Varlık Yönetiminde Ray ve Tekerlek Etkileşimi Öncül Değerlendirmesi

Year 2022, , 84 - 96, 31.01.2022

Pelin Boyacioglu

https://doi.org/10.47072/demiryolu.1024862

Abstract

Demiryollarında varlık yönetimi daha güvenilir ve az maliyetli hizmet sunulabilmek amacıyla alt sistemlerde yer alan tüm bileşen ve malzemelerin ömür maliyetlerini incelemektedir. Böylelikle, varlıkların tasarım ve yapım süreçlerinden başlayarak işletme, bakım ve tasfiye aşamaları en etkili şekilde planlanması ve sürdürülmesiyle ilgilenmektedir.

Varlık yönetimi altında ray ve tekerlek etkileşimi detaylı simülasyon ve modelleme yöntemleri kullanılarak uygun profil ve malzeme seçimi ve bakım sürelerinin incelenmesi ile ömür maliyetlerinin azaltılması amaçlanmaktadır. Bu tür çalışmalar ilave zaman ve maliyet gerektireceği için öncellikle ray-tekerlek arayüzünde meydana gelen temas noktası parametrelerinin incelenip hasar ve aşınma durumlarına olan yatkınlıklıkları öncül değerlendirmede ele alınmalıdır.

Bu çalışmada Avrupa’daki bir Altyapı Yöneticisi’ne ait ray ve tekerlek profillerinin tasarım (yeni) ve işletme altındaki (aşınmış) durumları incelenip ray-tekerlek temas analizleri gerçekleştirilmiştir. İlk adımda işletme altında aşınmış profillerde yaşanan değişimler gösterilirken sonraki adımlarda temas analizi parametreleri yeni durumdaki değerlerle karşılaştırılmıştır. Hesaplanan öncül temas analizleri sırasıyla yuvarlanma yarıçapı farklılıkları, eşdeğer koniklik, temas noktası ve ilgili parametreleri kapsamıştır. Hem profil analizi hem de yuvarlanma yarıçapı farklılıkları, ray-tekerlek etkileşiminde ani buden temasının gerçekleşebileceğini ve bu durumun aşınma ve hasara yatkınlığı arttırabileceğini göstermiştir. Yeni profil durumunun işletmede seçilen 130 ve 653 m yarıçaplı kurplardaki durumlara oranla daha yatkın olduğu gözlemlenmiştir. Bu durumun yeni profillerde aşınma ve hasar oluşumlarını hızlandırabileceği fakat, işletme altında profillerde yaşanan değişimlerle daha konformal temas oluşabileceği ve böylelikle varlıkların ömürlerinin artabileceği söylenebilir.

Keywords

Varlık Yönetimi, Ray-Tekerlek Teması, Raylı Araçları Dinamiği, Temas Mekaniği, Ray-Tekerlek Aşınma ve Hasarları

Preliminary Analysis of Wheel-Rail Interaction in the Asset Management

Abstract

Asset management in railways examines the lifecycle costs of components and materials in all the subsystems in order to provide reliable and cost-efficient services. Therefore, it is interested in effective planning and management of the assests starting from the design and construction stages to the operation, maintenance and disposal stages.

Examination of rail and wheel interaction under asset management is conducted using detailed simulations and modelling to select a suitable profile and material and analyse maintenance intervals aiming to reduce its lifecycle costs. However, this type of investigations may require additional time and costs. Therefore, preliminary analysis should be carried out to analyse the parameters generated at the wheel-rail interface and their susceptibility to wear and cracking.

In this study, the rail and wheel profiles under the design (new) and operation (worn) conditions were examined and wheel-rail contact analysis was conducted which are used by an Infrastructure Manager in Europe. In the first step, the changes in the worn profiles during the operations were presented and the contact parameters were compared with the new condition in the subsequent steps. The preliminary contact analysis covered the rolling radius difference, equivalent conicity, contact postion and related parameters. Both the analysis of profiles and rolling radius differences showed the sudden flange contact generation and the wear and cracking susceptibility at the wheel-rail interaction. In comparison to operation which are shown by the use of profiles under 130 m and 653 m radii curves, the new profiles seemed to be more vulnerable. This may fasten the generation of wear and cracking in the early stages, but, the changes in the worn profiles during the operation may produce more conformal contacts which may in turn potentially help to increase the assets life.

Keywords

Asset Management, Rail-Wheel Contact, Rolling Stock Dynamics, Contact Mechanics, Rail-Wheel Wear and Cracking

References

• [1] A. Ekberg, A, Bengt, E. Kabo, "Wheel/rail rolling contact fatigue–Probe, predict, prevent." Wear, vol. 314.1-2, 2014, 2-12.
• [2] B. Dirks, R. Enblom, A. Ekberg, M. Berg, "The development of a crack propagation model for railway wheels and rails." Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, vol 38.12, 2015, 1478-1491.
• [3] T. Jendel, "Prediction of wheel profile wear—comparisons with field measurements." Wear, vol 253.1-2, 2002, 89-99.
• [4] W. Schoech, R. Heyder, R. Dollevoet. "Specific railhead profiles to control rolling contact fatigue,-design and maintenance, the European approach." 8th International Conference on Contact Mechanics and Wear of Rail/Wheel Systems (CM2009). CM2009, 2009.
• [5] U. Olofsson, Y. Zhu, A. Saeed, R. Lewis, S. Lewis, "Tribology of the wheel–rail contact–aspects of wear, particle emission and adhesion," Vehicle System Dynamics, vol. 51, no. 7:1091-1120, 2013.
• [6] M. Asplund, M. F. Stephen, W. Schoech. "A Nordic heavy haul experience and best practices," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, vol. 231, no. 7:794-804, 2017.
• [7] B. Dirks, R. Enblom, "Prediction model for wheel profile wear and rolling contact fatigue," Wear, vol. 271, no. 1-2: 210-217, 2010.
• [8] Railway applications. Method for determining the equivalent conicity, BS EN 15302, 1st ed. Brussels: CEN; 2008
• [9] H. Hertz, “On the contact of rigid elastic solids and on hardness,” In: Schott, J.A. (Ed.), Miscellaneous papers by H. Hertz. MacMillan, London, pp. 164–183
• [10] S. Iwnicki, Handbook of railway vehicle dynamics. Boca Raton: CRC/Taylor & Francis, 2006
• [11] I, Sebesan, Z. Yahia, "Determination of wheel-rail contact characteristics by creating a special program for calculation." Mathematical Modelling in Civil Engineering vol. 10.3: 48-59, 2014.
• [12] I. Y. Shevtsov, PhD Thesis ‘Wheel/rail interface optimisation’, Delft University of Technology, 2008.