بررسی اثر انحراف قطار بر سایش و تنش تماسی چرخ و ریل
چکیده
برخی مقالات مهم مرتبط با مطالعات سایش ریل و تنش‌های تماسی چرخ و ریل بطور اجمالی مرور شده‌اند. این مقاله از روشی عددی برای واکاوی اثر قوس وسیله نقلیه ریلی روی سایش و تنش‌های تماسی چرخ و ریل بهره می‌گیرد. در روش عددی ترکیب نظریه تماس غلتشی غیر هرتزی کالکر، مدل سایش ماده و یک مدل دینامیک کوپلینگ عمودی و جانبی وسیله نقلیه و خط آهن در نظر گرفته می‌شود. در این تحلیل، فاکتورهای مهم موثر بر تنش تماسی و سایش به ترتیب سرعت قوس‌گیری، شیب عرضی خط آهن قوسدار و شیب عرضی ریل است. در مقایسه با مدل فعلی، برخی مدل‌های مرتبط و نتایجشان در مقالات منتشرشده به تفصیل به بحث گذاشته می‌شوند. ما با انجام تحلیل عددی جامعی در می‌یابیم که تفاوت بین بارهای نرمال چپ و راست چرخ‌محور با افزایش سرعت قوس‌گیری وسیله نقلیه بیشتر می‌شود. حجم سایش ماده در هر متر طول در امتداد سطح حرکت ریل میل به افزایش است. با این حال، تغییر تنش تماسی نرمال بیشینه با افزایش سرعت قوس‌گیری نوسان زیادی پیدا می‌کند. افزایش تنش تماسی بیشینه نه تنها به بار نرمال، که تا حد زیادی به پروفیل‌های چرخ و ریل نیز وابسته است. افزایش شیب عرضی خط آهن به شکلی موثر اختلاف بار نرمال چپ و راست چرخ‌محور و تنش‌های تماسی و نیز سایش را می‌کاهد. شیب عرضی ریل تأثیر زیادی روی سایش ریل تحتانی خط آهن قوسدار دارد. افزایش شیب عرضی ریل منجر به افزایش محسوس سایش ریل تحتانی خط آهن قوسدار و کاهش سایش ریل بیرونی می‌شود. این نتیجه‌گیری‌ها در تعمیرات خط آهن بسیار کاربردی و مفیدند.
1) مقدمه
سایش و خستگی در سطح تماس غلتشی چرخ‌ها و ریل‌ها هر ساله مبلغی بالغ بر حدود ۱.۲ میلیارد دلار برای چین هزینه دارند. سایش و خستگی عمدتاً در خطوط آهن قوسدار تندشیب، ریل‌های لولایی و خط برگردان‌ها اتفاق می‌افتد (۱،۲). زمانی که چرخی روی ریل با لغزش زیاد غلت می‌خورد، حجم زیادی از ماده اولیه چرخ روی چرخ یا سطح حرکت ریل به خاطر تنش‌های تماسی بیشتر و دمای بالا جابجا می‌شود (۳). اشکال ۱.الف و ب به ترتیب سایش جانبی شدید و موجدارشدگی شدیدی که در ریل‌های قوسدار فوقانی رخ داده است نشان می‌دهند. چنین سایشی سبب تغییر زیاد پروفیل ریل می‌شود و بهمین دلیل تأثیر شدیدی روی چگونگی حرکت وسیله نقلیه ریلی مانند پایداری حرکتی، راحتی در حین حرکت و ایمنی خروج از ریل می‌گذارد. میزان سایش و شکل فعلی ریل در حال استفاده از معیارهای کلیدی تعویض ریل در سایت‌های راه‌آهن محسوب می‌شوند. با این حال، اغلب برای افزایش عمر مصرفی ریل‌هایی که در سطوح حرکتشان در سایت‌های راه‌آهن ترک‌های ریزی دارند از معیار سایش استفاده می‌شود. همانطور که مشخص است، ریل در معرض دو نوع آسیب قرار می‌گیرد: ترک‌خوردگی و سایش.نرخ سایش صحیح در سطح حرکت ریل می‌تواند ترک‌های ریز کوچک را از بین برده یا رشد ترک‌های موجود را به شکلی موثر متوقف کند (۴).
abstract
Some important papers concerning the studies on rail wear and wheel/rail contact stresses are briefly reviewed. The present paper utilizes a numerical method to analyze the effect of railway vehicle curving on the wear and contact stresses of wheel/rail. The numerical method considers a combination of Kalker’s non-Hertzian rolling contact theory, a material wear model and a vertical and lateral coupling dynamics model of the vehicle/track. In the analysis, the important factors influencing on the wear and the contact stresses are, respectively, the curving speed, the curved track super-elevation and the rail cant. Compared to the present model, some concerned models and results in the published papers are in detail discussed. Through the detailed numerical analysis, it is found that the difference between the normal loads of the left and right of the wheelset increases linearly with increasing the vehicle curving speed. The material wear volume per length along the rail running surface has a tendency to grow. However, the variation of the maximum normal contact stress has a large fluctuation as the curving speed increases. The increase of the maximum contact stress depends greatly on not only the normal load but also the profiles of the wheel/rail. Increasing the track super elevation efficiently lowers the normal load difference of the left and right of the front wheelset, and the contact stresses and the wear. The rail cant has a great influence on the low rail wear of the curve track. An increase in rail cant results in a great increase in the low rail wear of the curved track, and a decrease in the outside rail wear. These conclusions are very useful in the maintenance of the track.
1. Introduction
The wear and rolling contact fatigue of wheels and rails cost China railways about 1.2 billions US dollars per year. The wear and fatigue occur predominantly on sharp curved tracks, joint rails and turnouts [1,2]. When a wheel rolls over a rail with a large slide, a large amount of material on the wheel or rail running surface is removed due to larger contact stresses and high temperature [3]. Fig. 1a and b illustrates, respectively, severe side wear and severe corrugation occurred on high curved rails. Such wear causes the great change of rail profile and, therefore, strongly affects the running behavior of railway vehicles, such as motion stability, riding comfort and derailment safety. The wear amount and the present shape of the rail in service are the key criteria for rail replacement at railway sites. However, the wear is often utilized to extend the use life of the rails which have small cracks on their running surfaces at railway sites. As well known, the rail has two types of damage: cracks and wear. Proper wear rate occurring on the rail running surface is able to eliminate small existing cracks or suppress the growth of existing cracks efficiently [4].
چکیده
1 مقدمه
2 مدل محاسبه سایش ریل و تنش‌های تماسی
2.2 توضیحات کلی
2.2 مدل وسیله نقلیه ریلی و خط آهن قوسدار
2.3 نظریه تماس غلتشی چرخ و ریل
2.4 مدل سایش ماده سازنده ریل
2.5 بحث راجع به مدل‌های مشابه موجود
3 اثر سرعت قوس‌گیری
3.2 اثر شیب عرضی خط آهن قوسدار و شیب عرضی ریل
4 نتیجه‌گیری
abstract
1. Introduction
2. Model of rail wear calculation and contact stresses
2.1. General descriptions
2.2. Model of railway vehicle and curved track
2.3. Rolling contact theory of wheel and rail
2.4. Material wear model of rail
2.5. Discussions on similar existing models
3. Numerical example and discussions
3.1. Effect of curving speed
3.2. Effect of super-elevation of curved track and rail cant
4. Conclusions
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه