Creating a strain-gauge wheel set model using software package «Universal mechanism»

Authors

  • Mikhail G. Akashev Scientific-Research and Design-Technology Institute of Rolling Stock
  • Anatolii N. Savos’kin Russian University of Transport
  • Vitalii V. Chunin Scientific-Research and Design-Technology Institute of Rolling Stock

Keywords:

strain-gauge wheelset, vertical force, lateral force, wheel-rail contact, stress-strain state, rolling stock, the «Universal Mechanism» software package

Abstract

Achieving a continuous process of wheel-rail interaction could solve most of the problems in the field of railway traffic safety. Scientists have been studying the issue of determining forces in the wheel-rail contact since the middle of the last century, and it is still relevant. Modern technologies have stepped far ahead, which allows to create measuring instruments of a better quality, including a strain-gauge wheel set. At the same time, insufficient attention has been paid to the simulation of strain-gauge wheel sets, although this is a very important task allowing to answer many questions and solve some problems of creating such a measuring tool at the design stage. The article describes the process of creating a strain-gauge wheel set model using software package «Universal Mechanism» based on the existing patent design. Such stages of the model creation are considered as preparation of a finite-element elastic wheel set, determination of locations of strain gauges. The wheel stress-strain state during its rotation is analyzed and the optimal number of strain gauges is determined to further obtain continuous random processes of the wheel-rail interaction. The resulting model has shown good convergence of results in determining vertical and lateral forces in the wheel-rail contact. At the same time, there are many aspects to be studied that would help to improve the strain-gauge wheel set model.

Author Biographies

Mikhail G. Akashev, Scientific-Research and Design-Technology Institute of Rolling Stock

Leading Engineer of the Department of Track and Special Rolling Stock

Anatolii N. Savos’kin, Russian University of Transport

Doctor of Engineering Science, Full Professor, Professor of the Department of Electric Trains and Locomotives

Vitalii V. Chunin, Scientific-Research and Design-Technology Institute of Rolling Stock

Head of Wheel set Laboratory of the Department of Strength

References

Konishi S., Nakamura H. An Example of the measured loads on the wheel set // Bulletin of the JSME. 1959. Vol. 2 (8). Pp. 526−532.

Konishi S. Measurement of loads on wheel set // Transaction of the JSME. 1967. Vol. 8. № 3. Pp. 26–29.

Prigge Braunschweig W. Die Beanspruchung einer einfachgewellten Eisenbahnradscheibe. Ermittlung der Spannungen durch spannungsoptische Verfahren // Glasers annalen. 1959. Vol. 83 (4). Pp. 132−136.

Olson P.E., Johnsson S. Seitenkrafte zwischen Rad und schiene // Glasers annalen. 1959. № 5. Рp. 153–161.

Weber H.H. Zur direkten Messung der Krafte zwischen Rad und Schiene // Elektrische Bahnen. 1961. № 5. Рp. 93−110.

Измерение геометрии пути с учетом характеристик подвижного состава // Железные дороги мира. 2007. № 8. С. 74−77.

Шафрановский А.К. Непрерывная регистрация вертикальных и боковых сил взаимодействия колеса и рельса. М. : Транспорт, 1965. 96 с.

Шафрановский А.К. Измерения и непрерывная регистрация сил взаимодействия колесных пар локомотивов с рельсами. М. : Транспорт, 1969. 120 с.

Сасковец В.М. Измерение вертикальных и горизонтальных сил, действующих на колесную пару вагона // Сборник трудов ВНИИЖТ. 1977. № 572. С. 28−36.

Коваль В.А., Кажаев А.Н. Метод измерения динамических сил с большой дискретизацией по длине пути с помощью тензометрической колесной пары // Решение задач взаимодействия подвижного состава и пути реального очертания : сб. науч. тр. М. : Транспорт 1985. С. 49−57.

Пат. 2441206 Рос. Федерация. Устройство для измерения вертикальных и боковых сил взаимодействия между колесом и рельсом / О.Г. Краснов, А.Л. Бидуля, В.С. Коссов и др. № 2010144830/28 ; заявл. 02.11.2010 ; опубл. 27.01.2012, Бюл. № 3. 7 с.

Пат. 2591739 Рос. Федерация. Устройство для измерения вертикальных и боковых сил взаимодействия между колесом и рельсом / А.Я. Коган, О.А. Суслов, А.Н. Кажаев. № 2015116322/28 ; заявл. 29.04.2015 ; опубл. 20.07.2016, Бюл. № 20. 15 с.

Пат. 2682567 Рос. Федерация. Устройство сбора информации и способ оценки результатов взаимодействия между колесом и рельсом / А.В. Третьяков, К.В. Елисеев, М.В. Зимакова и др. № 2017143085 ; заявл. 08.12.2017 ; опубл. 19.03.2019, Бюл. № 8. 13 с.

Моделирование динамики железнодорожных экипажей : руководство пользователя // Universal mechanism : сайт. URL: http://www.universalmechanism.com/download/90/rus/08_um_loco.pdf (Дата обращения 18.10.2022).

Моделирование упругих тел : руководство пользователя // Universal mechanism : сайт. URL: http://www.universalmechanism.com/download/90/rus/11_um_fem.pdf (Дата обращения 18.10.2022).

Моделирование динамики железнодорожных экипажей с учетом упругости колесных пар : руководство пользователя // Universal mechanism : сайт. URL: http://www.universalmechanism.com/download/90/rus/28_um_flexible_wheelset.pdf (Дата обращения 18.10.2022).

Тензометрия в машиностроении / Р.А. Макаров, А.Б. Ренский, Г.Х. Боркунский и др. М. : Машиностроение, 1975. 287 с.

ГОСТ 10791-2011. Колеса цельнокатаные. Технические условия. Введ. 2012–01–01. М. : Стандартинформ, 2011. 49 с.

Published

2022-12-30

How to Cite

Акашев, М. Г., Савоськин, А. Н., & Чунин, В. В. (2022). Creating a strain-gauge wheel set model using software package «Universal mechanism». Modern Technologies. System Analysis. Modeling, (4(76), 81-91. Retrieved from https://ojs.irgups.ru/index.php/stsam/article/view/890