Creation of the tribological model of contact wear of a rail depending on grinding process parameters
| dc.contributor.author | Bobyr, Mykola | |
| dc.contributor.author | Borodii, Yurii | |
| dc.contributor.author | Protsenko, Pavlo | |
| dc.contributor.author | Uhlmann, Eckart | |
| dc.contributor.author | Thalau, Janis | |
| dc.contributor.author | Lypovka, Pavlo | |
| dc.date.accessioned | 2020-05-18T13:03:50Z | |
| dc.date.available | 2020-05-18T13:03:50Z | |
| dc.date.issued | 2019 | |
| dc.description.abstracten | The current operating conditions of railway transport characterized by an increase in the power of locomotives, train speeds and carrying capacity, which leads to increased force influences on the railway track. Extreme operating conditions lead to increased wear and damage to rails on the reliability of which depends not only on traffic safety, but also the economic performance of the railway. Defective layers of the material removes from the surface of the rail by the rail grinding process. Thus, provides the required sizes and shape accuracy, as well as surface quality of rails during their operation. Objective. The aim of this work is to develop a tribological model of contact wear of rails during their operation depending on parameters of the grinding process (temperature t, grinding depth of cut ae, grinding wheel speed V). Methods. The research on wear and contact damage of samples of surfaces cut from grinding rails conducted on a friction machine M-22M. The studies were carried out by dry friction of a sample (cut from a rail) with a counter-sample from the material used in the manufacture of railway wheels, for 1 hour, the friction path was 3.60 km. Samples were weighed on a VLR-200 balance before and after the study was performed on the friction machine. As a result, the mass wear value was determined for each sample. A numerical model created in the Ansys program for numerical simulation by the finite element method of the rail-wheel contact to determine the contact pressure distribution and the wear intensity of the rail. Results. Based on the results of tribological studies in the paper established the empirical dependence of the wear intensity of the rail sample on the grinding process parameters. The contact conditions of the rail sample with the counter-sample during the tribological experiment and in real contact of the rail-wheel are different. Therefore, we performed the alignment of that empirical dependence to the actual conditions of contact of the wheel with the rail. The rail-wheel contact simulation performed in ANSYS Workbench. The dependence that given in the paper used in the program. It used to calculate the wear intensity of the rail according to the distribution of contact pressure in the contact zone of the wheel and rail. The results of the work can find practical application in railway transport to predict the effect of grinding proces parameters on the wear intensity of the rail. Conclusions. The dependence obtained for the approximate value of the rail wear intensity depending on the grinding process parameters (temperature t, machining allowance ae, linear speed of the grinding wheel V) based on the experimental data obtained from tribological experiments on the M-22M friction machine with grinded rail samples. The mathematical model has developed for calculating the contact pressure and the value of the rail wear intensity depending on the number of load cycles in the ANSYS program. | uk |
| dc.description.abstractru | Современные условия эксплуатации железнодорожного транспорта характеризуются увеличением мощностей локомотивов, скоростей движения поездов, грузоподъемности вагонов, что приводит к увеличению силовых воздействий на железнодорожный путь. Экстремальные условия эксплуатации приводят к увеличению износа и повреждения рельсов, от надежности которых зависит не только безопасность движения, но и экономические показатели деятельности железной дороги. Шлифовкой рельсов выполняют удаление дефектных слоев материала с их поверхности. Таким образом обеспечиваются необходимые размеры и точность формы, а также качество поверхности рельсов в процессе их эксплуатации. Цель исследования. Разработка трибологической модели контактного износа рельсов в процессе их эксплуатации в зависимости от параметров процесса шлифования (температура t, припуск на обработку a e, линейная скорость шлифовального круга V). Методика реализации. Исследование износа и контактного повреждения поверхностей образцов, вырезанных из шлифованных рельсов, проводились на машине трения М-22М. Исследования осуществлялись путем сухого трения образца (вырезанный из рельса) с контробразцом из материала, используемого при изготовлении железнодорожных колес, в течение 1 часа при этом путь трения составлял – 3,60 км. Образцы взвешивались на весах ВЛР-200 до и после выполнения исследования на машине трения. В результате для каждого образца было определено величину массового износа. В программе ANSYS создана численная модель для моделирования методом конечных элементов контакта колеса с рельсом для установления распределения контактных давлений и величины интенсивности износа рельса. Результаты исследования. На основе результатов трибологических исследований была получена эмпирическая зависимость интенсивности износа образца рельса от параметров процесса шлифования. Поскольку условия контакта образца рельса с контробразцом в процессе трибологических исследований и при реальном контакте колеса с рельсом разные, было выполнено приведение полученной эмпирической зависимости к реальным условиям контакта колеса с рельсом. Моделирование контакта колеса с рельсом выполнялось в программе ANSYS. Зависимости, приведенные в работе, использовались в программе для вычисления интенсивности износа рельса в соответствии с распределением контактного давления в контактной зоне колеса и рельса. Результаты работы могут найти практическое применение на железнодорожном транспорте для прогнозирования влияния параметров процесса шлифования на интенсивность износа рельса. Выводы. На основе экспериментальных данных, полученных с трибологических экспериментов на машине трения М-22М с шлифованными образцами рельсов, была получена зависимость для приближенного определения интенсивности износа рельса в зависимости от параметров процесса шлифования (температура t, припуск на обработку ae, линейная скорость шлифовального круга V) . Разработана математическая модель для расчета контактного давления и величины интенсивности износа рельса в зависимости от количества циклов нагрузки в программе ANSYS. | uk |
| dc.description.abstractuk | Сучасні умови експлуатації залізничного транспорту характеризуються збільшенням потужностей локомотивів, швидкостей руху поїздів, вантажопідйомності вагонів, що призводить до збільшення силових впливів на залізничну колію. Екстремальні умови експлуатації призводять до збільшення зношування і пошкодження рейок, від надійності яких залежить не тільки безпеку руху, а й економічні показники діяльності залізниці. Шліфуванням рейок виконують видалення дефектних шарів матеріалу з їх поверхні. Таким чином забезпечуються необхідні розміри і точність форми, а також якість поверхні рейок в процесі їх експлуатації. Мета дослідження. Розробка трибологічної моделі контактного зношування рейок під час їх експлуатації залежно від параметрів процесу шліфування (температура t, припуск на обробку ae, лінійна швидкість шліфувального круга V). Методика реалізації. Дослідження зношування та контактного пошкодження поверхонь зразків, вирізаних із шліфованих рейок, проводилися на машині тертя М-22М. Дослідження здійснювались шляхом сухого тертя зразка (вирізаний з рейки) із контрзразком з матеріалу, що використовується при виготовленні залізничних коліс, протягом 1 години при цьому шлях тертя складав – 3,60 км. Зразки зважувались на вагах ВЛР-200 до та після виконання дослідження на машині тертя. В результаті для кожного зразка було визначено величину масового зношування. В програмі ANSYS створена чисельна модель для моделювання методом скінчених елементів контакту колеса з рейкою для встановлення розподілу контактних тисків та величини інтенсивності зношування рейки. Результати дослідження. На основі результатів трибологічних досліджень була отримана емпірична залежність інтенсивності зношування зразка рейки від параметрів процесу шліфування. Оскільки умови контакту зразка рейки з контрзразком під час трибологічних досліджень та при реальному контакті колеса з рейкою різні, було виконано приведення отриманої емпіричної залежності до реальних умов контакту колеса з рейкою. Моделювання контакту колеса з рейкою виконувалось в програмі ANSYS. Залежності, що наведені в роботі, використовувались в програмі для обчислення інтенсивності зношування рейки відповідно до розподілу контактного тиску в контактній зоні колеса і рейки. Результати роботи можуть знайти практичне застосування на залізничному транспорті для прогнозування впливу параметрів процесу шліфування на інтенсивність зношування рейки. Висновки. На основі експериментальних даних, отриманих з трибологічних експериментів на машині тертя М-22М із шліфованими зразками рейок, була отримана залежність для наближеного вичначення інтенсивності зношування рейки в залежності від параметрів процесу шліфування (температура t, припуск на обробку ae, лінійна швидкість шліфувального круга V). Розроблена математична модель для обрахунку контактного тиску та величини інтенсивності зношування рейки в залежності від кількості циклів навантаження в програмі ANSYS. | uk |
| dc.format.pagerange | P. 16-25 | uk |
| dc.identifier.citation | Creation of the tribological model of contact wear of a rail depending on grinding process parameters / Mykola Bobyr, Yurii Borodii, Pavlo Protsenko, Eckart Uhlmann, Janis Thalau, Pavlo Lypovka // Mechanics and Advanced Technologies. – 2019. – №3 (87). – P. 16-25. | uk |
| dc.identifier.doi | https://doi.org/10.20535/2521-1943.2019.87.190021 | |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/33581 | |
| dc.language.iso | en | uk |
| dc.publisher | Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute | uk |
| dc.publisher.place | Kyiv | uk |
| dc.source | Mechanics and Advanced Technologies, 2019, №3 (87) | uk |
| dc.subject | rail grinding | uk |
| dc.subject | wear intensity | uk |
| dc.subject | surface hardening | uk |
| dc.subject | tribological properties | uk |
| dc.subject | шліфування рейок | uk |
| dc.subject | інтенсивність зношування | uk |
| dc.subject | поверхнева твердість | uk |
| dc.subject | трибологічні властивості | uk |
| dc.subject | шлифование рельсов | uk |
| dc.subject | интенсивность изнашивания | uk |
| dc.subject | поверхностная твердость | uk |
| dc.subject | трибологические свойства | uk |
| dc.subject.udc | 691.795.2 | uk |
| dc.title | Creation of the tribological model of contact wear of a rail depending on grinding process parameters | uk |
| dc.type | Article | uk |