Výzkumnéaktivity

Rozhraní kolo-kolejnice jako otevřený tribologický systém

Abstrakt:
Cílem je přispět k digitalizaci kolejové dopravy prostřednictvím výzkumu a vývoje simulačních nástrojů a modelů pro predikci adhezních podmínek mezi kolem a kolejnicí a jejich implementace do konceptu digitálního dvojčete. Snahou je optimalizovat provoz a plánování údržby kolejových vozidel s ohledem na stav rozhraní mezi tratí a kolejovým vozidlem.

Cíle výzkumu:

  • Objasnit mechanismy vzniku velmi nízké adheze mezi kolem a kolejnicí.

  • Vyvinout modely pro predikci tření mezi kolem a kolejnicí v kontextu otevřeného tribologického systému.

  • Vytvořit predikční algoritmy a diagnostické nástroje pro použití v kontextu digitálním dvojčeti.

Specifikace výzkumu:
Rozhraní mezi kolem a kolejnicí představuje složitý otevřený tribologický systém, jehož chování je významně ovlivněno vnějšími podmínkami. To se projevuje širokým rozsahem součinitele tření na povrchu kolejnice (0,01 až 0,5). Problematické je zejména nízké tření, které je častou příčinou problémů s rozjezdem a bržděním kolejových vozidel. Nízké tření vzniká v důsledku přirozené kontaminace kontaktu vodou, biologickým materiálem (listí) a pevnými částicemi (prach, oxidy, částice opotřebení apod.). Výzkum se proto zaměřuje také na experimentální objasnění mechanizmů těchto náhlých propadů tření. Nejnovější výsledky naznačují, že propad tření souvisí s přechodovým chováním suspenze pevných částic při odpaření vody z kontaktu. Obtížně predikovatelný je také vliv listí v kombinaci s vlhkostí a vliv přirozeně vznikajících oxidických vrstev v závislosti na podmínkách v kontaktu.

Výsledky výzkumu jsou základem algoritmů umožňujících přesnější predikci adhezních podmínek mezi kolem a kolejnicí, které jsou uplatňovány v rámci konceptu digitálního dvojčete. Digitální dvojče představuje virtuální reprezentaci fyzického stroje, zařízení nebo procesu, která umožňuje na základě aktuálních dat z provozu stanovit nebo předpovědět stav jeho částí i celku. V oblasti kolejové dopravy se uplatňuje v různých podsystémech, zejména pak při správě infrastruktury a provozu kolejových vozidel, zejména autonomních.

Publikace:
GALAS, R.; OMASTA, M.; SHI, L.; DING, H.; WANG, W.; HARTL, M.; KŘUPKA, I. The low adhesion problem: The effect of environmental conditions on adhesion in rolling-sliding contact. Tribology International, 2020, vol. 151, no. 11, p. 106521-106531. ISSN: 0301-679X. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2020.106521

KVARDA, Daniel, et al. Testing and modelling of transient adhesion phenomena in rolling-sliding contacts. Friction 2024, 12, s. 1016-1027. https://doi.org/10.1007/s40544-023-0825-8

SKURKA, Š.; GALAS, R.; OMASTA, M.; WU, B.; DING, H.; WANG, W.; KŘUPKA, I.; HARTL, M. The performance of top-of-rail products under water contamination. Tribology International, 2023, vol. 188, no. Říjen, p. 108872-108872. ISSN: 0301-679X. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2023.108872

Partneři a spolupráce:
Virtual Vehicle Research GmbH, Inffeldgasse 21a, 8010 Graz, Rakousko.

ŠKODA TRANSPORTATION a.s., Emila Škody 2922/1, Jižní Předměstí, 301 00 Plzeň, Česká republika.

Projekty:
Národní centrum kompetence inženýrství pozemních vozidel Josefa Božka (BOVENAC), Technologická agentura ČR – Program Národní centra kompetence,TN02000054, 2023-2028.

Friction phenomena in rolling contacts caused by suspensions, Grantová agentura České republiky – LA granty, 24-14624L, 2024-2026.

Kontaktní osoba:
Ing. Milan Omasta, Ph.D.