Creating a strain-gauge wheel set model using software package «Universal mechanism»
Keywords:
strain-gauge wheelset, vertical force, lateral force, wheel-rail contact, stress-strain state, rolling stock, the «Universal Mechanism» software packageAbstract
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.
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.