Можливості підвищення безпеки руху рейкових екіпажів з колесами, що незалежно обертаються

Автор(и)

  • Євген Валентинович Михайлов Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля
  • Станіслав Олександрович Семенов Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля
  • Я. Діжо Жилінський університет в Жиліні
  • М. Блатніцкі Жилінський університет в Жиліні

DOI:

https://doi.org/10.31649/2413-4503-2023-18-2-110-119

Ключові слова:

колесо, конструктивна схема, гребінь, рейка, взаємодія, тертя, безпека руху, вкочування гребеня на рейку, схід колеса з рейки.

Анотація

Одним із перспективних шляхів для досягнення високої швидкості та плавності ходу рейкових екіпажів при стійкому русі в прямих ділянках колії та покращення характеристик вписування екіпажів у криві є використання в їх ходових частинах коліс, що незалежно обертаються. Такі ходові частини набувають вже достатньо широкого розповсюдження, наприклад, в екіпажах міського рейкового транспорту. Але колеса, що незалежно обертаються, можуть обертатися в колісній парі навколо спільної осі з різними кутовими швидкостями. З цього випливає, що при їх русі не виникають поздовжні сили крипа, які формують момент, що управляє, і центрують колісну пару в рейковій колії. Це може призвести до підвищення кутів набігання коліс на рейки, збільшення бічних сил та пришвидшення зношування коліс і рейок. А це підвищує схильність екіпажів з колесами, що незалежно обертаються, до сходу з рейки по вкочуванню гребеня на головку рейки.

 Накопичений світовий досвід експлуатації подібних транспортних засобів підтверджує це. Для подолання зазначених недоліків коліс, що незалежно обертаються, запропоновано низку різноманітних технічних рішень. Деякі з них стосуються забезпечення заданої пружно-дисипативної характеристики торсійного зчленування коліс у колісній парі. Перспективним є напрям вдосконалення характеристик зв’язків колісних пар із візком і візків із кузовом екіпажу, використання мехатронних систем контролю положення колісних пар у горизонтальній площині для їх радіальної установки у криволінійних ділянках колії. У цій роботі приділена увага питанням використання в конструкції незалежно обертових коліс перспективної конструктивної схеми, що допускає незалежне обертання опорної поверхні колеса та його напрямної поверхні (гребеня), зокрема і з позицій безпеки руху по вкочуванню гребеня на головку рейки. Досліджено вплив перспективної конструктивної схеми колеса порівняно з традиційною конструктивною схемою колеса на безпеку руху по сходу з рейки.

Проаналізовано особливості розподілу сил тертя в гребеневому контакті під час руху по рейкам коліс обох конструктивних схем. Для колеса традиційної конструктивної схеми модуль та напрямок вектора сили тертя в гребеневому контакті однозначно визначаються геометричними характеристиками контактування колеса і рейки та кутовою швидкістю обертання колеса. Водночас при русі колеса перспективної конструктивної схеми напрям і модуль вектора сили тертя гребеня по рейці залежать ще й від співвідношення кутових швидкостей обертання опорної поверхні колеса і його напрямної поверхні (гребеня) навколо загальної осі. Отримані результати дають змогу зробити висновок про доцільність використання перспективної конструктивної схеми в колесах, що незалежно обертаються, для підвищення безпеки руху рейкових транспортних засобів.

Біографії авторів

Євген Валентинович Михайлов, Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля

канд. техн. наук, доцент, доцент кафедри логістичного управління та безпеки руху на транспорті

Станіслав Олександрович Семенов, Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля

канд. техн. наук, доцент, доцент кафедри логістичного управління та безпеки руху на транспорті

Я. Діжо, Жилінський університет в Жиліні

Ph.D., Associate Professor, Deputy Head of the Department of Transport and Hoisting and Transport Machines for Academic Affairs

М. Блатніцкі, Жилінський університет в Жиліні

Ph.D., Associate Professor, Associate Professor of the Department of Transport and Transport Vehicles

Посилання

Dukkipati R. V., Swamy S. N., Osman M. O. Independently rotating wheel systems for railway vehicles – A state-of-the-art review. Vehicle system dynamics. 1992. Volume 21:5. Р. 297–330. URL: https://doi.org/10.1080/00423119208969013

Liang B., Iwnicki S. D. An experimental study of independently rotating wheels for railway vehicles. IEEE Proc. Int. Conf. Mechatronics and Automation, 2007, 2282–2286. URL: https://doi.org/10.1109/ICMA.2007.4303908.

. Zaazaa K. E., Whitten B. Effect of independently rotating wheels on the dynamic performance of railroad vehicles. Рroceedings of the ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition. 2007. No 16. Р. 467–477. URL: https://doi.org/10.1115/IMECE2007-43645

Controlling a Rail Vehicle with Independently-Rotating Wheels / Farhat Nabilah at al. Advances in Dynamics of Vehicles on Roads and Tracks, 2020. Р. 31–39. ISBN (Print) 9783030380762, https://doi.org/10.1007/978-3-030-38077-9_4

Bracciali Andrea. Railway Wheelsets: History, Research and Developments. International Journal of Railway Technology. 2016. No 5:1. Р. 23–52. URL: https://doi.org/10.4203/ijrt.5.1.2

Goodall Roger, Li Hong. Solid Axle and Independently-Rotating Railway Wheelsets – A Control Engineering Assessment of Stability. Vehicle System Dynamics. 2000. No 33:1. Р. 57–67. URL: https://doi.org/10.1076/0042-3114(200001)33:1;1-5;FT057

Bracciali Andrea, Megna Gianluca. Contact mechanics issues of a vehicle equipped with partially independently rotating wheelsets. Wear. 2016. Р. 366–367, 233–240. URL: https://doi.org/10.1016/j.wear.2016.03.037

Combined active steering and traction for mechatronic bogie vehicles with independently rotating wheels / Perez J., Busturia Jesus M., Mei T. X., Vinolas J. Annual Reviews in Control. 2004. No 28. Р. 207–217. URL: https://doi.org/10.1016/j.arcontrol.2004.02.004

Study of rail vehicles movement characteristics improvement in curves using fuzzy logic mechatronic systems / M. Kapitsa at al. Energy-Optimal Technologies, Logistic and Safety on Transport (EOT-2019): 2nd International Scientific and Practical Conference. MATEC Web of Conferences, 2019, 294, 03019. URL: https://doi.org/10.1051/matecconf/201929403019

Mechatronic System of Control Position of Wheel Pairs by Railway Vehicles in the Rail Track / E. Mikhailov at al. AIP Conference Proceedings, 2019, 2198, 020009, URL: https://doi.org/10.1063/1.5140870

Active suspension in railway vehicles: a literature survey / Bin Fu at al. Railway Engineering Science. 2020. No 28. Р. 3–35. URL: https://doi.org/10.1007/s40534-020-00207-w

Upadhyay R. Reduced wear wheels and railshyay. International Railway Journal. 2000. No 7. Р. 33–34.

Wilson Nicholas, Shu Xinggao, Kramp Ken. Effects of Independently Rolling Wheels on Flange Climb Derailment. ASME 2004 International Mechanical Engineering Congress and Exposition: IMECE2004-60293, 2008. Р. 21–27. URL: https://doi.org/10.1115/IMECE2004-60293

Opala Michał. Study of the derailment safety index Y/Q of the low-floor tram bogies with different types of guidance of independently rotating wheels. Archives of Transport. 2016. No 38:2. Р. 39–47. URL: https://doi.org/10.5604/08669546.1218792

Shen G., Zhou J., Ren L. Enhancing the resistance to derailment and side-wear for a tramway vehicle with independently rotating wheels. Vehicle System Dynamics. 2006. No 44:1. Р. 641–651. URL: https://doi.org/10.1080/00423110600882738.

Wu H., Wilson N. Railway vehicle derailment and prevention. Handbook of Railway Vehicle Dynamics / S. Inwicki (ed.). Taylor & Francis, UK, 2006. Р. 209–238. ISBN 1420004891, 9781420004892.

Study on the derailment behaviour of a railway wheelset with solid axles in a railway turnout / Jingmang Xu at al. Vehicle System Dynamics. 2020. No 58:1. Р. 123–143. URL: https://doi.org/10.1080/00423114.2019.1566558

On The Issue Of Wheel Flange Sliding Along The Rail / E. Mikhailov, S. Semenov, S. Sapronova, V. Tkachenko. Proceedings of the International Conference TRANSBALTICA, May 2–3, 2019, Vilnius, Lithuania / К. Gopalakrishnan, О. Prentkovskis, І. Jackiva, R. Junevičius (eds). 2019. Р. 377–385. ISBN (Print) 978-3-030-38665-8. URL: https://doi.org/10.1007/978-3-030-38666-5_40

Dukkipati Rao. Vehicle Dynamics. Narosa Publishing House. 2000. 591 р. ISBN (Print) 0-8493-0976-X.

Reduction of Kinematic Resistance To Movement Of the Railway Vehicles / E. Mikhailov, S. Semenov, V. Tkachenko, S. Sapronova. MATEC Web of Conferences, 2018, 235, 00033. URL: https://doi.org/10.1051/matecconf/201823500033

Research of possibilities of reducing the driving resistance of a railway vehicle by means of the wheel construction improvement / E. Mikhailov, S. Semenov, J. Dižo, K. Kravchenko. TRANSCOM 2019: Procedings of the 13th International Scientific Conference on Sustainable, Modern and Safe Transport. Slovak Republic, 2019, May 29–31, Vol. 40. Р. 831–838. URL: https://doi.org/10.1016/j.trpro.2019.07.117

Nadal M. J. Locomotives a Vapeur. Collection Encyclopedie Scientifique, Biblioteque de Mecanique Appliquee et Genie. Paris, 1908, Vol. 186.

##submission.downloads##

Переглядів анотації: 36

Опубліковано

2024-02-14

Як цитувати

[1]
Є. В. Михайлов, С. О. Семенов, Я. . Діжо, і М. . Блатніцкі, «Можливості підвищення безпеки руху рейкових екіпажів з колесами, що незалежно обертаються», ВМТ, вип. 18, вип. 2, с. 110–119, Лют 2024.

Номер

Розділ

Articles

Метрики

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.