DOI: https://doi.org/10.15802/stp2017/104343

### DETERMINATION OF FRAME FORCE FOR ELECTRIC LOCOMOTIVE VL80 WHEN MOVING IN THE CURVED TRACK SECTIONS

A. Y. Kuzyshyn

#### Abstract

Purpose. When locomotives move in curved sections of the railway track, horizontal forces arise, which lead to pressing the ridge of the wheel pair to the railway track. The article is aimed to develop a method for determining the frame force acting on the bogie from the side of body of the locomotive section using the current methodology of calculating the lateral force. It is also aimed to determine the basic parameters that influence the value of the frame force. It is necessary to construct the dependencies of the frame force on the travel time of electric locomotive in the corresponding curve changing these parameters. Methodology. As is known, the electric locomotive is a multimass mechanical system. We will assume that this system consists of seven bodies: a body, two frames of carriages and four wheel sets. To determine the lateral force acting on the rail from the wheelset one need to solve differential equations of motion of locomotive bogie in curves of small radius. Using the equations of kinetostatics for wheelset one should come to determining the frame force acting on the car bogie from the side of body of the locomotive section. The nominal geometric and mass parameters of parts and components of electric locomotive are taken in the calculations. The curve radius, the length of transition curve, the length of circular curve, the longitudinal slope of railway track and other parameters are fixed values. Findings. There were obtained calculated values of the frame force of electric locomotive VL80 acting on the bogie from the side of body of the locomotive section. Based on the obtained results there were built the dependencies of frame force on the travel time of electric locomotive on the corresponding curve when changing the speed and corresponding elevation of the outer rail. Originality. On the basis of the existing methodology for calculating the lateral force it was developed the method for determining the frame force acting on the car bogie from the side of body of the locomotive section. Practical value. Improving the method for determining the frame force improves the accuracy of calculations when analyzing the traffic safety and when conducting the forensic rail-transport examinations.

#### Keywords

frame force; wheel set; electric locomotive; railway track; circular curve; transition curve; bogie; elevation of outer rail

#### Full Text:

PDF (Українська) HTML (Українська)

#### References

Blokhin, Y. P., Korotenko, M. L., & Klimenko, I. V. (2013). Ob otsenke bezopasnosti ot skhoda kolesa s relsov pri ispolzovanii napravlyayushchey libo bokovoy sily. Proceedings of the 73 International Scientific & Practical Conference «Problems and Prospects of Railway Transport Development», May 23-24, 2013, Dnipropetrovsk. 81-82.

Blokhin, Y. P., Korotenko, M. L., & Klimenko, I. V. (2013). On the equivalence of safety criteria of the wheels derailment from the rails when using the directing or lateral force. Science and Transport Progress, 3(45), 74-81. doi: 10.15802/stp2013/14538

Bodnar, B. Y., Nechaiev, Y. H., & Bobyr, D. V. (2009). Teoriia ta konstruktsiia lokomotyviv. Ekipazhna chastyna. Dnipropetrovsk: Lira LTD.

Bolzhelarskyi, Y. V., Dovhaniuk, S. S., & Kuzyshyn, A. Y. (2016). Ohliad metodiv dynamichnoho vpysuvannia lokomotyviv u perekhidni ta kruhovi kryvi. Railway Transport of Ukraine, 5/6, 23-29.

Bolzhelarskyi, Y. V., & Kuzyshyn, A. Y. (2016). Comparison of the methods for calculating the lateral force from the influence of the locomotive wheel on the rail head. Electromagnetic Compatibility and Safety on railway transport, 11, 55-64.

Verigo, M. F., & Kogan, A. Y. (1986). Vzaimodeystviye puti i podvizhnogo sostava. Moscow: Transport.

Doronin, S. V. (2009). Dvizheniye mnogosektsionnykh lokomotivov v krivykh malogo radiusa. Khabarovsk: DVGUPS.

Yershkov, O. P. (1966). Raschety poperechnykh gorizontalnykh sil v krivykh. Nauchnyye trudy Vserossiyskogo nauchno-issledovatelskogo instituta zheleznodorozhnogo transporta, 301, 236.

Kutsenko, S. M. (Ed.). (1975). Dinamika ustanovivshegosya dvizheniya lokomotivov v krivykh. Kharkov: Vysshaya shkola.

Bocharov, V. I., Kodintsev, I. F., & Kravchenko, A. I. (1991). Magistralnyye elektrovozy. Obshchiye kharakteristiki: Mekhanicheskaya chast. Moscow: Mashinostroyeniye.

Sokol, E. N. (2004). Skhody s relsov i stolknoveniya podvizhnogo sostava. Sudebnaya ekspertiza. Elementy teorii i praktiki. Kyiv: Transport Ukrainy.

Chernyshev, M. A., & Kreynis, Z. M. (1985). Zheleznodorozhnyy put. Moscow: Transport.

Shakhunyants, G. M. (1987). Zheleznodorozhnyy put. Moscow: Transport.

Martínez-Casas, J., Di Gialleonardo, E., Bruni, S., & Baeza, L. (2014). A comprehensive model of the railway wheelset-track interaction in curves. Journal of Sound and Vibration, 333(18), 4152-4169. doi: 10.1016/j.jsv.2014.03.032

Zhou, G., He, C., Wen, G., & Liu, Q. (2015). Fatigue damage mechanism of railway wheels under lateral forces. Tribology International, 91, 160-169. doi: 10.1016/j.triboint.2015.07.008

Kalker, J. J. (1967). On the rolling contact of two elastic bodies in the presence of dry friction. (PhD thesis). Available from Delft University of Technology, Delft, The Netherlands.

#### GOST Style Citations

1. Блохин, Е. П. Об оценке безопасности от схода колеса с рельсов при использовании направляющей либо боковой силы / Е. П. Блохин, М. Л. Коротенко, И. В. Клименко // Проблемы и перспективы развития ж.-д. трансп. : материалы 73 междунар. науч.-практ. конф. (23.05–24.05.2013) / М-во инфраструктуры Украины, Днепропетр. нац. ун-т ж.-д. трансп. им. акад. В. Лазаряна. – Днепропетровск, 2013. – С. 81–82.
2. Блохин, Е. П. Об эквивалентности критериев безопасности от схода колеса с рельсов при использовании направляющей либо боковой силы / Е. П. Блохин, М. Л. Коротенко, И. В. Клименко // Наука та прогрес транспорту. – 2013. – № 3 (45). – С. 74–81. doi: 10.15802/stp2013/14538.
3. Боднар, Б. Є. Теорія та конструкція локомотивів. Екіпажна частина : підручник для ВНЗ залізн. трансп. / Б. Є. Боднар, Є. Г. Нечаєв, Д. В. Бобир ; під ред. д-ра техн. наук, проф. Б. Є. Боднара. – Дніпропетровськ : Ліра ЛТД, 2009. – 284 с.
4. Болжеларський, Я. В. Огляд методів динамічного вписування локомотивів у перехідні та кругові криві / Я. В. Болжеларський, С. С. Довганюк, А. Я. Кузишин // Залізничний транспорт України. – 2016. – № 5/6. – С. 23–29.
5. Болжеларський, Я. В. Порівняння методів розрахунку бокової сили від дії колеса електровоза на головку рейки / Я. В. Болжеларський, А. Я. Кузишин // Електромагнітна сумісність та безпека на залізничному транспорті. – 2016. – № 11. – С. 55–64.
6. Вериго, М. Ф. Взаимодействие пути и подвижного состава / М. Ф. Вериго, А. Я. Коган ; под ред. М. Ф. Вериго. – Москва : Транспорт, 1986. – 556 с.
7. Доронин, С. В. Движение многосекционных локомотивов в кривых малого радиуса : монография / С. В. Доронин. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2009. – 220 с.
8. Ершков, О. П. Расчеты поперечных горизонтальных сил в кривых / О. П. Ершков // Тр. ВНИИЖТа. – Москва, 1966. – Вып. 301. – С. 3–236.
9. Куценко, С. М. Динамика установившегося движения локомотивов в кривых / С. М. Куценко, А. Э. Руссо, Э. П. Елбаев [и др.] ; под ред. С. М. Куценко. – Харьков : Высш. шк., 1975. – 132 с.
10. Магистральные электровозы: Общие характеристики. Механическая часть / В. И. Бочаров, И. Ф. Кодинцев, А. И. Кравченко [и др.]. – Москва : Машиностроение, 1991. – 224 с.
11. Сокол, Э. Н. Сходы с рельсов и столкновения подвижного состава (Судебная экспертиза. Элементы теории и практики). – Киів : Транспорт України, 2004. – 386 с.
12. Чернышев, М. А. Железнодорожный путь / М. А. Чернышев, З. М. Крейнис. – Москва : Транспорт, 1985. – 302 с.
13. Шахунянц, Г. М. Железнодорожный путь / Г. М. Шахунянц. – Москва : Транспорт, 1987. – 479 с.
14. A comprehensive model of the railway wheelset–track interaction in curves / J. Martínez-Casas, E. Di Gialleonardo, S. Bruni, L. Baeza // J. of Sound and Vibration. – 2014. – Vol. 333. – Iss. 18. – P. 4152–4169. doi: 10.1016/j. jsv.2014.03.032.
15. Fatigue damage mechanism of railway wheels under lateral forces / G. Zhou, C. He, Guang Wen, Qiyue Liu // Tribology International. – 2015. – Vol. 91. – P. 160–169. doi: 10.1016/j.triboint.2015.07.008.
16. Kalker, J. J. On the rolling contact of two elastic bodies in the presence of dry friction / J. J. Kalker : Ph.D. ThesisDelft;UniversityofTechnology. – Delft, 1967. – 112 p.

ISSN 2307–3489 (Print)
ІSSN 2307–6666 (Online)