The research of the railway rail for analysis of surface initiated rolling contact fatigue cracks

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorBorodii, Yurii
dc.contributor.authorProtsenko, Pavlo
dc.contributor.authorPetryshyn, Andrii
dc.contributor.authorUhlmann, Eckart
dc.contributor.authorThalau, Janis
dc.contributor.authorLypovka, Pavlo
dc.contributor.authorHorbyk, Volodymyr
dc.contributor.authorHlukhovskyi, Viktor
dc.date.accessioned2022-02-22T14:45:21Z
dc.date.available2022-02-22T14:45:21Z
dc.date.issued2020
dc.description.abstractenProblems. Under the influence of dynamic loading from trains and natural conditions, the railway track deteriorates, which is characterized by defects (warps, subsidence, shocks and other residual deformations of the railway track), which lead to intense wear and collapse of all elements of the rail track panel. Listed defects precipitation, failures and destructions of elements of the rail track panel is related with additional local stresses that occur in the railway track rails. On a low-quality rail track panel with high parameters deviations, during the train movement, there is an unaccounted interaction of the track and rolling stock with local overload of the interaction elements along the path. Usually, the unaccounted interaction of track and rolling stock is accompanied by the wheel and rail impact with followed contact area overloading. During the wheel and rail impact, stresses that exceed the ultimate strength are occurring in the rail head. In this case, defects of contact-fatigue origin in the form of horizontal, vertical and transverse cracks are born and start to develop. The aim of the study. Conducting practical studies of the contact-fatigue cracks origin and development by studying rails wear in the laboratory. Methods of implementation. For research of rails for contact damage experimental setup has been designed and manufactured. The setup is mounted on a mechanical single-cylinder press of the K 2322 model with a nominal force of 16 tons at a nominal stroke frequency of 120 per minute. The main part of the experimental setup contains the friction unit "rail-wheel". The hydraulic system provides needed clamping force of the rail to the wheel. A test program, which provides for two-hour tests, followed by defects (micro cracks) detecting on the rail body has been developed. Research on the defects presence is carried out by fluorescent magnetic particle inspection method. Research results. Studies have shown that contact-fatigue cracks in the rail head occurred after approximately 200 thousand load cycles. This generally coincides with the results presented in other works, which show the occurrence of similar damage after 190- 290 thousand cycles, depending on the properties of rail steel (hardness, surface roughness, etc.). Conclusions. The main reason for the origin and development of contact-fatigue defects in the rail head is the insufficient contactfatigue strength of rail steel. For carrying out practical research in the laboratory, the experimental setup has been designed and manufactured. The test program has been developed. Experimental studies have shown that the occurrence of defects on the surface of the rail observed after 200-210 thousand load cycles. With further increase in the number of load cycles, there is a rapid development of existing contact-fatigue cracks and the formation of new cracks in the contact zone.uk
dc.description.abstractruПроблематика. Под влиянием динамической нагрузки от поездов и природных условий, железная дорога повреждается, что характеризуется появлением дефектов и остаточных деформаций железнодорожного пути, которые ведут к ускоренному износу и выходу из строя других элементов рельсошпальной решетки. Появление указанных дефектов, отказов и разрушений элементов рельсошпальной решетки связано с действием дополнительных локальных напряжений, возникающих в рельсах железнодорожного пути. На некачественной рельсошпальной решетке с отклонениями параметров рельсовой колеи, при движении поезда, возникает нерасчетное взаимодействие пути и подвижного состава с локальной перегрузкой элементов взаимодействия по длине пути. Как правило, нерасчётное взаимодействие пути и подвижного состава сопровождается ударным воздействием колеса и рельса с перегрузкой пятна контакта. При ударном взаимодействия колеса и рельса в головке рельса возникают напряжения, превышающие предел выносливости. При этом в головке рельса зарождаются и начинают развиваться дефекты контактно-усталостного происхождения в виде горизонтальных вертикальных и поперечных трещин. Цель исследования. Осуществление практических исследований зарождения и развития трещин контактно-усталостного происхождения путем износа рельсов в лабораторных условиях. Методика реализации. Для исследования рельсов на контактную повреждаемость была спроектирована и изготовлена экспериментальная установка. Установка установлена на механический однокривошипный пресс модели К 2322 номинальным усилием 16 тс. при номинальной частоте ходов - 120 в минуту. Основная часть экспериментальной установки содержит узел трения "колесо-рельс". Силу прижима рельса к колесу обеспечивает гидравлическая система. Для проведения исследований была разработана программа испытаний, которая предусматривает двухчасовые испытания, после которых проводятся исследования на наличие дефектов (микротрещин) на рельсе. Исследования на наличие дефектов проводятся методом магнитопорошкового неразрушающего контроля. Результаты исследования. После проведенных исследований установлено, что возникновение контактно-усталостных трещин в головке рельса состоялось примерно после 200 000 циклов нагрузок. Это в целом совпадает с результатами, представленными в других работах, в которых отмечается возникновение подобных повреждений после 190-290 тысяч циклов, в зависимости от свойств рельсовой стали (твердости, шероховатости поверхности и т.п.). ВыводыГлавной причиной зарождения и развития контактно-усталостных дефектов в головке рельса является недостаточная контактно-усталостная прочность рельсовой стали. Для проведения практических исследований в лабораторных условиях была разработана методика, сконструирована и изготовлена экспериментальная установка. Экспериментальными исследованиями установлено, что возникновение дефектов на поверхности рельса наблюдается после 200-210 тысяч циклов нагрузок. При дальнейшем увеличении числа циклов нагрузок происходит быстрое развитие существующих контактно-усталостных трещин и образование новых трещин в зоне контакта.uk
dc.description.abstractukПроблематика. Під впливом динамічного навантаження від поїздів та природних умов, залізнична колія пошкоджується, що характеризується появою дефектів та залишкових деформацій залізничного шляху, які ведуть до прискореного зношування і виходу з ладу інших елементів рейкошпальної решітки. Поява вказаних дефектів, відмов і руйнувань елементів рейкошпальної решітки пов'язана з дією додаткових локальних напружень, що виникають в рейках залізничної колії. На неякісній рейкошпальній решітці з відхиленнями параметрів рейкової колії, при русі поїзда, виникає нерозрахована взаємодія колії та рухомого складу з локальним перевантаженням елементів взаємодії по довжині шляху. Як правило, нерозрахована взаємодія колії та рухомого складу супроводжується ударним впливом колеса і рейки з перевантаженням зони контакту. При ударній взаємодії колеса і рейки в головці рейки виникають напруження, що перевищують межу витривалості. При цьому в головці рейки зароджуються і починають розвиватися дефекти контактно-втомного походження у вигляді горизонтальних вертикальних та поперечних тріщин. Мета дослідження. Здійснення практичних досліджень зародження та розвитку тріщин контактно-втомного походження шляхом зношування рейок в лабораторних умовах. Методика реалізації. Для дослідження рейок на контактну пошкоджуваність була спроектована та виготовлена експериментальна установка. Установка встановлена на механічний однокривошипний прес моделі К 2322 номінальним зусиллям 16 тс. при номінальній частоті ходів – 120 за хвилину. Основна частина експериментальної установки містить вузол тертя "колесо-рейка". Силу притискування рейки до колеса забезпечує гідравлічна система. Для проведення досліджень була розроблена програма випробувань, яка передбачає двогодинні випробування, після яких проводяться дослідження на наявність дефектів (мікротріщин) на рейці. Дослідження на наявність дефектів проводяться методом магнітопорошкового неруйнівного контролю. Результати дослідження. Після проведених досліджень встановлено, що виникнення контактно-втомних тріщин в головці рейки відбулось приблизно після 200 тисяч циклів навантажень. Це в цілому збігається з результатами, представленими в інших роботах, в яких відмічається виникнення подібних пошкоджень після 190-290 тисяч циклів, залежно від властивостей рейкової сталі (твердості, шорсткості поверхні тощо). Висновки. Головною причиною зародження і розвитку контактно-втомних дефектів в головці рейки є недостатня контактно-втомна міцність рейкової сталі. Для проведення практичних досліджень в лабораторних умовах була розроблена методика, сконструйована та виготовлена експериментальна установка. Експериментальними дослідженнями встановлено, що виникнення дефектів на поверхні рейки спостерігається після 200-210 тисяч циклів навантажень. При подальшому збільшенні числа циклів навантажень відбувається швидкий розвиток існуючих контактно-втомних тріщин та утворення нових тріщин в зоні контакту.uk
dc.format.pagerangeP. 19-28uk
dc.identifier.citationThe research of the railway rail for analysis of surface initiated rolling contact fatigue cracks / Yurii Borodii, Pavlo Protsenko, Andrii Petryshyn, Eckart Uhlmann, Janis Thalau, Pavlo Lypovka, Volodymyr Horbyk, Viktor Hlukhovskyi // Mechanics and Advanced Technologies. – 2020. – №1 (88). – P. 19-28.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2521-1943.2020.88.190692
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/46721
dc.language.isoenuk
dc.publisherIgor Sikorsky Kyiv Polytechnic Instituteuk
dc.publisher.placeKyivuk
dc.sourceMechanics and Advanced Technologies, 2020, №1 (88)uk
dc.subjectrails and wheels of railway transportuk
dc.subjectrails wear of railway trackuk
dc.subjectcontact damageuk
dc.subjectdefects of railsuk
dc.subjectcontact-fatigue cracksuk
dc.subjectfluorescent magnetic particle inspection methoduk
dc.subjectрейки та колеса залізничного транспортуuk
dc.subjectзношування рейок залізничної коліїuk
dc.subjectконтактна пошкоджуваністьuk
dc.subjectдефекти рейокuk
dc.subjectконтактно-втомні тріщиниuk
dc.subjectмагнітопорошковий метод неруйнівного контролюuk
dc.subjectрельсы и колеса железнодорожного транспортаuk
dc.subjectизнос рельсов железнодорожного путиuk
dc.subjectконтактная повреждаемостьuk
dc.subjectдефекты рельсовuk
dc.subjectконтактно-усталостные трещиныuk
dc.subjectмагнитопорошковый метод неразрушающего контроляuk
dc.subject.udc691.795.2uk
dc.titleThe research of the railway rail for analysis of surface initiated rolling contact fatigue cracksuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
madt_2020-1_p19-28.pdf
Розмір:
3.77 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.01 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Mechanics and Advanced Technologies, № 1 (88)