The wheel-rail contact friction influence on high speed vehicle model stability

Right estimating of the coefficient of friction between the wheel and rail is essential in modelling rail vehicle dynamics. Constant value of coefficient of friction is the typical assumption in theoretical studies. But it is obvious that in real circumstances a few factors may have significant influence on the rails surface condition and this way on the coefficient of friction value. For example the weather condition, the railway location etc. Influence of the coefficient of friction changes on high speed rail vehicle model dynamics is presented in this paper. Four axle rail vehicle model were built. The FASTSIM code is employed for calculation of the tangential contact forces between wheel and rail. One coefficient of friction value is adopted in the particular simulation process. To check the vehicle model properties under the influence of wheel-rail coefficient of friction changes, twenty four series of simulations were performed. For three curved tracks of radii R = 3000m, 6000m and ∞ (straight track), the coefficient of friction was changed from 0.1 to 0.8. The results are presented in form of bifurcation diagrams.

Poprawne oszacowanie współczynnika tarcia w kontakcie kół z szynami jest kluczowym problemem w modelowaniu dynamiki pojazdu szynowego. W badaniach teoretycznych najczęściej przyjmuje się stałą wartość współczynnika tarcia. Jest rzeczą oczywistą, że w warunkach rzeczywistych kilka czynników może mieć znaczący wpływ na stan powierzchni tocznej szyn, a tym samym na wartość współczynnika tarcia, na przykład warunki pogodowe, położenie trasy kolejowej itp. W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu zmian współczynnika tarcia na dynamikę modelu pojazdu szynowego. Utworzono model pojazdu czteroosiowego przeznaczonego do ruchu z dużymi prędkościami. Siły w kontakcie koła-szyny są obliczane przy użyciu procedury FASTSIM. Procedura ta przyjmuje jedną stałą wartość współczynnika tarcia w pojedynczej symulacji ruchu. Aby określić wpływ zmian wartości współczynnika tarcia na własności modelu, wykonano dwadzieścia cztery serie symulacji. Na trasach o trzech wartościach promienia łuku R = 3000 m, 6000 m i ∞ (tor prosty) współczynnik tarcia zmieniano od 0,1 do 0,8. Wyniki przedstawiono w postaci wykresów bifurkacyjnych.