Friction Modification within Wheel-Rail Contact

Abstract

Předložená disertační práce se zabývá experimentálním studiem modifikátorů tření a maziv pro temeno kolejnice, které jsou aplikovány do kontaktu kola a kolejnice za účelem optimalizace adheze a redukce hluku. Hlavním cílem práce bylo objasnit vliv aplikovaného množství a složení těchto látek na adhezi v kontaktu. Hlavní pozornost byla věnována zejména potencionálním hrozbám souvisejících s kriticky nízkou adhezí, která může nastat po aplikaci těchto látek. Experimentální studium probíhalo v laboratorních i reálných podmínkách, konkrétně v tramvajovém provozu. V případě laboratorních experimentů byl využit komerční tribometr a dvoudiskové zařízení umožňující simulovat průjezd vozidla traťovým obloukem. Kromě samotné adheze bylo při experimentech sledováno také opotřebení a míra hluku. Výsledky ukázaly, že maziva pro temeno kolejnice jsou schopna poskytovat požadované třecí vlastnosti, nicméně jejich chování je silně závislé na aplikovaném množství. V případě předávkování kontaktu dochází ke kriticky nízkým hodnotám adheze, které vedou k výraznému prodloužení brzdné dráhy. V případě modifikátorů tření bylo ukázáno, že chování těchto látek je výrazně ovlivněno odpařováním základního média. Výsledky také ukázaly, že nadměrné množství částic pro modifikaci tření může způsobit kriticky nízké hodnoty adheze. U obou výše zmíněných typů produktů byl prokázán pozitivní vliv na míru opotřebení a míru poškození povrchu, zatímco významná redukce hluku byla dosažena pouze v případech, kdy došlo ke značnému poklesu adheze. V závěru této práce jsou uvedena doporučení pro další výzkumné aktivity v této oblasti.

This dissertation thesis deals with an experimental study of top-of-rail products, specifically top-of-rail lubricants and friction modifiers, which are applied into the wheel-rail contact to optimize adhesion and reduce noise. The main goal of this thesis was to clarify the effect of the applied quantity and chemical composition of top-of-rail products on adhesion. The main attention was paid to low adhesion issues, associated with the application of these products, because low adhesion can result in traction and braking difficulties. This experimental study was conducted in both the laboratory and real conditions where a light rail system was utilized. In the case of laboratory investigations, a commercial tribometer and a twin-disc machine, enabling to achieve typical curve conditions, were employed. Apart from adhesion, wear and noise were analysed during the experiments. The obtained results showed that top-of-rail lubricants are able to provide a beneficial friction behaviour but their performance is strongly affected by the applied quantity. When the contact was overdosed with a top-of-rail lubricant, then a critically low adhesion resulting in a significant extension of braking distance was observed. In the case of friction modifiers, it was revealed that evaporation of base medium considerably changed a friction behaviour of these substances. Besides this, it was investigated that a high content of particles for friction modification can cause low adhesion issues. In general, it was observed that both types of top-of-rail products are able to significantly reduce wear and surface damage, while it seems to be difficult to achieve a significant reduction of noise without the impact on traction and braking capabilities. At the end of the present thesis, some future research steps in this area are recommended.