Streszczenie W artykule opisano nowoczesne rozwiązania konstrukcyjne zestawów kołowych stosowanych w pojazdach szynowych. Przedstawiono również przykłady zniszczeń i uszkodzeń zestawów kołowych oraz prawdopodobne przyczyny ich uszkodzeń. Wsparciem w wykonanych ekspertyzach było oprogramowanie MES/FEM (metoda elementów skończonych, ang. fi nite element method). Za pomocą obliczeń MES wykazano, że dla danego typu osi zestawu kołowego wykonanego w prawidłowej technologii produkcji, wyjątkowo występujące naprężenia eksploatacyjne wynoszą maksymalnie około 200 MPa i są znacząco mniejsze od granicy plastyczności. Uszkodzenie osi zestawu kołowego wynikało z nieprawidłowo wykonanych procesów technologicznych w trakcie produkcji. Drugi przypadek uszkodzenia osi (zestawu kołowego)-pęknięcie w obszarze podpiaścia koła-również poddano obliczeniom MES / FEM. Analizy MES wykazały, że w obszarze podpiaścia podczas eksploatacji występuje duża amplituda naprężeń ściskających i rozciągających. Dodatkowo, wpływ na opisane zjawiska ma stan naprężeń związany z procesem wciskania kół na oś oraz stan powierzchni osi. Słowa kluczowe: pęknięcia i uszkodzenia zestawów kołowych, bezpieczeństwo w transporcie, MES
Th e article presents the problem of excessive wear of curved switch rails in ordinary railway turnouts, which is characterized by spallings and the decrement of material on a certain length of the switch rail near the tip. Th e problem is important, as such wear arises in turnouts on railway lines aft er several months of exploitation following modernization. Th e probable reasons behind the excessive wear of switch rails in railway turnouts are indicated on the basis of laboratory tests performed in accordance with PN-EN 13674-1:2011 and PN-EN 13674-2+A1:2010, as well as on the basis of simulations and analyses carried out by the fi nite element method (FEM).
TEN 13979-1 “Railway applications – Wheelsets and bogies – Monobloc wheels – Technical approval procedure – Part 1: Forged and rolled wheels” approves two types of calculation models for determining fatigue strength – a 3D model and a simplified axially symmetric model with an asymmetric load. Both model types vary considerably, which may affect the results to be achieved. In addition, the determination of the maximum (critical) fatigue cycle amplitude for wheels requires stresses to be analysed at a point during the complete wheel revolution. In the current EN 13979-1 procedures, the amplitude is determined in the place and in the direction with the maximum principal stress without considering changes to stresses at a point for other wheel angular positions. The paper explains methods for strength calculations of monobloc wheels acc. to EN 13979-1. Both standard-approved models for the same wheel were developed and calculated. Differences, advantages and disadvantages of each model were described and the results compared. The complete load cycle for a given point on the wheel body was also analysed and presented. The results of the above analysis were analysed and further research directions were specified to define the actual maximum fatigue load cycle amplitude in railway wheels. Keywords: monoblock railway wheels, fatigue strength, FEM analysis, fatigue load
Do określenia wytrzymałości zmęczeniowej, norma EN 13979-1 “Railway applications – Wheelsets and bogies – Mono-block wheels – Technical approval procedure – Part 1: Forged and rolled wheels” dopuszcza dwa typy modeli obliczeniowych: model 3D oraz uproszczony model osiowosymetryczny z niesymetrycznym obciążeniem. Oba typy modeli w zasadniczy sposób różnią się od siebie, co może mieć wpływ na otrzymane wyniki. Ponadto, wyznaczenie maksymalnej (krytycznej) amplitudy cyklu zmęczeniowego dla kół wymaga przeanalizowania naprężeń w danym punkcie podczas pełnego obrotu koła. Przy obecnych założeniach normy EN 13979-1, amplituda jest wyznaczana w miejscu i na kierunku maksymalnego naprężenia głównego bez uwzględnienia zmiany naprężeń w danym punkcie w innych położeniach kątowych koła. W artykule wyjaśniono metodologię obliczeń wytrzymałości kół monoblokowych według normy EN 13979-1. Opracowano i obliczono oba, dopuszczalne przez normę, modele dla tego samego koła. Różnice, zalety i wady każdego z typu modeli zostały opisane, a wyniki porównane. Ponadto, przeanalizowano i przedstawiono pełny cykl obciążenia dla przykładowego punktu na tarczy koła. Wyniki tej analizy podsumowano i wyznaczono kierunki dalszych badań mających na celu określenie rzeczywistej maksymalnej amplitudy cyklu obciążenia zmęczeniowego w kołach kolejowych. Słowa kluczowe: kolejowe koła monoblokowe, wytrzymałość zmęczeniowa, analiza MES, obciążenie zmęczeniowe
Content from this work may be used under the terms of the Creative Commons Attribution 3.0 license. Any further distribution of this work must maintain attribution to the author(s) and the title of the work, journal citation and DOI. Published under license by Materials Research Forum LLC.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.