BADANIA STANOWISKOWE ZJAWISK TERMICZNYCH ZACHODZĄCYCH W UKŁADZIE KOŁO KOLEJOWE KLOCEK HAMULCOWY

Podobne dokumenty
AERODYNAMIKA UKŁADU KOŁO KOLEJOWE - KLOCEK HAMULCOWY I JEJ WPŁYW NA OBCIĄŻENIA TERMICZNE

BADANIA CERTYFIKACYJNE NAKŁADEK WĘGLOWYCH CERTIFICATION RESEARCHES OF CARBON CONTACT STRIPS

HAMULEC KLOCKOWY ZACHOWANIE PAR CIERNYCH ŻELIWO STAL, KOMPOZYT STAL W WARUNKACH SKRAJNYCH OBCIĄŻEŃ CIEPLNYCH

POJAZDY SZYNOWE 2/2014

PRÓBY EKSPLOATACYJNE KOMPOZYTOWYCH WSTAWEK HAMULCOWYCH TOWAROWEGO

BADANIA UKŁADÓW HAMULCOWYCH POJAZDÓW SZYNOWYCH W ZAKRESIE ODPORNOŚCI NA OBCIĄŻENIE CIEPLNE TESTING THE BRAKE SYSTEM ENERGY LIMITS OF RAIL VEHICLES

Ocena kontaktu okładziny ciernej z tarczą hamulcową metodą termowizyjną

Wojciech SAWCZUK * Streszczenie

Badania tribologiczne par ciernych hamulca kolejowego według istniejących regulacji prawnych

WYKORZYSTANIE MES DO WYZNACZANIA WPŁYWU PĘKNIĘCIA W STOPIE ZĘBA KOŁA NA ZMIANĘ SZTYWNOŚCI ZAZĘBIENIA

Materiałowe i technologiczne uwarunkowania stanu naprężeń własnych i anizotropii wtórnej powłok cylindrycznych wytłaczanych z polietylenu

LABORATORIUM PKM. Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn. Badanie statycznego i kinetycznego współczynnika tarcia dla wybranych skojarzeń ciernych

BADANIA SYMULACYJNE PROCESU HAMOWANIA SAMOCHODU OSOBOWEGO W PROGRAMIE PC-CRASH

IDENTYFIKACJA I ANALIZA PARAMETRÓW GEOMETRYCZNYCH I MECHANICZNYCH KOŚCI MIEDNICZNEJ CZŁOWIEKA

WYKORZYSTANIE METOD SZTUCZNEJ INTELIGENCJI DO AUTOMATYCZNEGO PROJEKTOWANIA I OPTYMALIZACJI KONSTRUKCJI NA PRZYKŁADZIE KOŁA KOLEJOWEGO

Hamulce pojazdów szynowych / Tadeusz Piechowiak. Poznań, Spis treści

Badania doświadczalne wielkości pola powierzchni kontaktu opony z nawierzchnią w funkcji ciśnienia i obciążenia

NOWOCZESNE TECHNOLOGIE ENERGETYCZNE Rola modelowania fizycznego i numerycznego

Wpływ zanieczyszczenia torowiska na drogę hamowania tramwaju

CZTEROKULOWA MASZYNA TARCIA ROZSZERZENIE MOŻLIWOŚCI BADAWCZYCH W WARUNKACH ZMIENNYCH OBCIĄŻEŃ

WERYFIKACJA MODELU DYNAMICZNEGO PRZEKŁADNI ZĘBATEJ W RÓŻNYCH WARUNKACH EKSPLOATACYJNYCH

LABORATORIUM PKM. Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn. Badanie statycznego i kinetycznego współczynnika tarcia dla wybranych skojarzeń ciernych

Badania spiekanych okładzin hamulcowych do pociągów dużych prędkości

LABORATORIUM PKM. Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn. Badanie statycznego i kinetycznego współczynnika tarcia dla wybranych skojarzeń ciernych

12/ Badania BADANIE WSPÓŁCZYNNIKA TARCIA KOLEJOWEGO HAMULCA TARCZOWEGO. Wojciech SAWCZUK

Badania eksploatacyjne par ciernych hamulca kolejowego

Laboratorium LAB1. Moduł małej energetyki wiatrowej

WYKORZYSTANIE METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH W MODELOWANIU WYMIANY CIEPŁA W PRZEGRODZIE BUDOWLANEJ WYKONANEJ Z PUSTAKÓW STYROPIANOWYCH

Doświadczenia w eksploatacji gazomierzy ultradźwiękowych

DETEKCJA FAL UDERZENIOWYCH W UKŁADACH ŁOPATKOWYCH CZĘŚCI NISKOPRĘŻNYCH TURBIN PAROWYCH

Problemy związane z oceną skuteczności hamulca zespołów trakcyjnych w badaniach i eksploatacji

POJAZDY SZYNOWE 2/2014

Politechnika Poznańska. Streszczenie

MODELOWANIE POŁĄCZEŃ TYPU SWORZEŃ OTWÓR ZA POMOCĄ MES BEZ UŻYCIA ANALIZY KONTAKTOWEJ

Redukcja hałasu emitowanego przez tabor towarowy poprzez zastosowanie kompozytowych wstawek hamulcowych

KONCEPCJA WERYFIKACJI DOŚWIADCZALNEJ ZAMODELOWANYCH OBCIĄŻEŃ CIEPLNYCH WYBRANYCH ELEMENTÓW KOMORY SPALANIA DOŁADOWANEGO SILNIKA Z ZAPŁONEM SAMOCZYNNYM

I. INFORMACJE OGÓLNE. Zamawiającym jest: FRIMATRAIL FRENOPLAST S.A., z siedzibą: Watykańska 15, Majdan, NIP , REGON

SPIS TREŚCI WPROWADZENIE... 9

MATEMATYCZNY MODEL PĘTLI HISTEREZY MAGNETYCZNEJ

Redukcja hałasu emitowanego przez tabor towarowy poprzez zastosowanie kompozytowych wstawek hamulcowych

Numeryczna symulacja rozpływu płynu w węźle

XXIII Konferencja Naukowa POJAZDY SZYNOWE 2018

Drgania poprzeczne belki numeryczna analiza modalna za pomocą Metody Elementów Skończonych dr inż. Piotr Lichota mgr inż.

PRZEGLĄD KONSTRUKCJI JEDNOFAZOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

SYMULACJA TŁOCZENIA ZAKRYWEK KORONKOWYCH SIMULATION OF CROWN CLOSURES FORMING

Analiza wymiany ciepła w przekroju rury solarnej Heat Pipe w warunkach ustalonych

Badania tarcz hamulcowych do pojazdu Desiro Rosja

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

Czy w przyczepach do podwózki potrzebne są hamulce?

Analiza porównawcza metod pomiarowych badań skuteczności układów hamulcowych tramwajów

PRÓBA WERYFIKACJI WYNIKÓW SYMULACJI PROCESU WTRYSKIWANIA W WARUNKACH RZECZYWISTYCH

POJAZDY SZYNOWE 2/2014

7. Monitoring natężenia hałasu. Mapa akustyczna Miasta Gdańska

ODPORNOŚĆ STALIWA NA ZUŻYCIE EROZYJNE CZĘŚĆ II. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ

Dlaczego prowadzono długotrwałe badania drgań

Badanie dylatometryczne żeliwa w zakresie przemian fazowych zachodzących w stanie stałym

ALGORYTMY DWUSTAWNEJ REGULACJI TEMPERATURY POWIERZCHNI WALCA STALOWEGO Z ZASTOSOWANIEM RUCHOMYCH WZBUDNIKÓW

WYKORZYSTANIE OPROGRAMOWANIA ADAMS/CAR RIDE W BADANIACH KOMPONENTÓW ZAWIESZENIA POJAZDU SAMOCHODOWEGO

Zużycie par ciernych hamulców w wybranych typach pojazdów szynowych

ANALIZA BELKI DREWNIANEJ W POŻARZE

WPŁYW ZAKŁÓCEŃ PROCESU WZBOGACANIA WĘGLA W OSADZARCE NA ZMIANY GĘSTOŚCI ROZDZIAŁU BADANIA LABORATORYJNE

Pojazdy przeciążone zagrożeniem dla trwałości nawierzchni drogowych: metody przeciwdziałania

Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej SPROSTOWANIA

BADANIA WYBRANYCH CZUJNIKÓW TEMPERATURY WSPÓŁPRACUJĄCYCH Z KARTAMI POMIAROWYMI W LabVIEW

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 742

DIGITALIZACJA GEOMETRII WKŁADEK OSTRZOWYCH NA POTRZEBY SYMULACJI MES PROCESU OBRÓBKI SKRAWANIEM

Budowa systemu zarządzania jakością oraz metodologia weryfikacji wymagań IRIS w obszarze Projektowania i Rozwoju. w teorii i praktyce

Hamulce szynowe magnetyczne

WYZNACZANIE ZA POMOCĄ MEB WPŁYWU PĘKNIĘCIA U PODSTAWY ZĘBA NA ZMIANĘ SZTYWNOŚCI ZAZĘBIENIA

ZASTOSOWANIE WYBRANYCH CHARAKTERYSTYK WIDMOWYCH SYGNAŁU DRGANIOWEGO DO DIAGNOZOWANIA KOLEJOWEGO HAMULCA TARCZOWEGO

PODSTAWY SKRAWANIA MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH

Zastosowanie termografii do weryfikacji numerycznego modelu wymiany ciepła w przegrodach budowlanych z umieszczonymi przewodami centralnego ogrzewania

Wpływ zawilgocenia ściany zewnętrznej budynku mieszkalnego na rozkład temperatur wewnętrznych

OCENA PORÓWNAWCZA WYNIKÓW OBLICZEŃ I BADAŃ WSPÓŁCZYNNIKA PRZENIKANIA CIEPŁA OKIEN

PL B1. Politechnika Białostocka,Białystok,PL BUP 16/02. Roman Kaczyński,Białystok,PL Marek Jałbrzykowski,Wysokie Mazowieckie,PL

WYZNACZANIE NIEPEWNOŚCI POMIARU METODAMI SYMULACYJNYMI

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

PORÓWNANIE WŁASNOŚCI TRAKCYJNO- -RUCHOWYCH LOKOMOTYW EU07 i ET22 ZE SKŁADEM TOWAROWYM

Badanie hałaśliwości nowoczesnych nawierzchni na drogach wojewódzkich woj. śląskiego

Pewnie i bezpiecznie Materiały cierne do pojazdów szynowych firmy BECORIT.

Propozycja Metody Kontroli Współczynnika Skuteczności Hamowania Samochodów z Hydraulicznym Układem Hamulcowym

Projektowanie elementów z tworzyw sztucznych

BADANIA ŻELIWA CHROMOWEGO NA DYLATOMETRZE ODLEWNICZYM DO-01/P.Śl.

Mgr inż. Marta DROSIŃSKA Politechnika Gdańska, Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa

Przewodzenie ciepła oraz weryfikacja nagrzewania się konstrukcji pod wpływem pożaru

WPŁYW OBRÓBKI TERMICZNEJ ZIEMNIAKÓW NA PRĘDKOŚĆ PROPAGACJI FAL ULTRADŹWIĘKOWYCH

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

termowizyjnej, w którym zarejestrowane przez kamerę obrazy, stanowiące (13)B1 (12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11) PL B1 G01N 21/25 G01N 25/72

POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH Wydział Mechaniczny Technologiczny PRACA DYPLOMOWA MAGISTERSKA

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka

ANALIZA ROZKŁADU CIŚNIEŃ I PRĘDKOŚCI W PRZEWODZIE O ZMIENNYM PRZEKROJU

EKSPLOATACJA POJAZDÓW SZYNOWYCH INFRASTRUKTURA I RUCH KOLEJOWY

Cel i zakres pracy dyplomowej inżynierskiej. Nazwisko Imię kontakt Modelowanie oderwania strug w wirniku wentylatora promieniowego

Badania hamulców pojazdów szynowych

OKREŚLENIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK132 NA PODSTAWIE METODY ATND.

Projekt Laboratorium MES

Copyright all right reserved This document is property of Lucchini RS S.p.A.

WPŁYW ODKSZTAŁCENIA WZGLĘDNEGO NA WSKAŹNIK ZMNIEJSZENIA CHROPOWATOŚCI I STOPIEŃ UMOCNIENIA WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ PO OBRÓBCE NAGNIATANEM

KONSTRUKCYJNE MATERIAŁY KOMPOZYTOWE PRZEZNACZONE DO WYSOKOOBCIĄŻONYCH WĘZŁÓW TARCIA

Politechnika Śląska. Katedra Wytrzymałości Materiałów i Metod Komputerowych Mechaniki. Praca dyplomowa inżynierska. Wydział Mechaniczny Technologiczny

Transkrypt:

MAREK SITARZ, RUDOLF ŘEZNÍČEK **, ADAM MAŃKA *, ANDRZEJ HEŁKA * BADANIA STANOWISKOWE ZJAWISK TERMICZNYCH ZACHODZĄCYCH W UKŁADZIE KOŁO KOLEJOWE KLOCEK HAMULCOWY STAND RESEARCH OF THERMAL PHENOMENA CONDUCTED IN RAILWAY WHEEL BRAKE SHOE SUBSYSTEM S t r e s z c z e n i e A b s t r a c t W artykule przedstawiono wyniki kolejnego etapu prac Katedry Transportu Szynowego Politechniki Śląskiej dotyczących badania, modelowania i weryfikacji zjawisk termicznych i mechanicznych układu koło kolejowe klocek hamulcowy (KKH) zachodzących w czasie hamowania pociągu. W publikacji zawarto rozkłady temperatur układu KKH uzyskane w trakcie badań wykonanych wg karty 541-4 UIC na stanowisku bezwładnościowym przy wykorzystaniu dodatkowej aparatury pomiarowej. Słowa kluczowe: kolejowe klocki hamulcowe, rozkład temperatur, obciążenia termiczne wstawek hamulcowych i kół kolejowych The paper present result of following step of works conducted by Department of Railway Engineering Silesian University of Technology concerned research, modelling and verification of thermal and mechanical of railway wheel brake shoe (KKH) conducted during train braking. In this publication include thermal field of KKH subsystem obtained from research conducted according 541-4 UIC card on inertial stand with using additional measurement system. Keywords: railway brake shoe, thermal field and loads of brake shoe and railway wheel Dr hab. inż. Marek Sitarz, prof. PŚ, dr inż. Adam Mańka, dr inż. Andrzej Hełka, Katedra Transportu Szynowego, Wydział Transportu, Politechnika Śląska. ** Dr inż. Rudolf Řezníček, Katedra Dopranej a Manipulačnej Techniky, Žilinská Univerzita v Žiline.

100 1. Wstęp Jednym z podstawowych elementów mających szczególnie istotny wpływ na bezpieczeństwo w transporcie szynowym jest układ hamulcowy. Jego najprostsza forma, tj. para cierna klocek hamulcowy koło, stosowana jest niezmiennie od samego początku istnienia kolei. Pierwsze hamulce kolejowe oraz tramwajowe wyposażone były w klocki hamulcowe wykonane z twardego impregnowanego drewna rys. 1. Rys. 1. Widok wstawki hamulcowej wykonanej z impregnowanego drewna Fig. 1. View o brake shoe made from impregnated wood Tego typu klocki hamulcowe nie powodowały nadmiernego nagrzewania się kół i nie powodowały uciążliwego hałasu, jednak charakteryzowały się niską trwałością i nie mogły być stosowane dla dużych mas hamujących. Kolejna generacja klocków hamulcowych wykonana była z żeliwa szarego, które po wzbogaceniu o jeden procent fosforu (stąd oznaczenie P10) charakteryzowało się znacznie lepszą trwałością kosztem zwiększenia intensywności iskrzenia oraz całym zestawem wad, spośród których najczęściej wymienia się hałas. To właśnie charakterystyczny pisk hamowania o częstotliwości 1 [khz] generowany najintensywniej przy prędkości ok. 40 [km/h] był głównym powodem stopniowego wycofywania z eksploatacji tego typu klocków hamulcowych i zastępowania go materiałami kompozytowymi. Wstawki hamulcowe wykonane z żeliwa P10 ze względu na niski współczynnik tarcia 0,8 1,2 [ ] posiadają oznaczenie LL. Zamienniki wstawek żeliwnych wykonane z tworzyw kompozytowych mają zbliżoną wartość średnią współczynnika tarcia (typ LL i L), lecz ich charakterystyka jest liniowa w całym zakresie prędkości hamowania. W przypadku wstawek żeliwnych wraz ze spadkiem prędkości dochodziło do wzrostu współczynnika tarcia, co maszyniści kompensowali tzw. odpuszczaniem, powodując zmniejszenie nacisku wstawek na koło. Nowo budowane pojazdy z układami klockowymi wyposaża się wyłącznie we wstawki hamulcowe wykonane z tworzyw kompozytowych o znacznie wyższym współczynniku tarcia ok. 0,4 [ ] i oznacza jako typ K. Przedstawiona w znacznym skrócie historia wstawek hamulcowych wskazuje na fakt zastępowania wstawek o mniejszej trwałości i skuteczności hamowania, wstawkami wykonanymi z materiałów, które pozwalają sprostać obciążeniom termicznym i mechanicznym pojazdów, w których istnieje ciągła tendencja do zwiększania masy i prędkości ruchu, a co za tym idzie również energii wytracanej podczas hamowania.

101 Dogłębna analiza literatury wykazała, że pomimo historii klocków hamulcowych sięgającej początków kolei, temat analizy zjawisk zachodzących podczas hamowania pociągu w układzie koło kolejowe klocek hamulcowy (KKH) nie jest opracowany w sposób precyzyjny, a opracowane modele analityczne i numeryczne nie wynikały z analizy podstawowych zjawisk i dowodów matematycznych, a były jedynie aproksymacją uzyskanych wyników doświadczalnych w ograniczonym zakresie zastosowania. Brak jednoznacznych modeli analitycznych i numerycznych wynika ze znacznej złożoności zjawisk zachodzących w parze ciernej koło klocek hamulcowy. Siła tarcia powstająca w trakcie hamowania jest zależna od wielu parametrów, a generowane ciepło powoduje sprzężenie zjawisk mechanicznych ze zjawiskami termicznymi, włącznie z ciągłą zmianą geometrii obszarów styku. Do wymienionych zjawisk dochodzą zjawiska dynamiczne powodujące dodatkowe zmiany stref kontaktu w badanym układzie. Biorąc pod uwagę liczbę wielkości niezbędnych do opisania każdej grupy zjawisk oraz własności materiałowych elementów układu hamulcowego i własności otoczenia (pamiętając, że prawie wszystkie z opisanych własności zmieniają swoją charakterystykę w funkcji temperatury), uzyskuje się właściwy obraz złożoności analizowanego problemu. Dlatego też opracowywane do tej pory modele analityczne i numeryczne obejmowały próbę opisania bądź wyłącznie zjawisk mechanicznych [9], bądź zjawisk termicznych, nie obejmując całościowo złożoności problemu [1, 2]. Jednocześnie analiza literatury wykazała, że wiele z własności materiałowych, głównie własności termicznych materiału i układu nie była wyznaczona dla badanych elementów (posiłkowano się danymi dla podobnych materiałów). Jednocześnie, dostępne w literaturze dane dotyczące np. współczynnika konwekcji, wskazywały na stosowanie przez autorów publikacji wartości różniących się nawet o rząd wielkości. Jednocześnie opracowywane numeryczne dawały znaczne rozbieżności wyników w porównaniu z wynikami badań eksperymentalnych. Z tego powodu, realizując kolejny etap prac podjętych w Katedrze Transportu Szynowego Politechniki Śląskiej w kierunku identyfikacji, oceny i modelowania zjawisk zachodzących w układzie KKH, a następnie optymalizacji parametrów eksploatacyjnych wstawek hamulcowych, niezbędne było przeprowadzenie wielu badań eksperymentalnych, których wyniki dawałyby możliwość weryfikacji rezultatów badań numerycznych. Prace te były poprzedzone znaczą ilością badań na stanowiskach trybologicznych oraz na autorskim stanowisku do wyznaczania własności termicznych materiałów w podwyższonych temperaturach. W ramach wcześniejszych prac wyznaczono również rozkład współczynnika konwekcji w otoczeniu układu KKH. 2. Badania układu KKH na stanowisku bezwładnościowym Ze względu na konieczność przeprowadzenia badań układu KKH z zachowaniem wymagań karty 541-4 UIC oraz potrzebę dodania znacznej liczby dodatkowych urządzeń pozwalających na prowadzenie długotrwałych pomiarów zjawisk termicznych, mechanicznych i aerodynamicznych, badania te przeprowadzono na stanowisku bezwładnościowym Uniwersytetu Technicznego w Żylinie. Badania przeprowadzono na kole monoblokowym symetrycznym o średnicy tocznej 870 [mm] i profilu UIC produkcji Bohumin wykonane z materiału R7T. Do badań wykorzystano dwie wstawki hamulcowe o długości 0,32 [m] wykonane z żeliwa P10 w układzie Bgu. Zdjęcie stanowiska bezwładnościowego homologowanego przez UIC przedstawione zostało na rys. 2.

102 Rys. 2. Widok ogólny stanowiska bezwładnościowego skali rzeczywistej w Żylinie Fig. 2. Overall view of real scale inertial stand in Żylina Głównym elementem badań było określenie rozkładu temperatury wewnątrz i na powierzchni wstawki hamulcowej oraz koła kolejowego. W tym celu zewnętrzne powierzchnie układu KKH objęte były obszarem rejestracji kamery termowizyjnej podłączonej do komputera PC. Poza rejestracją rozkładu temperatur powierzchni badanego układu mierzono również rozkład temperatury wewnątrz wstawki hamulcowej. Pomiar ten zrealizowano z wykorzystaniem 16 termopar umieszczonych w otworach nawierconych we wstawce hamulcowej rys. 3. Ponadto zgodnie z zaleceniami karty 541-4 UIC rejestrowano również temperaturę koła w trzech punktach umieszczonych 9 [mm] pod powierzchnią toczną koła. W trakcie zahamowań mierzono również rozkład prędkości strugi powietrza w otoczeniu układu KKH. Badania zjawisk termicznych w układzie koło kolejowe klocek hamulcowy umożliwiły uzyskanie rzeczywistych rozkładów temperatur, a tym samym stanowiły podstawę do weryfikacji realizowanych modeli numerycznych. Rys. 3. Widok układu KKH wraz ze wstawką pomiarową zaopatrzoną w 16 termopar Fig. 3. View of Wheel brake shoe system with brake shoe supplied in 16 thermocouples

103 Zmierzone i zarejestrowane zmiany temperatury elementów układu (rys. 4) oraz zarejestrowany rozkład prędkości strugi powietrza w otoczeniu badanego układu pozwoliły na możliwie pełne odwzorowanie zachodzących zjawisk termicznych z uwzględnieniem oddawania ciepła przez konwekcję. Rys. 4. Pole obrazu kamery termowizyjnej i HD wraz z układem rejestracji obrazu Fig. 4. Location of thermovision camera with picture rekorder system and camera HD W pierwszej kolejności wykonano pomiar rozkładu prędkości strugi powietrza w otoczeniu badanego koła kolejowego na stanowisku bezwładnościowym, przy pomocy anemometrów. Badania te wykonane były w celu umożliwienia przeliczenia rozkładu prędkości na rozkład współczynnika konwekcji, co w dalszym etapie prac pozwoliło na zadanie Rys. 5. Rozkład temperatury elementów układu KKH bezpośrednio po czasie hamowania długotrwałego 1080 [s] Fig. 5. Thermal field of KKH system past long time cracking 1080 [s]

104 tego rozkładu jako warunku brzegowego do modelu MES. Kolejnym etapem badań było wykonanie pomiaru rozkładu temperatury układu KKH dla różnych warunków zahamowań zgodnie z kartą 541-4 UIC. Wybrano wiele zahamowań do zatrzymania z prędkości 30, 60, 90 i 120 [km/h] oraz hamowanie długotrwałe symulujące zjazd z góry Gothard. Wybrane hamowanie długotrwałe jest hamowaniem, które w największym stopniu obciąża termicznie układ KKH. Przykładowy uzyskany rozkład temperatury układu elementów KKH dla zahamowania długotrwałego przedstawiono na rys. 6. Rys. 6. Wykres zmian temperatury koła (9 mm pod powierzchnią toczną) w czasie hamowania długotrwałego Fig. 6. Thermal field changes (9 mm under tread surface) during long time braking) Przedstawiony na rys. 6 wykres zmian temperatury stanowi średnią pomiaru w przedstawionym czasie z trzech termopar umieszczonych 9 [mm] pod powierzchnią toczną badanego koła. 3. Analiza uzyskanych wyników Przeprowadzone badania doświadczalne na stanowisku bezwładnościowym wielkości rzeczywistej oraz wykonany w ramach wcześniejszych prac Katedry Transportu Szynowego model numeryczny układu KKH, pozwoliły na porównanie otrzymanych wyników i uzyskanie informacji dotyczących zjawisk termicznych i mechanicznych zachodzących w czasie hamowania. Po przeanalizowaniu wykresu 7 można zauważyć, że pomimo znacznych wahań temperatury w wybranych punktach koła zbieżność z wynikami numerycznymi jest zadowalająca. Największe różnice stwierdzono dla czasu 180 sekund hamowania i wyniosły one 36,5 [ C]. Różnice te wynikają głównie z konieczności uwzględnienia rozkładu współczynnika konwekcji w otoczeniu układu KKH oraz nieuwzględnienia w modelu numerycznym zmian współczynnika tarcia w czasie hamowania, a jedynie założenia jego wartości średniej. Możliwe jest jednak uwzględnienie wpływu zmian tych wielkości, przez uzależnienie otrzymanych podczas badań doświadczalnych rozkładów prędkości powietrza i przeliczeniu ich na zmiany rozkładu współczynnika konwekcji. Badania wykonane na stanowisku bezwładnościowym wielkości rzeczywistej pozwoliły na przeprowadzenie prób hamowania dla pełnego zakresu obciążeń i warunków eksplo-

105 atacyjnych. Badania te umożliwiły również określenie przydatności eksploatacyjnej badanych wstawek hamulcowych i pozwoliły na otrzymanie zmian wartości i rozkładu temperatury zarówno we wstawce, jak i w kole kolejowym. Umieszczenie szesnastu termopar we wstawce hamulcowej umożliwiło wykonanie pomiaru, rejestracji, a następnie wizualizacji i analizy uzyskanych wyników badań w autorskim programie TMP. Wyznaczenie zmian temperatury w szesnastu punktach pomiarowych wstawki hamulcowej pozwala na uzyskanie informacji o zjawisku przepływu ciepła we wstawce hamulcowej oraz umożliwia Rys. 7. Porównanie zmian temperatury w wybranym punkcie wieńca koła dla badań doświadczalnych i numerycznych Fig. 7. Comparison of temperature changes in chosen point in wheel rim for experimental and numerical research określenie zmian stref kontaktu koło-klocek hamulcowy w czasie hamowania w różnych warunkach eksploatacyjnych (co szczegółowo opisano we wcześniejszych pracach autorów). Przeprowadzenie badań stanowiskowych z jednoczesnym pomiarem rozkładu temperatury w układzie KKH pozwala na weryfikację modeli numerycznych dla warunków eksploatacji analogicznych do warunków przyjętych w trakcie analizy numerycznej. Uzyskane wyniki pozwalają jednocześnie na walidację modeli numerycznych i zwiększenie dokładności uzyskiwanych wyników. Praca realizowana w ramach projektu badawczego Katedry Transportu Szynowego Politechniki Śląskiej pt: Badanie, modelowanie i weryfikacja zjawisk termicznych z optymalizacją konstrukcji elementów układu koło klocek hamulcowy (zgodnie z nowymi zaleceniami i normami europejskimi) nr 4 T12C 026 30. L i t e r a t u r a [1] V e r n e r s s o n T., Temperatures at railway tread braking, Part 1: Modelling, Chalmers Applied Mechanics, Gothenburg 2005. [2] V e r n e r s s o n T., Temperatures at railway tread braking, Part 2: Calibration and numerical examples, Chalmers Applied Mechanics, Gothenburg 2005.

106 [3] P i e c P., Identyfikacja rozwoju zjawisk kontaktowych w miejscu styku koła z klockiem hamulcowym, Pojazdy Szynowe, nr 10, Wrocław 1994, 98-105. [4] S i t a r z M., C h r u z i k K., M ańka A., Influence of mechanical properties of ER7 steel on the stress distribution in monoblok Wheel (braking taken into account), 15th International Wheelset Congress, Praga 2007. [5] S i t a r z M., M ańka A., H e ł k a A., Zagadnienia cieplne w systemie koło-klocek hamulcowy, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, seria Transport, z. 63, Katowice 2006, 273-278. [6] S i t a r z M., M ańka A., Determination of initial and boundary conditions for modeling phenomena proceeded during braking, Materiały konferencji: 9 th International Scientific Conference Applied Mechanics 2007, Malenowice, Czechy, 2007. [7] S i t a r z M., M ańka A., Railway brake shoe, Research, designing and using. Transportation Review, No. 9, wydanie specjalne Przeglądu Komunikacyjnego, 2006, 51-59. [8] S i t a r z M., M ańka A., Wpływ parametrów aerodynamicznych układu koło-klocek hamulcowy na jego własności eksploatacyjne, Materiały konferencyjne, XLVI Sympozjonu Modelowanie w mechanice, Wisła 2007. [9] Karta UIC 541-4, 65.