INFLUENCE OF THE RAIL SLOPE ON THE NATURE OF THE CONTACT INTERACTION AND THE STRESS-DEFORMED CONDITION OF THE RAIL IN RAIL TRACK
DOI:
https://doi.org/10.32703/2617-9040-2018-32-1-93-102Keywords:
rail, wheel, contact stresses, finite element methodAbstract
Studies carried out on the roads of the Kiev Metro have shown that the number of defects of contact-fatigue origin, the appearance of which leads to a reduction in the length of operation of railways rails, tends to increase. Despite numerous research of the wheel-rail interaction [3-8] and efforts to optimize the specified contact pair, many issues remain uncertain. Using the finite element method, authors simulated the interaction of rails with wheels of rolling stock in a railway track.
The geometry of the surface of the rails corresponded to the types of rails P50, P65 and UIC60, the slopes of the rails were taken equal to 0, 1:20 and 1:40 on concrete sleepers with a diagram of 1680 pc/km (inter-span distance 60 cm). The axle load on the rolling stock wheel for all variants of the calculations was the same and was 75 kN, which corresponds to the load on the axle equal to 150 kN. The tasks were solved in an elastic setting.
The results of the conducted mathematical modeling showed that with the location of the rails in the straight section of the track and the use of rolling stock with the type of wheels used in the calculations, the profile of the rails P50 and P65 is the most optimal in terms of reducing the contact stresses with a 1:20 slip . When slipping 1:40 rails, the profile of the UIC60 rail is more optimal. The absence of a slope of the rail leads to an increase in the levels of contact interaction forces, with the level of equivalent stress almost equal for all profiles of rail in track.
References
1. Kosarchuk V.V., Kulbovskyi I.I., Aharkov O.V. (2015) Suchasni metody zmitsnennia i pidvyshchennia znosostiikosti par tertia [Modern methods strengthen and improve the wear resistance of friction pairs ] Visnyk Natsionalnoho transportnoho universytetu. Vypusk 31. – 263-268 s. (In Ukrainian)
2. Kosarchuk V.V., Kulbovskyi I.I., Aharkov O.V.(2016) Suchasni metody zmitsnennia i pidvyshchennia znosostiikosti par tertia. Chastyna 2 [Modern methods strengthen and improve the wear resistance of friction pairs. Part 2]. Visnyk Natsionalnoho transportnoho universytetu. Vypusk 1(34). – S. 202-210 (In Ukrainian)
3. Strano, S., & Terzo, M. (2018). On the real-time estimation of the wheel-rail contact force by means of a new nonlinear estimator design model. Mechanical Systems and Signal Processing, 105, 391–403. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2017.12.024
4. Kosarchuk V.V. , Danilenko E. I., Aharkov O. V., Rafalskyi O. Yu. (2018) Vplyv profiliu vahonnykh kolis na riven kontaktnykh napruzhen u reikakh [The influence of the profile of carriage wheels on the level of contact stresses in rails]. Zb. nauk. prats DUIT. Seriia «Transportni systemy i tekhnolohii». 31. S.3-18.
5. Aharkov O.V. (2014) Vyznachennia kontaktnykh napruzhen v reikakh zaliznychnoi kolii za dopomohoiu metodu skinchennykh elementiv [Determination of contact stresses in the railway rails using finite elements method] Zb. nauk. prats DETUT. Seriia «Transportni systemy i tekhnolohii». 24. S. 39-44
6. W.J. Harris, S.M. Zakharov, J. Landaren, H. Thorne, V. Ebersen, J. Harris.(2002) Obobschenie peredovogo opyita tyazhelovesnogo dvizheniya: voprosyi vzaimodeystviya kolesa i relsa [Generalization of the advanced experience of heavy traffic: questions of wheel and rail interaction]. Intekst. – 408 s.
7. Verbickii V.G., Molchanov V.M., Kulbovsky I.I., Tverdomed V.M.. Priblizhennoe opredelenie avtokolebaniy bokovogo otnosa kolesnoy paryi v pryamyih uchastkah zheleznodorozhnogo puti.
[Approximate determination of the self-oscillation of the wheelset lateral refers to straight sections of railway
track]. V.G. Verbitskiy V.G., V.N. Molchanov, I.I. Kulbovskiy, V.N. Tverdomed // Upravlenie proektami,
sistemnyiy analiz i logistika. – K.: NTU – 2013. Vyip. 11.
8. Boiko V.D., Tverdomed V.M., Voznenko A.D.(2016). Rozrakhunok poperechnykh horyzontalnykh
syl u kryvykh diliankakh reikovoi kolii [Calculation of transverse horizontal forces in curved sections of rail
track] Zb. nauk. prats DETUT. Seriia «Transportni systemy i tekhnolohii». Vyp. 29.
9. Ma, Y., Markine, V., Mashal, A. A., & Ren, M. (2017). Modelling verification and influence of
operational patterns on tribological behaviour of wheel-rail interaction. Tribology International, 114, 264–
281. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2017.04.038
10. El-sayed, H. M., Lotfy, M., El-din Zohny, H. N., & Riad, H. S. (2017). Prediction of fatigue crack
initiation life in railheads using finite element analysis. Ain Shams Engineering Journal.
https://doi.org/10.1016/j.asej.2017.06.003
11. Masoudi Nejad, R., Shariati, M., & Farhangdoost, K. (2016). Effect of wear on rolling contact
fatigue crack growth in rails. Tribology International, 94, 118–125.
https://doi.org/10.1016/j.triboint.2015.08.035
12. GOST 9036-88. Kolesa tselnokatanyie. Konstruktsiya i razmeryi [Solid wheels. Design and
dimensions]. Izd-vo standartov, 1989. 15 s.
Література:
1. Косарчук В.В. Сучасні методи зміцнення і підвищення зносостійкості пар тертя / Косарчук В.В., Кульбовський І.І., Агарков О.В. // Вісник Національного транспортного університету. – К.: НТУ,2015. – Випуск 31. – 263-268 с.
2. Косарчук В.В. Сучасні методи зміцнення і підвищення зносостійкості пар тертя. Частина 2 / Косарчук В.В., Кульбовський І.І., Агарков О.В. // Вісник Національного транспортного університету. – К.: НТУ,2016. – Випуск 1(34). – С. 202-210
3. Salvatore Strano. On the real-time estimation of the wheel-rail contact force by means of a new nonlinear estimator design model / Salvatore Strano, Mario Terzo // Mechanical Systems and Signal Processing – 2017 – 105(2018) – P. 391-403.
4. Косарчук В.В. Вплив профілю вагонних коліс на рівень контактних напружень у рейках / Косарчук В.В., Даніленко Е. І., Агарков О. В., Рафальський О. Ю. // Зб. наук. праць ДУІТ. Серія «Транспортні системи і технології». – 2018. – 31. – С. 3-18.
5. Агарков О.В. Визначення контактних напружень в рейках залізничної колії за допомогою методу скінченних елементів / Агарков О.В. // Зб. наук. праць ДЕТУТ. Серія «Транспортні системи і технології». – 2014. – 24. – С. 39-44
6. Харрис У. Дж. Обобщение передового опыта тяжеловесного движения: вопросы взаимодействия колеса и рельса./ Пер. с англ. // У. Дж. Харрис, С.М. Захаров, Дж. Ландгрен, Х. Турне, В. Эберсен. – М.: Интекст, 2002. – 408 с.
7. Вербицкий В.Г. Приближенное определение автоколебаний бокового относа колесной пары в прямых участках железнодорожного пути. / В.Г. Вербицкий В.Г., В.Н. Молчанов, И.И. Кульбовский, В.Н. Твердомед // Управление проектами, системный анализ и логистика. – Вып. 11.– К.: НТУ – 2013.
8. Бойко В.Д. Розрахунок поперечних горизонтальних сил у кривих ділянках рейкової колії / Бойко В.Д., Твердомед В.М., Возненко А.Д. // Зб. наук. праць ДЕТУТ. Серія «Транспортні системи і технології». – Вип. 29, 2016.
9. Yuewei Maa. Modelling verification and influence of operational patterns on tribological behaviour of wheel-rail interaction / Yuewei Maa, Valeri Markinea, Abdul Ahad Mashala, Mingfa Renb // Tribology International. – 2017. – 114. – P. 264 – 281
10. H.M.El-sayed. Prediction of fatigue crack initiation life in railheads using finite element analysis / H.M.El-sayed, M.Lotfy, H.N.El-din Zohny, H.S.Riad // Ain Shams Engineering Journal. – 2017. – P. 1 – 14
11. Reza Masoudi Nejad. Effect of wear on rolling contact fatigue crack growth in rails / Reza Masoudi Nejad, Mahmoud Shariati, Khalil Farhangdoost // Tribology International. – 2015. – 94. – P. 118 – 125
12. ГОСТ 9036-88. Колеса цельнокатаные. Конструкция и размеры. – М.: Изд-во стандартов, 1989.– 15 с.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright: This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original author and source are credited.