This paper describes an analytical method for wheel wear prediction. The outputs from vehicle dynamic software are used to calculation the wheel wear. Two calculation examples are shown for a high-speed line and a conventional line. Through the comparison of two cases, we can see the wheel wear characteristics on the conventional line and the high-speed line. The conventional line has many curved tracks that cause severe wheel flange wear. The influences of curve radius on wheel wear are also described considering the operational performance of the high speed trainset. A method of calculation using contact patch work model is presented for determination of the evolution by wear railway wheels.
Using the finite element method, rail-wheel contact model has been analyzed for mechanical loads due to passengers and payload of the train. This paper presents an investigation on how tapered wheel and inclined rail surfaces affect the contact stress and displacement of rail-wheel contacting surface under mechanical loads. For a numerical analysis, the tapered faces of the wheel are considered as 2.5% and 5.5%. And two models of the tilted rail are also considered as 40:1 and 20:1 at the bottom of the rail. The computed results based on the contact stress and displacement FE analysis indicate that the tilting ratio of the rail, 20:1 with a tapered face of the wheel, 2.5% may be more stable compared to that of 40:1 tilting model and 5.5% tapered wheel face.
The rail inclination produces a wider bearing area between the wheel and the rail by moving the wheel rail contact area away from the gauge towards the centre of the railhead, thus improving the wear pattern of the railhead and wheel treads. It is essential to keep the rail inclination within the allowable range to ensure optimum track geometry. Neglecting the rail inclination geometrical parameters in a track quality evaluation can cause safety of railway vehicle and serviceability problems. In this paper, we examined the effect of the rail inclination in general geometry state of the railway track using VI-Rail and analyzed running safety when the railway vehicle passing through curves depending on change of the rail inclination and running speed.
차륜/레일 접촉은 철도차량의 동특성을 결정하는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 철도 차륜과 레일 사이에 작용하는 토크에 의한 견인력과 마찰력을 두 원통의 접촉문제로 이론해석과 전산해석을 하고 수직하중과 전단력이 작용하는 실제 차륜과 레일에 대한 전산해석을 하였다. 철도차륜과 레일 접촉문제는 구름과 미끄러짐이 있는 탄성접촉인 크리프에 의한 크리프힘을 생성하는 과정으로서 차륜과 레일의 형상 및 마찰계수에 따라 달라짐을 알 수 있었다.
Railway wheel and axle is the most critical components in railway system. A wheel and axle failure can cause a derailment with its attendant loss of life and property. The service conditions of railway vehicles have become severe in recent years due to a general increase in operating speeds. Therefore, more precise evaluate of wheelset strength and safety has been desired. Fracture mechanics characteristics such as dynamic fracture toughness, fatigue threshold and charpy impact energy with respect to the tread, plate, disc hole of wheel and the surface of press fitted axle are evaluated. This paper describes the difference of fracture toughness, fatigue crack growth and fatigue threshold at the locations of wheel and axle. The results show that the dynamic fracture toughness, $K_{ID}$, is obviously lower than static fracture toughness, $K_{IC}$ and the fracture mechanics characteristics are difference to the location of wheel tread and hole.
윤축 동역학 해석은 철도차량 동역학 해석의 정밀도를 결정하는 핵심 요소이다. 본 연구에서는 정밀한 3차원 차륜-레일 접촉 해석을 윤축의 강체 운동 방정식에 적용하는 방법으로 3차원 윤축 동역학 해석을 수행하였다. 곡선 주행시 플랜지 접촉에 의해 차륜-레일 2점 접촉이 발생할 때 윤축의 동역학 해석이 가능한 수치해석 절차를 개발하였다. 윤축의 구속조건식과 강체 동역학 방정식을 Runge-Kutta 방법을 이용하여 수치적분을 수행하였다. 제안된 윤축 동역학 해석 결과는 VI-RAIL을 이용한 해석결과와 비교 분석하여 타당성을 검증하였다.
This study aims at the structural analysis with fatigue according to the configuration of railway vehicle wheel. Maximum equivalent stress or deformation is shown at the lower face in contact with wheel and rail. As model B has the maximum stress or deformation which becomes lower than model A, model B is shown to have more durability than model A. Among the cases of nonuniform fatigue loads, 'SAE bracket history' with the severest change of load becomes most unstable but 'Sample history' becomes most stable. In case of 'Sample history' with the average stress of 0 to $-10^{11}$ Pa and the amplitude stress of 0 to $10^{10}$ Pa, the possibility of maximum damage becomes 3%. This stress state can be shown with 6 times more than the damage possibility of 'SAE Bracket history' or 'SAE transmission'. The structural result of this study can be effectively utilized with the design of railway vehicle wheel by prevention and durability against its damage.
$DF_{21}$ diesel locomotive was designed to satisfy the requirement of Kunming Meter track and the 2Co self-guided radial bogie was used to suit the complex curve track. There are totally 12 locomotives was served on the track. The first two locomotives were devotion running on the track since April 2003, the wheel tread splling was occurred on the middle wheel set of the two locomotives after running nearly 150 thousands km on the track of the two locomotives at August 2004. The dynamic analysis was carried out to find the reason. The wheel set longitudinal vibration resonance phenomenon was existed on the locomotive dynamic performance, and this was caused by the too big longitudinal stiffness of the journal box bar on the middle wheel set. Wheel set longitudinal vibration resonance maybe an important reason of lead to wheel tread spalling. The corresponding mend methods were put forward from the point of view of wheel set longitudinal vibration resonance. All the wheel tread of the 12 locomotives on the middle wheel set were in good condition and not occurred the wheel tread spalling after the mend till December 2007 after 350 thousands km were finished. The mechanism of the wheel tread splling and corresponding mend method was discussed in detail in this paper.
철도차량의 휠의 마모는 주로 곡선 주행 시 발생한다. 휠의 형상 변화는 차량 동적 안정성에 중요한 영향을 미친다. 본 연구에서는 곡선 주행 시 휠 마모 특성 분석을 위해 곡선 반경 크기와 속도를 변경시키면서 휠 마모량을 계산하였다. 다물체 동역학 해석에 기초한 차량 동역학 해석결과로부터 마모인자를 계산하고 BRR(British Rail Research)에서 제시한 마모 모델을 이용하여 휠의 마모량을 계산하였다. 반경 300m에서의 마모량이 다른 반경과 비교하여 매우 큰 것으로 나타났다. 곡선 선로에 윤활유를 도유하는 경우 마모 특성 변화를 분석하기 위해 휠의 답면과 플랜지 부위의 마찰계수를 다르게 하여 휠 마모량을 계산하였다. 도유 시 휠 마모의 개선 효과를 여러 반경에서 계산하고 실제 도시철도구간에서 마모 개선 효과를 확인하였다.
Recently, railway industry has been developed not only functional parts such as acceleration and high performance of the railway but also emotional parts such as improved ride comfort and blocking noise. However, some important components of railway such as wheel and rail always had exposed too much operation time, cyclic load and rolling contact directly. The variations of load, vibration and chemical compositions were caused of wheel and rail having a lot of different types of contact fatigue damages. Therefore, It is necessary to improve inspection and maintenance technology in order to ensure safety and reliability of railway. Many researchers have already been reported the technology. Magnetic camera, one of the non-destructive testing technique can be used to inspect and evaluate the changes of magnetic field in ferromagnetic and paramagnetic materials with cracks. When an electromagnetic is applied to a specimen, a magnetic field will be distorted around a crack on the specimen. In present paper, the distribution of magnetic property in wheel with cracks using magnetic camera had investigated. The crack can be detected and evaluated by distribution analysis of magnetic field. The magnetic camera technique can be detected and evaluated the crack by rolling contact fatigue.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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