Tàu điện ngầm thân thiện với đường ray không bánh răng và bánh xe quay độc lập được dẫn hướng

Gianluca Megna1, Andrea Bracciali1
1Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università di Firenze, Firenze, Italy

Tóm tắt

Tóm tắtH взаимодействие nghiêm trọng giữa tàu và đường ray trên những đoạn đường cong có bán kính nhỏ gây ra sự mòn ray và nhấp nhô trên ray, cũng như hiện tượng đa giác trên bánh xe, dẫn đến chi phí đáng kể cho việc mài ray và tái định hình bánh xe trên các tuyến metro. Để giảm thiểu thiệt hại do tương tác giữa tàu và đường ray gây ra, bài báo phân tích các nguyên nhân dẫn đến sự mòn ray và sau đó đề xuất một kiến trúc cho tàu điện ngầm với bánh xe quay độc lập được điều khiển trực tiếp bởi các động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu. Kiến trúc này sử dụng hệ dẫn hướng trục, với các liên kết thụ động, bảo đảm rằng tất cả các trục đều được định hướng theo hướng bán kính, trong khi chiến lược kiểm soát được đơn giản hóa càng nhiều càng tốt, chỉ xác định hai điều kiện kéo cơ bản. Khái niệm này được thảo luận trước và sau đó được xác thực thông qua một tập hợp toàn diện các mô phỏng động học chạy được thực hiện bằng phần mềm đa thân để đánh giá sự mòn ray và mỏi tiếp xúc lăn trong kéo/phanh, chạy không tải với các điều kiện lệch lạc/điều kiện dư khác nhau. Mô phỏng động lực học đa thân cho thấy kiến trúc đề xuất có khả năng tránh được cả thiệt hại do mòn rau và mỏi tiếp xúc lăn, và đạt được mức độ thân thiện với đường ray cao nhất có thể. Khái niệm của kiến trúc đề xuất là một kiến trúc metro thân thiện với đường ray và có thể là một tham khảo tốt để giảm thiệt hại do tương tác giữa ray và tàu cũng như chi phí bảo trì.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Bracciali A (2006) Rail corrugation growth in a metro curve, In: Proc 7th international conference on contact mechanics and wear of rail/wheel systems, Brisbane, Australia, September 24–27

Stock R, Stanlake L, Hardwick C, Yu M, Eadie D, Lewis R (2016) Material concepts for top of rail friction management – classification characterisation and application. Wear 366:7225–7232. https://doi.org/10.1016/j.wear.2016.05.028

Wickens A (2003) Fundamentals of rail vehicle dynamics: guidance and stability, Swets & Zeitlinger B.V., Lisse, The Netherlands, ISBN 90-265-1946-X

Eickhoff B (2010) Wheel-rail interface interactions. In: Schmidt F et al (eds) Wheel-rail best practice handbook. University of Birmingham Press

Bracciali A, Piccioli F (2014) Elimination of failures in railway gearboxes by regenerative coasting, In: J. Pombo (Eds), Proceedings of the second international conference on railway technology: research, development and maintenance", Ajaccio, Corsica, 8-11.4.2014, Civil-Comp Press, Stirlingshire, UK, Paper 312, 2014. https://doi.org/10.4203/ccp.104.312

Bracciali A, Piccioli F (2014) Effect of load on vibrations of a railway gearbox, In: Pombo J (Eds.) Proceedings of the second international conference on railway technology: research, development and maintenance, Ajaccio, Corsica, 8-11.4.2014, Civil-Comp Press, Stirlingshire, UK, Paper 306, 2014. https://doi.org/10.4203/ccp.104.306.

Grassie SL, Elkins JA (2005) Tractive effort, curving and surface damage of rails – Part 1. Forces exerted on the rails. Wear 258:1235–1244. https://doi.org/10.1016/j.wear.2004.03.064

Grassie SL, Elkins JA (2006) Traction and curving behaviour of a railway bogie. Veh Syst Dyn 44:883–891. https://doi.org/10.1080/00423110600907451

Elia A (1998) Fiat Pendolino: developments, experiences and perspectives. Proc Instn Mech Engrs Part F 212(1):7–17. https://doi.org/10.1243/0954409981530643

José Luis López Gómez, Trenes Talgo pendulares y de alta o muy alta velocidad, https://www.aecientificos.es/trenes-talgo-pendulares-y-de-alta-o-muy-alta-velocidad/, Accessed on 25.03.2021.

Bracciali A (2016) Railway wheelsets: history, research and developments. Int J Railw Technol 5(1):23–52. https://doi.org/10.4203/ijrt.5.1.2

Hondius H (1992) The development of low-floor trams. J Adv Transp 27:79–102

Ultra Low Floor, https://de.wikipedia.org/wiki/Ultra_Low_Floor, Accessed on 25.03.2021

Krettek O (1998) Running behaviour of the single wheel and its influence illustrated by example of the ULF Ultra Low Floor tramcar of the Vienna transport authorities, In: 5th mini conference on the vehicle system dynamics, identification and anomalies, Budapest, pp 183-201

Stadler Variobahn, https://en.wikipedia.org/wiki/Stadler_Variobahn, Accessed on 25.03.2021

Škoda 15 T, https://en.wikipedia.org/wiki/%C5%A0koda_15_T, Accessed on 25.03.2021

Kolar J (2015) Design of a wheelset drive. Trans Electr Eng 4:11–19

Peroutka Z, Zeman K, Krus F, Kosta F (2009) New generation of full low-floor trams: control of wheel drives with permanent magnet synchronous motors, In: 2009 IEEE energy conversion congress and exposition, San Jose, CA, USA, 2009, pp 1833-1840, https://doi.org/10.1109/ECCE.2009.5316438

EN 14363:2016+A1 (2016) Railway applications – testing and simulation for the acceptance of running characteristics of railway vehicles – running behaviour and stationary tests, CEN, Brussels

Elkins JA, Eickhoff BM (1982) Advances in nonlinear wheel/rail force prediction methods and their validation. J Dyn Sys Meas Control 104(2):133–142. https://doi.org/10.1115/1.3139688

Burstow MC (2003) A model to predict and understand rolling contact fatigue in wheels and rails, AEA Technology Rail, Derby

Öberg J, Andersson E (2009) Determining deterioration cost for railway tracks, Proc I Mech E F J Rail Rapid Transit, 223: 121-129 https://doi.org/10.1243/09544097JRRT222

Commission Regulation (EU) No 1299/2014 of 18 November 2014 on the technical specifications for interoperability relating to the ‘infrastructure’ subsystem of the rail system in the European Union. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:02014R1299-20190616 Accessed on 28.03.2021

Vi-Grade Engineering Software & Service (2017) Vi-Rail 18.0 Documentation, Vi-Grade GmbH, Marburg, Germany

Kalker JJ (1982) A fast algorithm for the simplified theory of rolling-contact. Veh Syst Dyn 11(1):1–13