedané
3) V práci navrhujete použití snímače krouticího momentu včetně použití spojek. Z jakého důvodu jsou použity tyto spojky?
Hodnotenie: Zodpovedané
Ďalšie otázky:
1) Aké napätie bolo vyhodnocované v prezentácií výsledkov?
Hodnotenie: Zodpovedané
2) Aké sú maximálne hodnoty redukovaného napätia v kontaktoch?
Hodnotenie: Zodpovedané
3) Aká je medza klzu daného materiálu?
Hodnotenie: Zodpovedané
4) Ako by ste hodnotil opotrebenie pomocou multi-body systému?
Hodnotenie: Zodpovedané
5) Prečo ste zvolil tento priemer kolesa?
Hodnotenie: Zodpovedané
6) Ako by šlo zahrnúť dynamické namáhanie?
Hodnotenie: Zodpovedané
7) S čím by ste porvnal prípadnú modálnu analýzu?
Hodnotenie: Zodpovedané
8) Ako by do toho vstupoval sklz?
Hodnotenie: Zodpovedané
9) Ako sa identifikuje stav kedy začína únavové poškodzovanie?
Hodnotenie: Zodpovedané
10) Môžete rozviesť myšlienku, že "jedno únavové poškodenie môže vylepšiť druhé únavové poškodenie"?
Hodnotenie: Čiastočne zodpovedané
11) Čím je spôsobené to že sa tá trhlina už ďalej nešíri?
Hodnotenie: Čiastočne zodpovedané
12) Aká rovnica popisuje závislosť zaťaženia disku na zaťažení reálneho kolesa uvedenej v DP?
Hodnotenie: Čiastočne zodpovedané
13) Ako ste vypočítal reakciu v pozdĺžnom smere X?
Hodnotenie: Čiastočne zodpovedané
14) Popíšte použitý vzťah pre výpočet sklzu.
Hodnotenie: Zodpovedané
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení