donstuAdvanced Engineering Research (Rostov-on-Don)Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don)2687-1653Don State Technical University10.12737/19697donstu-72Research ArticleMECHANICSМЕХАНИКАStudy of kinetic performance effect on wheel and rail wear using computer simulationССЛЕДОВАНИЕ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ КИНЕТИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРЕНИЯ НА ИЗНОС КОЛЕС И РЕЛЬСОВЕвельсонЛев ИгоревичEvelsonLev I.levelmoscow@mail.ruПамфиловЕвгений АнатольевичPamfilovEvgeny A.pamfilov@bgita.ruЦыганковАлександр ГригорьевичTsygankovAlexander G.akt0@yandex.ruШиряеваЛюдмила ИгоревнаShiryaevaLudmila I.golf3_007@mail.ruБрянский государственный инженерно-технологический университетРоссияBryansk State Technical Engineering UniversityRussian Federation2016300620161621321Copyright © Evelson L.I., Pamfilov E.A., Tsygankov A.G., Shiryaeva L.I., 20162016Евельсон Л.И., Памфилов Е.А., Цыганков А.Г., Ширяева Л.И.Evelson L.I., Pamfilov E.A., Tsygankov A.G., Shiryaeva L.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-donstu.ru/jour/article/view/72

The study object is a “wheel - rail” system. The subject is the computer simulation of the system elements wear. The work objective is to investigate the wheel and rail wear dependence on the kinetic performance parameters. The problems solved here are analysis of the earlier proposed mathematical functions describing the kinetic performance for the presence of extremes, the functional behavior (growth, decrease, monotonicity, and unimodality, etc.) in various parameter ranges; implementation of the computer simulation of the wheelpair movement by rail with the quantitative estimation of the wheel and rail wear with various kinetic performance parameters; to determine qualitative influence patterns of the kinetic wear performance. The simulation is fulfilled by the software package “Universal Mechanism”. As a result, values of various characteristics related to wear (power, total and specific friction work) under different conditions of the kinetic friction performance are obtained. The conclusions are as follows. The kinetic friction performance parameters must be considered as they can significantly affect the wear within the range of the actual operating conditions in the course of the computer simulation. Under some conditions, there are cases when an increase in the friction coefficient is accompanied by a decrease in depreciation. It is proposed to continue the research in two main areas: determining the influence patterns on the kinetic friction performance and wear of the multiple actual factors, and studying the dynamic (at variable slip velocity) feature of friction effect on the parameter wear through the same procedure.

Объектом исследования является система «колесо - рельс». Предмет - компьютерное моделирование изнашивания элементов системы. Цель настоящей работы - изучение зависимости износа колес и рельсов от параметров кинетической характеристики трения. Задачи работы: проанализировать предлагавшиеся ранее математические функции, описывающие кинетическую характеристику трения, на наличие экстремумов, поведение (рост, убывание, монотонность, унимодальность и т. п.) в различных диапазонах изменения параметров; осуществить компьютерное моделирование движения колесной пары по рельсовому пути с вычислением количественных оценок износа колес и рельсов при разных параметрах кинетической характеристики трения; установить качественные закономерности влияния задаваемых при компьютерном моделировании параметров кинетической характеристики на износ. При моделировании использовался программный комплекс «Универсальный механизм». В результате получены значения различных характеристик, связанных с износом (мощность, суммарная и удельная работа силы трения), при разных сочетаниях параметров кинетической характеристики трения. Результаты работы позволяют сделать следующие выводы: при компьютерном моделировании движения железнодорожных экипажей необходимо учитывать параметры кинетической характеристики трения, так как в диапазонах значений, соответствующих реальным условиям, они могут существенно влиять на износ; при некоторых сочетаниях значений вышеупомянутых параметров наблюдаются ситуации, когда увеличение коэффициента трения сопровождается снижением износа. Предлагается продолжить исследование в двух основных направлениях: установление закономерностей влияния на кинетическую характеристику трения и износ многообразных реальных факторов и изучение по той же методике влияния на износ параметров динамической (при переменной скорости) характеристики трения.

трениеизноскинетическая характеристикаскорость скольжениякоэффициент тренияудельная работаколесорельскомпьютерное моделированиефакторыfrictionwearkinetic characteristicslip velocityfriction coefficientspecific workwheelrailcomputer simulationfactorsReferencesБогданов, В. М. Обеспечение устойчивой работы системы колесо - рельс на отечественных и зарубежных железных дорогах / В. М. Богданов // Вестник ВНИИЖТ. - 2010. - № 2. - С. 10-14.Bogdanov, V.М. Obespechenie ustoychivoy raboty sistemy koleso — rel's na otechestvennykh i zarubezhnykh zheleznykh dorogakh. [Ensuring stable operation of wheel – rail system on domestic and foreign railways.] Vestnik VNIIZHT, 2010, no. 2, pp. 10–14 (in Russian).Погорелов, Д. Ю. Компьютерное моделирование динамики рельсовых экипажей / Д. Ю. Погорелов // Механика и трибология транспортных систем - 2003 : сб. докладов междунар. конгресса. - Ростов-на-Дону, 2003. - Т. 1. - С. 226-231.Pogorelov, D.Y. Komp'yuternoe modelirovanie dinamiki rel'sovykh ekipazhey. [Computer simulation of the railway vehicle dynamics.] Mekhanika i tribologiya transportnykh sistem — 2003: sb. dokladov mezhdunar. kongressa. [Mechanics and tribology of transport systems – 2003: Proc. Int. Congress.] Rostov-on-Don, 2003, vol. 1, pp. 226–231 (in Russian).Use of Multibody System Approach for Torque and Drag Analysis of Long Drill Strings / D. Pogorelov [et al.] // 11th world congress computational mechanics. -Barcelona, 2014. - P. 688-699.Pogorelov, D., et al. Use of Multibody System Approach for Torque and Drag Analysis of Long Drill Strings. 11th world congress computational mechanics. Barcelona, 2014, pp. 688–699.Универсальный механизм - программный комплекс для моделирования динамики механических систем [Электронный ресурс] / Лаборатория вычислительной механики Брянского гос. техн. ун-та. - Режим доступа: http://www.umlab.ru (дата обращения: 20.02.16).Universal'nyy mekhanizm — programmnyy kompleks dlya modelirovaniya dinamiki mekhanicheskikh system. [Universal Mechanism - software for modeling the mechanical systems dynamics.] Computational Mechanics Laboratory, Bryansk State Technical University. Available at: http://www.umlab.ru (accessed: 20.02.16) (in Russian).Крагельский, И. В. Основы расчетов на трение и износ / И. В. Крагельский, М. Н. Добычин, В. С. Комбалов. - Москва : Машиностроение, 1977. - 526 с.Kragelskiy, I.V., Dobychin, M.N., Kombalov, V.S. Osnovy raschetov na trenie i iznos. [Basics of calculations for friction and wear.] Moscow: Mashinostroenie, 1977, 526 p. (in Russian).Крагельский, И. В. Фрикционные автоколебания / И. В. Крагельский, Н. В. Гитис. - Москва : Наука, 1987. - 182 с.Kragelskiy, I.V., Gitis, N.V. Friktsionnye avtokolebaniya. [Self-excited frictional oscillations.] Moscow: Nauka, 1987, 182 p. (in Russian).Евельсон, Л. И. Методология математического и компьютерного моделирования трибодинамических систем / Л. И. Евельсон. - Брянск : БГИТА, 2015. - 204 с.Evelson, L.I. Metodologiya matematicheskogo i komp'yuternogo modelirovaniya tribodinamicheskikh system. [Methodology of mathematical and computer modeling of tribodynamic systems.] Bryansk: BGITA, 2015, 204 p. (in Russian).Построение базы знаний для систематизации опыта исследований взаимодействия колеса и рельса // Л. И. Евельсон [и др.] // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2014. - № 4. - С. 21-26.Evelson, L.I., et al. Postroenie bazy znaniy dlya sistematizatsii opyta issledovaniy vzaimodeystviya kolesa i rel'sa. [Development of knowledge base for systematization of research experience concerning interaction between wheels and rail.] Herald of Computer and Information Technologies, 2014, no. 4, pp. 21–26 (in Russian).Захаров, С. М. Анализ влияния параметров экипажа и пути на интенсивность износа в системе колесо - рельс (на основе полного факторного эксперимента) / С. М. Захаров, Д. Ю. Погорелов, В. А. Симонов // Вестник научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. - 2010. - № 2. - С. 31-35.Zakharovв, S.М., Pogorelov, D.Yu., Simonov, V.A. Analiz vliyaniya parametrov ekipazha i puti na intensivnost' iznosa v sisteme koleso — rel's (na osnove polnogo faktornogo eksperimenta). [Analysis of influence of rolling stock and track parameters on indices determining wear rate at wheel – rail system.] Vestnik of the Railway Research Institute, 2010, no. 2, pp. 31–35 (in Russian).Евельсон, Л. И. Некоторые методы анализа трибологической информации / Л. И. Евельсон // Трение и износ. - 2003. - Т. 24, № 3. - С. 323-328.Evelson, L.I. Nekotorye metody analiza tribologicheskoy informatsii. [Some methods of analyzing tribological information.] Journal of Friction and Wear, 2003, vol. 24, no. 3, pp. 323–328 (in Russian).Evelson, L. Multilevel information model of tribological systems / L. Evelson, M. Rafalovskaya // International Conference WOM-2011. - Philadelphia, 2011. - P. 501.Evelson, L., Rafalovskaya, M. Multilevel information model of tribological systems. International Conference WOM-2011. Philadelphia, 2011, pp. 501.Evelson, L. Actuality and Perspectives of Triboinformatics / L. Evelson, M. Rafalovskaya // 5th World Tribology Congress. - Torino, 2013. - P. 70-71.Evelson, L., Rafalovskaya, M. Actuality and Perspectives of Triboinformatics. 5th World Tribology Congress. Torino, 2013, pp. 70–71.M. Ignesti, M. Malvezzi, L. Marini, E. Meli, and A. Rindi. Development of a wear model for the prediction of wheel and rail profile evolution in railway systems // Wear. - 2012. - Vol. 284/285. - P. 1-17.Ignesti, M., Malvezzi, M., Marini, L., Meli, E., and Rindi, A. Development of a wear model for the prediction of wheel and rail profile evolution in railway systems. Wear, 2012, vol. 284/285, pp. 1–17.A mathematical model to predict railway wheel profile evolution due to wear / F. Braghin [et al.] // Wear. - 2006. - Vol. 261. - P. 1253-1264.Braghin, F., et al. A mathematical model to predict railway wheel profile evolution due to wear. Wear, 2006, vol. 261, pp. 1253–1264.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.