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Nov 21, 2023

Analyse de la capacité de négociation de courbe d'une meuleuse de rails en état de meulage

Rapports scientifiques volume 12,

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 11668 (2022) Citer cet article

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Le meulage des rails devient un important moyen d'entretien des voies ferrées. Le comportement dynamique de la meuleuse de rail est dû à la relation de couplage véhicule-voie basée sur le couplage mécanique-électrique-hydraulique. La capacité de négociation de courbe du broyeur de rails par la modélisation et la simulation basée sur le broyage d'un côté est étudiée dans cet article. Le résultat de la simulation est présenté ci-dessous. Dans le cas typique, le meulage des rails augmentera le déplacement transversal des essieux, le coefficient de déraillement des roues de l'essieu avant et le taux de déchargement des essieux. Dans d'autres cas, l'augmentation de l'amplitude de l'irrégularité du rail et la diminution de sa longueur d'onde, ce qui aggrave la fluctuation de la puissance de meulage, a peu d'influence sur la capacité de négociation des courbes. Lorsque la courbure du rayon de ligne diminue, par rapport à l'état sans meulage, la diminution de la capacité de négociation de la courbe de l'état avec meulage est plus significative. Lorsque le nombre de meules au travail augmente, le déplacement latéral de l'essieu monté, le coefficient de déraillement des roues dans l'essieu avant et le taux de déchargement des essieux montés augmentent. En bref, le meulage des rails détériorera considérablement la capacité de négociation des courbes de la meuleuse de rails.

Le meulage des rails devient une méthode courante d'entretien des rails dans le monde1,2,3. Avec l'expansion du réseau de métro urbain, le volume de trafic augmente de façon exponentielle. Cela pose de grands défis au meulage des rails et favorise le développement et l'utilisation d'une technologie de meulage précise et d'équipements connexes pour les lignes de métro4,5,6,7. En cours de développement de la théorie de la dynamique des véhicules pendant de nombreuses années, les modèles de recherche théoriques pertinents sont passés du modèle de roue simple au modèle d'essieu-bogie-véhicule, au modèle de formation de train et au modèle de couplage véhicule-voie (ou fondation sous-voie). Le modèle Zhai-Sun8,9 est le représentant. Le meulage des rails peut améliorer le comportement dynamique du véhicule10,11,12. Malheureusement, en raison de la limite du domaine concerné et de la portée de l'application, les chercheurs se concentrent sur la relation de la voie de la roue plutôt que sur la force de meulage. Par conséquent, le comportement dynamique de la meuleuse de rails dans le processus de meulage est presque un blanc à l'étranger. Le processus de meulage est un meulage dynamique basé sur le processus de déplacement, de sorte que la puissance de meulage et le comportement dynamique s'influencent mutuellement. Si la meuleuse de rail elle-même est instable, elle peut avoir un faible impact sur l'effet de meulage. Dans des cas extrêmes, cela peut conduire à une augmentation de l'irrégularité du rail dans certaines sections d'exploitation 13. Et la capacité de négociation de courbe est une partie importante du comportement dynamique dans le broyeur de rails.

Wang14 a établi un modèle dynamique de corps multi-rigide de la rectifieuse de rails PGM-48 en utilisant SIMPACK, et a analysé l'influence de la rigidité primaire du buggy sur son comportement dynamique. Zhang15 a établi le modèle dynamique de la rectifieuse de rails GMC-96X en utilisant SIMPACK. La force de meulage entre la meule et le rail ainsi que la fluctuation de pression du système hydraulique de meulage sont prises en compte dans le modèle. L'influence du système hydraulique lui-même et l'influence de la voiture de broyage sur le buggy ne sont pas prises en compte. Ainsi, la relation de couplage dynamique entre la meuleuse de rail (y compris la voiture de meulage de rail, le buggy, le système hydraulique, la meule) et le rail ne peut pas être réalisée dans son modèle. Nie16 a utilisé le logiciel AMESim pour établir le système de sortie de pression d'une seule meule dans le domaine de la meuleuse de rails pour ligne à vitesse normale, et a proposé des suggestions sur la façon de réduire les fluctuations de pression pour le système de pression d'air. Tang17 a simulé le contrôle de la pression du réducteur de pression proportionnel à trois voies et l'influence simulée de la sortie de pression de meulage affectée par l'ondulation du rail. Zhi18 a établi un modèle de couplage entre la meuleuse de rail et le comportement de meulage et a analysé l'influence du mouvement latéral du buggy sur le déplacement vertical et latéral de la meule lors du processus de meulage sous le fond de la meuleuse de rail utilisée dans la ligne existante. L'influence du système hydraulique n'est pas prise en compte dans ce modèle. Fan19 a établi un modèle dynamique de meulage à bande abrasive et a analysé la faisabilité du meulage à bande abrasive à grande vitesse en étudiant le comportement dynamique sous des lignes droites et courbes. Cependant, l'influence du système hydraulique n'a pas non plus été prise en compte.

Dans cet article, le couplage véhicule-voie de la rectifieuse de rails est établi sur le couplage des systèmes mécaniques, hydrauliques et de contrôle. La capacité de négociation de courbe du broyeur de rail sous l'interaction en temps réel des trois systèmes ci-dessus est étudiée. Il peut refléter de manière exhaustive l'impact de l'ensemble du système de meulage sur la capacité de négociation des courbes de la meuleuse de rail.

Le meulage des rails est basé sur la vitesse de déplacement constante de la meuleuse de rails. Pour un meulage positif, la vitesse de meulage est généralement inférieure à 20 km/h. Le meulage est divisé en pré-meulage et meulage correctif. Son but est de faire en sorte que le profil du rail réponde aux exigences ou de réduire l'irrégularité du rail grâce à l'enlèvement de matériau du rail, afin de garantir que le véhicule a un meilleur comportement dynamique sur la ligne après le meulage. La ligne de métro se caractérise par un petit rayon de courbure, une section de transition courte qui a des exigences plus élevées sur la capacité de négociation des courbes de la meuleuse de rail, en particulier lorsque le meulage est mis en œuvre. Le tableau 1 montre la nomenclature.

La meuleuse de rail est composée d'un système mécanique, hydraulique et de contrôle. Le système mécanique comprend une voiture de meulage, une barre de traction, un buggy, un moteur, une meule, etc. C'est la partie exécutive. Le système hydraulique comprend un cylindre hydraulique, une pompe hydraulique, un accumulateur, une soupape de réduction proportionnelle pilote, une soupape unidirectionnelle, une soupape directionnelle, etc. Il fournit une pression pour le meulage. Le système de contrôle comprend la détection du courant, le traitement du signal, la correction des erreurs, la sortie du signal, etc. C'est le composant clé pour maintenir une puissance de broyage constante. Les systèmes ci-dessus sont interdépendants pour former un système de couplage mécanique-électrique-hydraulique de la meuleuse de rail. La figure 1 montre une meuleuse de rail typique.

Meuleuse de rail.

Le chariot de meulage interagissant avec le rail à travers le châssis du bogie, la suspension et la roue génère des vibrations lors du processus de meulage.

Le buggy interagissant avec le rail via la suspension et la roue de guidage génère également des vibrations. Les paramètres de structure des deux sont incohérents, donc les vibrations dynamiques sont différentes. Ils s'influencent mutuellement par l'action de la barre de traction. Le buggy est relié à la meule par l'intermédiaire d'un cylindre hydraulique, et la vibration de celui-ci affectera la position de la meule. Sous l'action du vérin hydraulique, la meule exerce une pression sur le rail. Grâce à la rotation de la roue, la pression est transformée en force de meulage et le matériau du rail est coupé. La pression peut être approximativement considérée comme une force hertzienne. Le meulage des rails est un processus de frottement par glissement, qui peut être assimilé à un frottement dans l'analyse dynamique et obéit à la théorie de Coulomb. Il y a un bras de moment entre la force de meulage et le point central, ce qui entraîne un couple de friction. Selon le principe de réaction, le rail exercera une pression, une force de meulage et un couple de friction sur la meule. Pour le buggy, c'est la force verticale, la force latérale et le couple. Ces forces affectent l'état de vibration du buggy et de la voiture de meulage Le comportement dynamique du buggy et de la voiture de meulage affectera également la pression de meulage.

Afin d'assurer la stabilité du broyage, le processus de broyage doit être contrôlé. Le broyage à puissance constante est généralement adopté, ce qui est accompli par la coopération du système hydraulique et du système de contrôle. Le système hydraulique est équipé d'un réducteur proportionnel pilote. Sous son action, la pression du système hydraulique est directement proportionnelle à la tension de commande, mais il y a un décalage. Le système de contrôle obtient la puissance de meulage réelle en détectant le courant du moteur de meulage. La pression du système hydraulique est contrôlée en ajustant la tension de commande de cette vanne en temps réel grâce à une rétroaction en boucle fermée. Lorsque la puissance de meulage est faible, le système maintiendra la pression de la cavité sans tige supérieure à celle de la cavité de la tige, poussant la tige du vérin hydraulique vers l'extérieur. L'extension du cylindre hydraulique produira une plus grande force de contact hertzienne et augmentera la puissance de meulage. Et le contraire est le même. Mais le contrôle de la stabilité à la puissance de broyage est un processus dynamique, pas absolument constant.

En mode de broyage, la voiture de broyage et le buggy sont connectés via la barre de traction, et le vérin hydraulique de suspension ne partage aucune charge pour le moment. La meule est en contact avec le rail et l'ensemble du véhicule roule à une vitesse uniforme. Différentes meuleuses de rails ont des structures différentes, mais elles sont toutes composées d'une voiture de meulage et d'un buggy, qui confirment tous deux le modèle Zhai-Sun, c'est-à-dire le modèle de couplage dynamique de la voie du véhicule. Il existe de nombreux vérins hydrauliques de réglage de direction et de pression dans le buggy. Lorsque l'huile hydraulique est chargée, le vérin hydraulique peut être équivalent à la structure d'amortissement à ressort. La barre de traction peut également être équivalente à la structure d'amortissement à ressort. L'ensemble du modèle d'accouplement de voie de véhicule de la rectifieuse de rail est illustré à la Fig. 2, tandis que le point O est le centre de rotation du berceau.

Modèle d'accouplement de voie de véhicule de broyeur de rail.

La rigidité équivalente20 du vérin hydraulique chargé est :

Le déplacement des deux corps rigides des deux côtés de la barre de traction est :

Compte tenu de la transformation du système de coordonnées, la force de la barre de traction est :

Le couple au niveau du vérin hydraulique de réglage de direction est :

La force au niveau du cylindre hydraulique de meulage est :

Lors du calcul de la force de contact entre la meule et le rail, la meule peut être considérée comme un plan et le rail peut être considéré comme une surface courbe. Selon la théorie de Carter21, la largeur de la bande de contact peut être indiquée dans l'Eq. (8) et la pression de contact peut être indiquée dans l'équation. (9).

La force entre le rail et la meule est :

Pour la force des autres pièces, veuillez vous référer à la référence8. Les équations de mouvement de toutes les pièces peuvent être obtenues par le théorème de Newton ou de Dalamber. A l'heure actuelle, la meuleuse de rails comprend 20 corps rigides : 1 chariot de meulage, 1 châssis de buggy, 2 bogies, 4 essieux, 4 berceaux et 8 meules. Le berceau n'a qu'un DOF de rotation et la meule n'a qu'un DOF d'extension. Pour les autres pièces, 5 degrés de liberté sont considérés : déplacement transversal, déplacement vertical, roulis, tangage et lacet. Ainsi, l'ensemble du broyeur de rail a 52 DOF.

La figure 3 montre le modèle hydraulique. Le volume d'huile affectera la pression d'huile et leur relation est illustrée dans l'équation. (11). Les équations ci-dessous peuvent être déduites de l'équation. (11). L'équation (12) est l'équilibre des forces de la vanne pilote. L'équation (13) est la méthode de calcul de la force électromagnétique. L'équation (14) est la formule de calcul de la pression de la vanne pilote à travers le débit hydraulique. L'équation (15) est la formule d'équilibre des forces de la vanne principale. L'équation (16) est la formule de débit de la vanne principale lorsque l'huile est injectée dans le vérin hydraulique. L'équation (17) est la formule de débit de la vanne principale lorsque l'huile revient du vérin hydraulique au réservoir d'huile. L'équation (18) est la formule de calcul de la pression de la vanne principale par le débit hydraulique. L'équation (19) est la formule d'équilibre des forces de la tige de piston à l'intérieur du vérin hydraulique. L'équation (20) est la formule de changement de volume du vérin hydraulique dans la cavité sans tige et la cavité de la tige. L'équation (21) est la formule de calcul de la quantité d'extension pour le vérin hydraulique.

Modèle hydraulique.

Formation de la pression hydraulique22 :

Soupape pilote :

La valve principale:

Cylindre hydraulique :

La tension U du moteur de meulage et le facteur de puissance φ sont approximativement inchangés. Une rétroaction en boucle fermée est réglée pour compenser la puissance de broyage. En pratique, il existe de nombreuses façons de compenser les écarts, et cet article adopte une compensation linéaire. L'équation (22) est la formule de calcul de la puissance de broyage. L'équation (23) est le montant de la compensation. La figure 4 montre le modèle de contrôle.

Modèle de contrôle.

La meuleuse de rails fonctionne sur rail à une vitesse uniforme et les coordonnées du joint de charnière supérieur sur le cylindre hydraulique de meulage sont exportées via le modèle de voie de véhicule. Le modèle de commande exporte la tension de commande u vers le modèle hydraulique en détectant le courant du moteur de meulage I. Le modèle hydraulique reçoit la tension de commande u et ajuste la pression du système hydraulique. En conséquence, l'extension L du cylindre hydraulique change sous l'influence de la pression, et elle est également exportée. Après avoir reçu les coordonnées et la quantité d'extension L, le programme calcule la quantité de compression δ en comparant avec l'irrégularité du rail. La force de meulage peut être calculée à partir de la quantité de compression δ. Sous l'action de la force de meulage, la force latérale Fy, la force verticale Fz, le couple latéral Ty, le couple vertical Tz peuvent être transmis au modèle de voie de véhicule et la force hertzienne Fh peut être transmise au système hydraulique. Dans ce cycle itératif, la capacité de négociation de courbe du broyeur de rails dans toute la ligne peut être obtenue.

La meuleuse de rails comprend trois parties : le système de voie du véhicule, le système hydraulique et le système de contrôle, qui doivent être modélisés séparément. Grâce au programme d'interface, les trois peuvent transférer des paramètres et réaliser une interaction. La figure 5 montre le modèle de couplage mécanique-électrique-hydraulique.

Modèle de couplage mécanique-électrique-hydraulique.

En prenant la ligne 1 du métro de Tianjin comme exemple, l'ondulation du rail sur le rail latéral supérieur de la section courbe est grave. Il est principalement composé d'ondes longues et l'amplitude peut atteindre le niveau mm23. La ligne sélectionnée dans cet article est illustrée dans le tableau 2, et une excitation sinusoïdale standard est appliquée en tant qu'irrégularité verticale du rail pour imiter l'ondulation du rail, comme indiqué dans l'équation. (24). Dans cet article, nous simulons le mode de meulage de la surface supérieure du rail rognée, c'est-à-dire que l'angle de réglage du berceau est de 0°. Selon les dommages réels au rail, la méthode de meulage unilatéral du rail extérieur est adoptée. La capacité de négociation de la courbe peut être analysée par simulation.

Pendant le meulage des rails, la modification des paramètres de meulage affectera la capacité de négociation des courbes de la meuleuse de rails. Afin d'évaluer l'influence de ces paramètres, 4 cas sont définis. En ce moment, nous nous concentrons sur la valeur maximale. Le tableau 3 montre les paramètres et les cas de broyage. Selon la fonction de la meuleuse de rail, l'évaluation et la méthode d'essai de son comportement dynamique doivent être conformes à GB/T 17426-1998. Tous les comportements dynamiques mentionnés dans cet article sont basés sur cette norme. Les caractéristiques dynamiques non précisées dans cet article font référence à celle du buggy. "avec meulage" fait référence aux caractéristiques dynamiques du buggy en état de meulage, et "sans meulage" fait référence aux caractéristiques dynamiques du buggy qui n'est pas en état de meulage.

Les figures 6, 7, 8, 9, 10 et 11 montrent la relation de couplage mécanique-électrique-hydraulique de la meuleuse de rail dans un cas typique. La différence de phase pour les meules à différentes positions initiales est différente, et l'amplitude de fluctuation de la puissance de meulage est également différente. La différence de phase est causée par la non-coïncidence de la meule et de la roue du buggy, et l'amplitude de fluctuation de la puissance de meulage est causée par le mouvement de tangage du châssis du buggy. Pour un broyage à puissance constante, la différence de phase et la fluctuation de puissance sont des facteurs défavorables.

Position et puissance de broyage.

Pouvoir de broyage et facteur d'influence.

Pression de la cavité sans tige et facteurs d'influence.

Pression de la cavité de la tige et facteurs d'influence.

Paramètre de contrôle et puissance de broyage.

Caractéristiques spectrales de la puissance de broyage.

Il y a une pression hydraulique dans le cylindre hydraulique de meulage et une force Hertz dans la meule. Cette structure peut être approximativement considérée comme un ressort série. La longueur de ce ressort est la valeur de la coordonnée verticale Zo du berceau moins la longueur d'extension L du vérin hydraulique et l'irrégularité du rail. La puissance de meulage est proportionnelle à la différence entre la longueur du ressort et la longueur nominale du ressort. Si la puissance de meulage est considérée comme une sortie, Zo et l'irrégularité du rail peuvent être considérées comme une entrée passive, tandis que L peut être considérée comme une entrée positive. Ainsi, la puissance de broyage peut être contrôlée par L.

La pression de la cavité sans tige dans le cylindre hydraulique de meulage est directement proportionnelle à la différence entre son débit accumulé \(\sum Q\) et \(A_{a} L\). La pression de la cavité de la tige est directement proportionnelle à la somme entre son débit accumulé \(\sum Q\) et \(A_{b} L\). Si L est temporairement considéré comme une entrée passive, \(\sum Q\) de la cavité sans tige peut être considérée comme une entrée positive, la pression de la cavité sans tige peut être considérée comme une sortie positive, \(\sum Q\) de la cavité de la tige peut être considérée comme entrée passive, et la pression de la cavité de la tige peut être considérée comme une sortie passive. La sortie L est contrôlée par la différence de pression entre les deux cavités. La tension de commande est proportionnelle à la pression de la cavité sans tige, qui est réalisée en modifiant le débit \(\somme Q\) de la cavité sans tige. Comme on peut le voir sur la figure 8, la tension de commande est inversée avec la pression de la cavité sans tige pour obtenir un contrôle de la fluctuation de la puissance de meulage.

Pour le meulage de surface de rail, la puissance de meulage est directement proportionnelle à la force verticale Fz et au couple Tz du rail à la meule. La force transversale Fy et le couple Ty du rail à la meule peuvent être ignorés. La capacité de négociation de courbe peut être obtenue en entrant Fz et Tz dans le modèle de voie du véhicule.

Les figures 12, 13, 14, 15, 16 et 17 montrent la capacité de négociation de la courbe du buggy dans un cas typique.

Déplacement latéral des essieux (cas typique).

Force du rail de roue de la roue gauche dans l'essieu avant (cas typique).

Coefficient de déraillement de la roue gauche dans l'essieu avant (cas typique).

Force du rail de roue de la roue droite dans l'essieu avant (cas typique).

Coefficient de déraillement de la roue droite dans l'essieu avant (cas typique).

Taux de déchargement (cas typique).

Parce que l'empattement du buggy est grand, dans la courbe, le déplacement transversal de l'essieu avant est négatif et celui de l'essieu arrière est positif. On peut le voir sur la Fig. 12, dans la courbe, les déplacements transversaux des deux essieux augmentent, mais ce n'est pas évident. Cela est dû à la force de meulage verticale exercée sur un côté et au couple de meulage dans la direction z. Et, le couple dans la direction x de la charge sur le côté produit plus contribue.

Lors du travail, la vitesse du broyeur de rail est inférieure à 20 km/h, tandis que celle du véhicule de métro peut atteindre 80 km/h. Dans la ligne existante, jusqu'au broyeur de rails, le dévers est toujours excédentaire, donc la force transversale est positive. En raison de l'existence d'une pression de meulage verticale, il peut partager et réduire la force verticale du rail de roue. Compte tenu de la charge unilatérale de la force verticale de meulage, l'effet de réduction de charge de la roue gauche est supérieur à celui de la roue droite. À partir des Fig. 13 et 14, pour la roue gauche de l'essieu avant, la force latérale augmente, la force verticale diminue, donc le coefficient de déraillement augmente. À partir des Fig. 15 et 16, pour la roue droite de l'essieu avant, la force latérale augmente, la force verticale change peu, donc le coefficient de déraillement augmente encore. La valeur maximale du coefficient de déraillement dans la roue gauche augmente d'environ 47,1 % et celle de la roue droite augmente de 5,5 %, par rapport à l'état sans meulage.

Comme on peut le voir sur la Fig. 17, pour l'essieu avant, lorsque vous entrez dans la section de transition, la force verticale de la roue gauche augmente et celle de la roue droite diminue. Lorsque vous quittez la section de transition, c'est juste en face. Et l'inverse est vrai pour la paire de roues arrière. Lorsque l'influence de la pression de meulage verticale d'une charge unilatérale est exercée, par rapport à l'état sans meulage, la force verticale de la meule gauche diminue et celle de la meule droite reste fondamentalement inchangée. Pour toute la ligne, la valeur maximale du rapport de déchargement augmente. Celui de l'essieu avant augmente d'environ 40,2 % et celui de l'essieu arrière augmente de 34,2 %, par rapport à l'état sans meulage.

Pour étudier l'influence de différents paramètres de broyage, cet article extrait des points de pointe à analyser.

Les figures 18, 19, 20 et 21 montrent la capacité de négociation de courbe du buggy dans le cas 1. À mesure que l'amplitude de l'irrégularité augmente, la fluctuation de la puissance de broyage augmente. Il y a peu de changement dans le déplacement latéral de l'essieu monté, le coefficient de déraillement et le taux de déchargement. L'augmentation de l'irrégularité du rail augmente la fluctuation de la force hertzienne entre la meule et le rail, de sorte que l'amplitude de fluctuation de la puissance de meulage augmente. Un broyage inégal aggravera l'effet de broyage, ce qui est un effet indésirable. Dans la plage d'amplitude d'irrégularité donnée, la fluctuation de la force hertzienne n'est pas suffisante pour affecter la capacité de négociation des courbes du buggy. Sous l'influence de la rigidité longitudinale primaire, le déplacement latéral de l'essieu avant est évidemment supérieur à celui de l'essieu arrière. Étant donné que le buggy a les deux caractéristiques suivantes : 1. Par rapport au train ordinaire, la vitesse de déplacement est lente. Lorsque la section de la courbe passe, le dévers de la ligne est toujours trop élevé, ce qui est désavantageux pour la capacité de négociation de la courbe. 2. 8 meules doivent être installées sur le buggy. L'empattement du buggy est généralement important pour réserver de l'espace aux meules, ce qui est également un facteur désavantageux. Les caractéristiques ci-dessus augmentent encore la différence de déplacement latéral entre les essieux avant et arrière.

Amplitude et puissance de broyage (cas 1).

Amplitude et déplacement latéral (cas 1).

Amplitude et coefficient de déraillement (cas 1).

Amplitude et taux de décharge (cas 1).

Les figures 22, 23, 24 et 25 montrent la capacité de négociation de courbe du buggy dans le cas 2. À mesure que la longueur d'onde d'irrégularité diminue, la fluctuation de la puissance de broyage augmente évidemment. Il y a peu de changement dans le déplacement latéral des essieux. Le coefficient de déraillement change généralement peu, et celui de la roue gauche dans l'essieu avant augmente légèrement. Le taux de déchargement augmente, mais ce n'est pas évident. Diminution de la longueur d'onde de l'irrégularité du rail, augmentation de la fréquence de fluctuation de la force hertzienne entre la meule et le rail, et augmentation de l'amplitude de vibration du buggy. Enfin, l'amplitude de fluctuation de la puissance de broyage augmente de manière significative et l'effet de broyage est détérioré. Dans la plage d'irrégularité de longueur d'onde donnée, la fluctuation de la force hertzienne n'est pas suffisante pour affecter la capacité de négociation de courbe du buggy.

Longueur d'onde et puissance de broyage (cas 2).

Longueur d'onde et déplacement latéral (cas 2).

Longueur d'onde et coefficient de déraillement (cas 2).

Longueur d'onde et taux de décharge (cas 2).

Les figures 26, 27, 28 et 29 montrent la capacité de négociation de courbe du buggy dans le cas 3. Lorsque le rayon de courbure diminue, la puissance de fluctuation diminue légèrement. Le déplacement transversal de l'essieu augmente et celui de l'essieu arrière est très évident. Le coefficient de déraillement augmente, et celui de la roue gauche dans l'essieu avant augmente très nettement. Le taux de déchargement est différencié. Sans meulage, le rapport de déchargement de l'essieu augmente avec la diminution du rayon de courbure. Avec le meulage, celui de l'essieu avant diminue et celui de l'essieu arrière augmente lorsque le rayon de courbure diminue. Cela est principalement dû à l'influence du meulage unilatéral sur la force verticale exercée sur les sections de transition. Le comportement dynamique lors de l'entrée dans la section de transition et de la sortie est différent. Avec la diminution du rayon de courbure de la courbe, la capacité de négociation de courbe des états avec meulage et sans meulage diminue, mais le déclin de l'état avec meulage est plus important. Le processus de broyage détériore la capacité de négociation des courbes.

Rayon de courbure et puissance de meulage (cas 3).

Rayon de courbure et déplacement latéral (cas 3).

Rayon de courbure et coefficient de déraillement (cas 3).

Rayon de courbure et rapport de déchargement (cas 3).

Les figures 30, 31, 32 et 33 montrent la capacité de négociation de la courbe du buggy dans le cas 4. À mesure que le nombre de meules au travail augmente, la fluctuation de la puissance de meulage a peu de changements qui ne sont liés qu'à la position de la meule. Il est généralement conforme au comportement du meulage indépendant. Alors que le nombre de meules au travail augmente, le déplacement latéral de l'essieu augmente et l'augmentation de la portée de l'essieu avant est plus évidente que celle de l'essieu arrière. Le coefficient de déraillement augmente et celui de la roue gauche dans l'essieu avant est plus évident que celui de la roue droite dans l'essieu avant. Le taux de déchargement augmente également. L'augmentation du nombre de meules au travail augmentera considérablement la pression de meulage totale, ce qui affectera inévitablement la capacité de négociation des courbes de la meuleuse de rails.

Meules et puissance de meulage (cas 4).

Meules et déplacement latéral (cas 4).

Meules et coefficient de déraillement (cas 4).

Meules et rapport de déchargement (cas 4).

Le comportement dynamique de la meuleuse de rail est dû à la relation de couplage véhicule-voie construite sur le couplage mécanique-électrique-hydraulique. La modélisation et la simulation de l'ensemble du système sous le meulage unilatéral du rail extérieur sont exercées dans cet article. Le résultat est illustré ci-dessous.

Dans le cas typique, le déplacement transversal des essieux en buggy augmente. Sur la roue gauche de l'essieu avant, la force latérale augmente et la force verticale diminue, de sorte que le coefficient de déraillement augmente. Sur la roue droite de l'essieu avant, la force latérale augmente et la force verticale change peu, et le coefficient de déraillement augmente encore. Le taux de déchargement des essieux augmente. Ceci est principalement causé par la force de meulage verticale exercée sur un côté, ce qui modifie la relation de contact roue-voie.

Dans les 4 autres cas, l'amplitude de l'irrégularité et la longueur d'onde n'affectent que la fluctuation de la puissance de broyage. L'augmentation de l'amplitude de l'irrégularité et la diminution de la longueur d'onde de l'irrégularité aggravent la fluctuation de la puissance de meulage, mais elles ont peu d'effet sur la capacité de négociation de courbe de la meuleuse de rail. La réduction du rayon de courbure a peu d'effet sur la fluctuation de la puissance de meulage, mais elle augmente le déplacement transversal des essieux montés et le coefficient de déraillement des roues dans l'essieu avant, réduit le taux de déchargement de l'essieu avant et augmente le taux de déchargement de l'essieu arrière. La capacité de négociation de la courbe sous l'état avec meulage et sans meulage sont toutes diminuées, mais la plage d'état diminuée avec meulage est plus grande. L'augmentation des meules au travail augmentera le déplacement latéral des essieux, le coefficient de déraillement des roues dans les essieux avant et le taux de déchargement des essieux.

En bref, le meulage des rails a un impact sur le comportement dynamique du broyeur de rails, ce qui détériore considérablement sa capacité à négocier les courbes. Et la capacité de négociation de la courbe dans l'état de meulage est toujours dans la plage de la norme.

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de l'étude en cours sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

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Le présent travail a été soutenu par le programme scientifique et technologique du Sichuan (2021YJ0026).

École de génie mécanique, Southwest Jiaotong University, North 1st section, 2nd Ring Road, Chengdu City, 610031, Chine

Luqing Zeng, Dabin Cui, Yaodong Fu, Li Li et Zhanghong Liu

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LZ a écrit cet article. En tant que tuteurs, DC et LL ont guidé LZ pour compléter cet article. YF et ZL ont aidé à traduire cet article.

Correspondance à Dabin Cui ou Li Li.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Zeng, L., Cui, D., Fu, Y. et al. Analyse de la capacité de négociation de courbe d'une meuleuse de rails en état de meulage. Sci Rep 12, 11668 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-13712-1

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Reçu : 20 janvier 2022

Accepté : 26 mai 2022

Publié: 08 juillet 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-13712-1

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