Search

There are several fatigue-based approaches that estimate the evolution of Rolling Contact Fatigue (RCF) on rails over time, built to be used in tandem with Multi-Body Simulations of vehicle dynamics. However, most of the models are not directly comparable with each other since they are based on different physical models even though they shall predict the same RCF damage at the end. This article studies different approaches to quantifying RCF and puts forward a measure for the degree of agreement between them. The methodological framework studies various steps in the RCF quantification procedure within the context of one another, identifies the ‘primary quantification step’ in each approach and compares results of the fatigue analyses. In addition to this, two quantities - ‘similarity’ and ‘correlation’ have been put forward to give an indication of mutual agreement between models. Four widely used surface-based and subsurface-based fatigue quantification approaches with varying complexities have been studied. Different operational cases corresponding to a metro vehicle operation in Austria have been considered for this study. Results showed that the best possible quantity to compare is the normalized damage increment per loading cycle coming from different approaches. Amongst the methods studied, approaches that included the load distribution step on the contact patch showed higher similarity and correlation in their results. While the different approaches might qualitatively agree on whether contact cases are ‘damaging’ due to RCF, they might not quantitatively correlate with the trends observed for damage increment values., QC 20211102

A new High Pressure Torsion (HPT) set-up has been developed for assessing the effect of third body materials in the wheel/rail interface in a representative and controlled manner. In this study the technique has been used to investigate the effect of small amounts of water and iron oxides mixtures when subjected to different contact pressures. HPT tests showed reduction in adhesion relative to a dry contact when testing with small amounts of water and/or oxides, however sustained low adhesion (mu < 0.05) was not produced. To aid interpretation of the results a model has been developed to explore the behavior encountered when testing with water and iron oxide mixtures. The model relates the shear properties of water and oxide mixtures (with increasing solid content) to a predicted adhesion. The model shows a narrow window of water to oxide fraction is required for reduced adhesion, particularly on rough surfaces, and this correlates with the behavior observed., Za účelem hodnocení vlivu mezilehlé vrstvy v kontaktu kolo-kolejnice byla vytvořen experimentální postup využívající zařízení HPT (High Pressure Torsion - krut při vysokém tlaku). V této studii byla tato metoda využita pro vyšetřování vilvu malého množství vody a směsí železných oxidů za podmínek různých kontaktních tlaků. Zkoušky HPT s malým množstvím vody a s oxidy železa ukázaly snížení adheze oproti suchému kontaktu, avšak ustálená extrémně nízká úroveň adheze (mí < 0.05) nebyla dosažena. Pro lepší interpretaci výsledků byl vytvořen model, který reprezentuje chování za podmínek zkoušky s vodou a oxidy železa. Model dává do souvislosti smykové vlastnosti vody a oxidů železa (s narůstajícím podílem tuhé složky) s predikovanou úrovní adheze. Model ukazuje, že výrazné snížení adheze nastává v úzkém rozsahu podílu vody a oxidů, zejména při vyšší drsnosti povrchů, což odpovídá pozorovanému chování.

Low adhesion in the wheel/rail contact can be caused by small amounts of water combining with iron oxides. This happens in light rain or at dew point. In small-scale tests, ultra-low adhesion (<= 0.05) has not been maintained. The aim here was to see if the mechanism could be realized at a larger scale. Sustained ultra-low adhesion was achieved when water was applied constantly to the wheel/rail contact at a rate of 25 mu L/s. In these conditions wear debris and oxide was clearly visible in the contact band. Creep force data has been generated that can now be used to inform wheel/rail contact models and multi-body dynamics simulations of train behaviour with a view to developing mitigation., Snížená adheze v kontaktu kola a kolejnice může být způsobena malým množstvím vody v kombinaci s oxidy železa, k čemuž v provozu dochází při lehkém dešti nebo v blízkosti rosného bodu. Při zkouškách ve zmenšeném měřítku nebyla udržitelná extrémně nízká úroveň adheze (<= 0.05) zaznamenána. Cílem této studie bylo pozorování tohoto mechanismu ve větším měřítku; při ustáleném přívodu vody v množství 0.025 ml/s byla skutečně dosažena udržitelná extrémně nízká adheze. Za těchto podmínek byl v kontaktu jasně patrný výskyt částic opotřebení a železných oxidů. Experimenty poskytly adhezní charakteristiky, jež lze využít jako vstup pro modely kontaktu kola a kolejnice a simulace směřující k vývoji opatření pro zvýšení adheze.

In this work, the authors present a methodology for assessing running gear with respect to rolling contact fatigue of wheels and rails. This assessment is based on the wheel/rail contact data of different wheel profile wear states obtained from a wheel profile prediction methodology. The approach allows a cumulative assessment of the rolling contact fatigue of rails in different curve radii (e.g. the sum of damage over the lifetime of wheel profiles). Furthermore, the assessment of the rolling contact fatigue can be undertaken at different wear states of the wheel profiles to provide an insight on how the rolling contact fatigue of wheels and rails varies depending on the evolution of wheel wear. The presented methodology is exemplarily applied to two bogie types, the UIC-Y25 standard bogie and the so-called FR8RAIL bogie with a mechanical wheelset steering device. The presented methodology has been shown to be a useful tool for the optimisation of vehicles already in an early stage of the vehicle development process., QC 20191111, FR8RAIL (Grant Agreement No. 730617)

A computationally efficient engineering model to predict adhesion in rolling contact in the presence of water is presented which may be implemented in multibody dynamics software or in railway vehicle braking models. This model has been developed in a project funded by the Rail Safety and Standards Board (RSSB) and Network Rail. It is referred to as the water-induced low adhesion creep force (WILAC) model. The model covers a wide range of conditions from dry over damp to wet. Special emphasis is put on little amounts of water which can cause low adhesion without any oil or grease. Such conditions may be encountered in humid weather or at the onset of rain. The model is parameterised based on experimental results from a tram wheel test rig. Adhesion values as low as 0.06 are observed at high creep with only wear debris and little water present in the contact. The model results also agree with experimental data from locomotive tests in dry and wet conditions., V tomto článku je představen výpočetně efektivní model pro predikci adheze ve valivém kontaktu za přítomnosti vody, který lze využít v softwaru pro dynamiku soustav tuhých těles nebo v modelech brzdění železničních vozidel. Tento model byl vyvinut v projektu financovaném organizací Rail Safety and Standards Board (RSSB) a Network Rail. Je označen jako model skluzových sil při nízké adhezi způsobené vodou (angl. zkratka WILAC). Model pokrývá široký rozsah podmínek od suchých přes vlhké až po mokré povrchy. Zvláštní pozornost je věnována malému množství vody, jež může výrazně zhoršit adhezi i bez přítomnosti oleje či tuku. Takové podmínky mohou nastat ve vlhkém počasí nebo při začátku deště. Parametry modelu jsou stanoveny na základě experimentálních výsledků na zkušebním stavu tramvajového kola. Při nich byly pozorovány hodnoty součinitele adheze klesající až k 0,06 při vyšším skluzu, přičemž v kontaktu byly přítomny jen částice opotřebení a malé množství vody. Výstupy modelu rovněž souhlasí s daty získanými na lokomotivách v suchých a mokrých podmínkách.