Vliv tuhého modifikátoru tření na tření a únavové poškození povrchu kol a kolejnic

Effects of solid friction modifier on friction and rolling contact fatigue damage of wheel-rail surfaces

journal article in Web of Science

en

In railway network, friction is an important factor to consider in terms of the service behaviors of wheel-rail system. The objective of this study was to investigate the effect of a solid friction modifier (FM) in a railway environment. This was achieved by studying the friction, wear, and rolling contact fatigue (RCF) damage on the wheel-rail materials at different slip ratios. The results showed that when a solid FM was applied, the friction coefficient decreased. After the solid FM was separated from the wheel-rail interface, the friction coefficient gradually increased to its original level. With the application of the solid FM, the wear rates of the wheel-rail decreased. In addition, the thickness and hardness of the plastic deformation layers of the wheel-rail materials were reduced. The worn surfaces of the wheel-rail were dominated by pits and RCF cracks. Without the FM, RCF cracks ranged from 84 to 120 mu m, and subsurface cracks were generated. However, with the FM, RCF cracks ranged from 17 to 97 mu m and no subsurface cracks were generated. These findings indicate possible methods of improving the performance of railway rolling stock by managing friction, and reducing wear and permanent RCF damage affecting both the wheels and rails.

Tření je jedním z nejdůležitějších faktorů kolejové dopravy. Cílem této studie bylo vyšetřit vliv tuhého modifikátorů tření na tření, opotřebení a únavové poškození kol a kolejnic pro různé hodnoty skluzu. Výsledky ukazují, že aplikace tuhého modifikátoru tření je doprovázena poklesem součinitele tření. Po ukončení aplikace byl pozorován opětovný nárůst součinitele tření na jeho původní hodnotu. Testy opotřebení ukázaly, že aplikace tuhého modifikátoru tření vede k celkové redukci opotřebení. Současně bylo zjištěno, že tloušťka a tvrdost vrstvy plasticky deformované vrstvy byla nižší než v případě testů za suchých podmínek (bez modifikátoru tření). Povrchová analýzy ukázaly, že dominantním poškozením povrchů byly důlky a únavové trhliny. V případě suchých testů byla délka těchto trhlin od 84 to 120 µm a současně byly nalezeny také podpovrchové trhliny. V případě testů s tuhým modifikátorem tření byla délka únavových trhlin v rozmezí od 17 do 97 µm a tělesa byla bez podpovrchových trhlin. Tyto výsledky ukazují, že modifikace tření pomocí tuhých modifikátorů tření může vést ke snížení opotřebení a únavového poškození kol a kolejnic, což povede k celkovému zvýšení efektivnosti a výkonosti kolejové dopravy.

In railway network, friction is an important factor to consider in terms of the service behaviors of wheel-rail system. The objective of this study was to investigate the effect of a solid friction modifier (FM) in a railway environment. This was achieved by studying the friction, wear, and rolling contact fatigue (RCF) damage on the wheel-rail materials at different slip ratios. The results showed that when a solid FM was applied, the friction coefficient decreased. After the solid FM was separated from the wheel-rail interface, the friction coefficient gradually increased to its original level. With the application of the solid FM, the wear rates of the wheel-rail decreased. In addition, the thickness and hardness of the plastic deformation layers of the wheel-rail materials were reduced. The worn surfaces of the wheel-rail were dominated by pits and RCF cracks. Without the FM, RCF cracks ranged from 84 to 120 mu m, and subsurface cracks were generated. However, with the FM, RCF cracks ranged from 17 to 97 mu m and no subsurface cracks were generated. These findings indicate possible methods of improving the performance of railway rolling stock by managing friction, and reducing wear and permanent RCF damage affecting both the wheels and rails.

kolo-kolejnice; tuhý modifikátor tření; tření; opotřebení; kontaktní únavové poškození

wheel-rail; solid friction modifier (FM); friction; wear; rolling contact fatigue (RCF) damage

22.07.2021

Springer

Čína

2223-7690

10

4

597–607

11