DETERMINATION OF CONTACT STRESSES IN THE RAILS P50, WHICH ARE OPERATED IN THE METRO

Мета. В дослідженні необхідно:1) визначити об’ємний напружено-деформований стан головки рейки залізничної колії при взаємодії із колесами рухомого складу; 2) проаналізувати різні форми контактної взаємодії; 3) отримати дані, необхідні для розрахунку довговічності рейок залізничної колії. Методика. В основі розрахунку об’ємного напружено-деформованого стану лежить метод скінченних елементів. Задача розв’язувалася в пружній об’ємній постановці. При розв’язанні використовувались реальні геометричні параметри тіл. Результати. Авторами виконаний розрахунок об’ємного напружено-деформованого стану головки рейки залізничної колії при взаємодії із колесами рухомого складу для різних випадків геометрії контактуючих поверхонь. Представлено результати розрахунку, як у графічній, так і у табличній формах. Виконано порівняння різних варіантів умов контакту. Отримані результати проаналізовано та зроблено висновки щодо оптимальності умов контактної взаємодії. Наукова новизна. Отримані результати розрахунку показали, що за критерієм мінімізації контактних напружень у рейках типу Р50 для умов контакту, характерних для прямої ділянки колії, використання колеса рухомого складу з профілем за кресленням ЗАТ «МІНЕТЕК» не є найбільш раціональним рішенням. Найбільш раціональним у цьому випадку, серед розглянутих, є укладка рейок у колію з ухилом 1:20 та використання колеса з профілем поверхні кочення конусністю 1:10. Відсутність ухилу рейки нівелює всі переваги поверхні кочення колеса конусністю 1:10, і такий випадок контактної взаємодії є найменш раціональним. Практична значимість. Отримано результати аналізу контактної взаємодії головки рейки залізничної колії із колесом рухомого складу в тривимірній пружній постановці для різних умов контактної взаємодії. Ці дані можуть бути використані при оптимізації умов контактної взаємодії та науковому обґрунтуванні причин появи дефектів контактно-втомного походження в головках рейок залізничної колії. Представлену модель можна ускладнювати, враховуючи в розрахунках залишкові напруження в рейках, зміцнення поверхневого шару, наявність початкових дефектів у результаті недосконалості процесу виготовлення тощо.
Цель. В исследовании необходимо: 1) определить объемное напряженно-деформированное состояние головки рельс при взаимодействии с колесами подвижного состава; 2) проанализировать различные формы контактного взаимодействия; 3) получить данные, необходимые для расчета долговечности рельсов железнодорожного пути. Методика. В основе расчета объемного напряженно-деформированного состояния лежит метод конечных элементов. Задача решалась в упругой объемной постановке. При решении использовались реальные геометрические параметры тел. Результаты. Авторами выполнен расчет объемного напряженно-деформированного состояния головки рельс при взаимодействии с колесами подвижного состава для различных случаев геометрии контактирующих поверхностей. Представлены результаты расчета, как в графической, так и в табличной форме. Выполнено сравнение различных вариантов условий контакта. Полученные результаты проанализированы, и сделаны выводы относительно оптимальности условий контактного взаимодействия. Научная новизна. Полученные результаты расчета показали, что по критерию минимизации контактных напряжений в рельсах типа Р50 для условий контакта, характерных для прямого участка пути, использование колеса подвижного состава с профилем по чертежам ЗАО «МИНЕТЕК» не является наиболее рациональным решением. Наиболее рациональным в этом случае, среди рассмотренных, является укладка рельсов в пути с подуклонкой 1:20 и использование колеса с профилем поверхности катания конусностью 1:10. Отсутствие подуклонки рельса нивелирует все преимущества поверхности катания колеса конусностью 1:10, и такой случай контактного взаимодействия является наименее рациональным. Практическая значимость. Получены результаты анализа контактного взаимодействия головки рельс с колесом подвижного состава в трехмерной упругой постановке для различных условий контактного взаимодействия. Эти данные могут быть использованы при оптимизации условий контактного взаимодействия и научном обосновании причин появления дефектов контактно-усталостного происхождения в головках рельсов железнодорожного пути. Представленную модель можно усложнять, учитывая в расчетах остаточные напряжения в рельсах, упрочнение поверхностного слоя, наличие начальных дефектов в результате несовершенства процесса изготовления и др.
Purpose. In the research one should do: 1) to determine a 3-d stress-strain state of the rail head in contact with the rolling wheels; 2) to analyze different forms of contact interaction; 3) to obtain the data necessary to calculate the durability of railway track rails. Methodology. The basis for calculating the 3-d stress-strain state is the finite element method. The basis for calculating the volume of the stress-strain state is the finite element method. The problem was solved in the elastic 3-D conditions. Real geometrical bodies parameters were used during the solving. Findings. The calculation of the 3-d stress-strain state of the rail head in contact with the rolling wheels for various cases of the contact surfaces geometry is performed. The results of calculation are presented in the graphic and tabular form. The comparison of different options contact conditions is performed. The results are analyzed and conclusions about the optimality conditions of contact interaction are made. Originality. The results of the calculation showed that within the criterion of minimizing the contact stresses in the rails P50 for the conditions specific to the direct contact route section, the use of rolling wheels with a profile according to the drawings of CJSC «MINETEK» is not the most rational decision. The most rational in this case, among the considered is the laying of rails in track with gradient 1:20 and the use of the wheel with the rolling surface profile of 1:10 conicity. The lack of rail gradient eliminates the benefits of the wheel running surface with 1:10 conicity, and a case of contact interaction is the least rational. Practical value. The results of analysis of the contact interaction of the rail head with a rolling stock wheel in a three-dimensional elastic formulation for different conditions of contact interaction were obtained. These data can be used to optimize the conditions of contact interaction and scientific substantiation of the causes of defects of the contact fatigue origin in the railway railhead. The presented models can be upgraded, including the residual stresses in the rails, hardening of the surface layer, and the presence of initial defects as a result of imperfections in the manufacturing process and others in the calculations.