DOI: https://doi.org/10.15802/stp2015/57098

DETERMINATION OF THE ISSUE CONCERNING THE LIFT RESISTANCE FACTOR OF LIGHTWEIGHT CAR

A. O. Shvets, К. I. Zhelieznov, А. S. Аkulov, О. M. Zabolotnyi, Ye. V. Chabaniuk

Abstract

Purpose. The analytical study of the connection between the longitudinal force, acting on the light-weight car, lateral and vertical forces of interaction in the contact zone «wheel – rail» with the lift resistance factor value is to provide a simple relationships between them. Methodology. Research was conducted by the method of mathematical modeling of loading the freight car when driving at different speeds on straight and curved sections of a track. Findings. Even in the absence of «lift» accordingly the classical train stability theory, as the hinge-rod system, the presence of the longitudinal compressive forces may become a factor provoking cars derailment. The main reason of wheel climbing on rails is the combination of processes of dynamic interaction between the hunting vehicle and the track with simultaneous action of longitudinal compressive forces, and not the destabilization of train as a hingedrod system. To assess the impact of the longitudinal forces value on the lift resistance factor there are presented the calculation results for the empty gondola car motion, model No. 12-532, on 250 m radius curve with 150 mm rise and cross starting of car underframe relating to the track axis in 50 mm guiding section. The calculations were made in such a curve excluding the inertial forces from outstanding acceleration and taking into account the unbalanced acceleration with the permissible speed of 65 km/h. Originality. This study provides the technique of determining the lift resistance factor by longitudinal forces, which is somewhat different from the standard one, as well as evaluates impact of rolling stock speed on this factor. Practical value. The authors clarify the current method of determining the lift resistance factor by longitudinal forces and assess the impact of rolling stock speed on the value of this factor. From these studies one can conclude that because of cars hunting their lift is possible even when the train as hinge-rod system does not lose stability. The developed proposals allow reducing the number of car derailment by taking into account important parameters and characteristics during the process of calculation and design that increase their stability in the rail track especially in case of increased speed of freight trains.

Keywords

traffic safety; rules for the calculation; car lift resistance factor; movement speed; lift resistance factor

Full Text:

PDF TRANSLATION (Русский)

References

Analiz stanu bezpeky rukhu poizdiv u lokomotyvnomu hospodarstvi zaliznyts Ukrainy za 2010 rik [Analysis of traffic safety in railway locomotive economy of Ukraine in 2010 year]. Lokomotyv–Inform – Locomotive–Inform, 2010, no. 5, pp. 14-18.

Vershinskiy S.V., Danilov V.I., Chelnokov I.I. Dinamika vagonov [Dynamics of cars]. Moscow, Transport Publ., 1991. 360 p.

Vershinskiy S.V. Dinamika, prochnost i ustoychivost vagonov v tyazhelovesnykh i skorostnykh poyezdakh. [Dynamics, durability and the stability of cars in heavy and high-speed trains]. Sbornik trudov VNIIZhTa [Proc. Of All-Russian Research Railway Institute]. Moscow, Transport Publ., 1970, issue 425, 208 p.

Gruzovyye vagony kolei 1520 mm zheleznykh dorog SSSR: albom [Freight cars, a track of 1520 mm at railways of the USSR: The Album]. Moscow, Transport Publ., 1982. 111 p.

Gruzovyye vagony kolei 1520 mm zheleznykh dorog SSSR: albom-spravochnik [Freight cars 1520 mm track railways of the USSR: Album Directory]. Moscow, Transport Publ., 1989. 175 p.

Lazaryan V.A., Blokhin Ye.P., Stambler Ye.L. Dvizheniye legkovesnykh vagonov v sostavakh tyazhelovesnykh poyezdov. Voprosy dinamiki podvizhnogo sostava i primeneniya matematicheskikh mashin [Movement of lightweight cars in heavy trains. The dynamics of the rolling stock and the application of mathematical machines]. Trudy Dnepropetrovskogo instituta inzhenerov zheleznodorozhnogo transporta imeni akademika V. Lazariana [Studies of Dnepropetrovsk Institute of Railway Engineers named after Academician V. Lazaryan], 1966, issue 59, pp. 34-47.

Lazaryan V.A. Dinamica vagonov [Dynamics of cars]. Moscow, Transport Publ., 1964. 256 p.

Lazaryan V.A. Diynamica transportnykh sredstv [Dynamics of transportation facilities]. Kyiv, Naukova Dumka Publ., 1985. 528 p.

Myamlin S.V. Progress transporta – zalog razvitiya natsionalnoy ekonomiki [Transport progress as a pledge of national economy development]. Nauka ta prohres transportu. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu – Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport, 2013, issue 1 (43), pp. 7-12. doi: 10.15802/stp2013/9786.

Akulov A.S., Zhelieznov K.I., Zabolotnyi A.N., Povstenko J.L., Chabanyuk E.V., Shvets A.O. Navchalni trenazhery mashynistiv lokomotyviv [Training simulators of locomotive drivers]. Tezy 74 Mizhnarodnoi naukovo-praktychnoi konferentsii «Problemy ta perspektyvy rozvytku zaliznychnoho transportu» (15.05-16.05.2014). [Proc. of the 74rd Int. Sci. and Practical Conf. «Problems and Prospects of Railway Transport»]. Dnipropetrovsk, 2014, pp. 102-103.

Shvets А.А., Zhelieznov K.I., Akulov A.S., Zabolotnyi A.N., Chabaniuk E.V. Nekotoryye aspekty opredeleniya ustoychivosti porozhnikh vagonov ot vyzhimaniya ikh prodolnymi silami v gruzovykh poyezdakh [Some aspects of the definition of empty cars stability from lift their longitudinal forces in the freight train]. Nauka ta prohres transportu. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu – Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport, 2015, issue № 4 (58), pp. 175-189. doi: 10.15802/stp2015/49281.

Normy dlya rascheta i proyektirovaniya novykh i moderniziruyemykh vagonov zheleznykh dorog MPS kolei 1520 mm (nesamokhodnykh) [Standards for strength calculations and design of the mechanical part of the new and modernized railway cars MPS, track of 1520 mm (unpowered)]. Moscow, VNIIIV–VNIIZhT Publ., 1983. 260 p.

Lazaryan V.A., Blokhin Ye.P., Stambler Ye.L. O dvizhenii legkovesnykh vagonov v sostavakh tyazhelovesnykh poyezdov [About motion of lightweight cars in the heavy trains]. Dnipropetrovsk, 1966. 38 p.

Danovich V.D., Rybkin V.V., Myamlin S.V., Reidemeister A.G., Tryakin A.G., Halipova N.V. Opredeleniye dopuskayemykh skorostey dvizheniya gruzovykh vagonov po zheleznodorozhnym putyam kolei 1520 mm [Determining the permissible speed of freight cars on railroad tracks of 1520 mm]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2003, issue 2, pp. 77-86.

Zheleznov K.I., Akulov A.S., Yevdomakha H.V., Zabolotnyi O.M., Chabaniuk Ye.V., Shvets A.O. Trenazher dlia navchannia mashynista mahistralnoho lokomotyva [Simulator for driver training of the main locomotive]. Patent UA, no. u 2013 09075, 2014.

Posmitiukha A.A. Analiz stanu bezpeky rukhu poizdiv u lokomotyvnomu hospodarstvi zaliznyts Ukrainy za 2008 rik [Analysis of traffic safety in railway locomotive economy of Ukraine in 2008]. Lokomotiv–Inform –Locomotive–Inform, 2009, no. 3/4, pp. 27-30.

Pravyla vyznachennia pidvyshchennia zovnishnoi reiky i vstanovlennia dopustymykh shvydkostei v kryvykh diliankakh kolii. TsP 02336 [The rules for superelevation determining of an outer rod and permissible speeds in curved sections of the track. TsP 02 336]. Kyiv, Ukrzaliznytsia Publ., 2013. 44 p.

Vershinskiy S.V., Lazaryan V.A., Lvov A.A., Blokhin Ye. P. Prodolnaya i poperechnaya dinamika 2-osnykh avtostsepnykh vagonov v tyazhelovesnykh poyezdakh i pri povyshennykh skorostyakh [Longitudinal and perpendicular dynamics of two axle automatic coupling cars in heavy trains and at the high speeds]. Moscow, VNIIZhT Publ., 1954. 312 p. No. I–05–54.

Vershinskiy S.V., Lazaryan V.A., Lvov A.A., Konashenko S.I., Korotenko M.L. Prodolnaya i poperechnaya dinamika 2-osnykh avtostsepnykh vagonov v tyazhelovesnykh poyezdakh i pri povyshennykh skorostyakh [Longitudinal and perpendicular dynamics of two axle automatic coupling cars in heavy trains and at the high speeds]. Moscow, VNIIZhT Publ., 1953. 351 p. No. I–05–54.

Pustovhar V.A. Analiz stanu bezpeky rukhu poizdiv u lokomotyvnomu hospodarstvi zaliznyts Ukrainy za 2009 rik [Analysis of traffic safety in railway locomotive economy of Ukraine in 2009]. Lokomotyv–inform – Locomotive–Inform, 2010, no. 3, pp. 14-17.

Zheleznov K. I., Akulov A. S., Yevdomakha H. V., Zabolotnyi O. M., Chabaniuk Ye. V., Shvets A. O. Kompiuterna prohrama «Obucheniye vozhdeniyu poyezdov mashinistov magistralnykh lokomotivov» [Computer program «Learning to drive trains of drivers in mainline locomotives»]. Certificate UA, no. 54184, 2014.

Shadur L.A. Vagony. Konstruktsiya, teoriya i raschet [Cars. Design, theory and calculation]. Moscow, Transport Publ., 1980. 440 p.

Anyakwo A., Pislaru C., Ball A. New Method for Modelling and Simulation of the Dynamic Behaviour of the Wheel-rail Contact. Intern. Journal of Automation and Computing, 2012, vol. 9, issue 3, pp. 237-247. doi: 10.1007/s11633-012-0640-6.

Kurhan D.M. Features of perception of loading elements of the railway track at high speeds of the movement. Nauka ta prohres transportu. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu – Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport, 2015, issue 2 (56), pp. 136-145. doi: 10.15802/stp2015/42172.

Marquis B., Greif R. Application of Nadal limit in the prediction of wheel climb derailment (JRC2011-56064). Proc. of the ASME/ASCE/IEEE. 2011 Joint Rail Conf. (16.03.–18.03.2011). Pueblo, Colorado, USA, 2011. pp. 1-8. doi: 10.1115/jrc2011-56064.

GOST Style Citations

1. Аналіз стану безпеки руху поїздів у локомотивному господарстві залізниць України за 2010 рік // Локомотив–информ. – 2010. – № 5. – С. 14–18.

2. Вершинский, С. В. Динамика вагонов / С. В. Вершинский, В. И. Данилов, И. И. Челноков. – Москва : Транспорт, 1991. – 360 с.

3. Вершинский, С. В. Динамика, прочность и устойчивость вагонов в тяжеловесных и скоростных поездах / С. В. Вершинский // Сб. тр. / ВНИИЖТ. – Москва : Транспорт, 1970. – Вып. 425. – 208 с.

4. Грузовые вагоны колеи 1520 мм железных дорог СССР : альбом. – Москва : Транспорт. – 1982. – 111 с.

5. Грузовые вагоны колеи 1520 мм железных дорог СССР : альбом-справочник / М-во путей сообщ. СССР, Гл. упр. вагон. хоз-ва. – Москва : Транспорт. – 1989. – 175 с.

6. Лазарян, В. А. Движение легковесных вагонов в составах тяжеловесных поездов / В. А. Лазарян, Е. П. Блохин, Е. Л. Стамблер / Тр. ДИИТа. – Москва : Транспорт, 1968. – Вып. 76 : Вопросы динамики подвижного состава и применения математических машин. – С. 34–46.

7. Лазарян, В. А. Динамика вагонов / В. А. Лазарян. – Москва : Транспорт, 1964. – 256 с.

8. Лазарян, В. А. Динамика транспортных средств / В. А. Лазарян. – Київ : Наукова думка, 1985. – 528 с.

9. Мямлин, С. В. Прогресс транспорта – залог развития национальной экономики / С. В. Мямлин // Наука та прогрес трансп. Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. – 2013. – № 1 (43). – С. 7–12. doi: 10.15802/stp2013/9786.

10. Навчальні тренажери машиністів локомотивів / А. С. Акулов, К. І. Железнов, О. М. Заболотний [та ін.] // Проблеми та перспективи розвитку залізн. трансп. : тези 74 Міжнар. Науково-практ. конф. (15.05-16.05.2014) / Мін-во інфраструктуры України, Дніпропетр. нац. ун-т залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Дніпропетровськ, 2014. – С. 102–103.

11. Некоторые аспекты определения устойчивости порожних вагонов от выжимания их продольными силами в грузовых поездах / А. А. Швец, К. И. Железнов, А. С. Акулов [и др.] // Наука та прогрес трансп. Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. – 2015. – № 4 (58). – С. 175–189. doi: 10.15802/stp2015/49281.

12. Нормы для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). – Москва : ВНИИВ : ВНИИЖТ, 1983. – 260 с.

13. О движении легковесных вагонов в составах тяжеловесных поездов : отчет о НИР : 80 / Днепропетр. ин-т инж. ж.-д. трансп. ; рук. Лазарян В. А. / Днепропетровск, 1966. – 38 с. – Исполн.: Блохин Е. П., Стамблер Е. Л. – Библиогр.: с. 38. – Инв. № 80.

14. Определение допускаемых скоростей движения грузовых вагонов по ж.-д. путям колеи 1 520 мм / В. Д. Данович, В. В. Рыбкин, С. В. Мямлин [и др.] // Вісн. Дніпропет. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Дніпропетровськ, 2003. – Вип. 2. – С. 77–86.

15. Пат. 87837 Україна. МПК G 09 B 9/04 (20.06.01/). Тренажер для навчання машиніста магістрального локомотива / Железнов К. І., Акулов А. С., Євдомаха Г. В., Заболотний О. М., Чабанюк Є. В., Швець А. О. (Україна) ; заявник та патентовласник Дніпропетр. нац. ун-т залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – № u 2013 09075 ; заявл. 19.07.2013 ; опубл. 25.02.14. Бюл. № 4. – 2 с.

16. Посмітюха, А. А. Аналіз стану безпеки руху поїздів у локомотивному господарстві залізниць України за 2008 рік / А. А. Посмітюха // Локомотив – информ. – 2009. – № 3/4. – С. 27–30.

17. Правила визначення підвищення зовнішньої рейки і встановлення допустимих швидкостей в кривих ділянках колії : ЦП 02336. – Київ : Укрзалізниця, 2013. – 44 с.

18. Продольная и поперечная динамика 2-осных автосцепных вагонов в тяжеловесных поездах и при повышенных скоростях : отчет о НИР / Всесоюз. науч.-исслед. ин-т ж.-д. трансп., Днепропетр. ин-т инженеров трансп. ; рук. Вершинский С. В. – Москва, 1954. – 312 с. – Исполн.: Лазарян В. А., Львов А. А., Блохин Е. П. – № И – 05 – 54 р. 2. – Инв. № 2.

19. Продольная и поперечная динамика 2-осных вагонов в тяжеловесных поездах и при повышенных скоростях : отчет о НИР / Всесоюз. науч.-исслед. ин-т ж.-д. трансп., Днепропетр. ин-т инженеров трансп. ; рук. Вершинский С. В. – Москва, 1953. – 351 с. – Исполн.: Лазарян В. А., Львов А. А., Конашенко С. И., Коротенко М. Л. – № И – 05 – 54 р. 1. – Инв. № 1.

20. Пустовгар, В. О. Аналіз стану безпеки руху поїздів у локомотивному господарстві залізниць України за 2009 рік / В. О. Пустовгар // Локомотив–информ. – 2010. – № 3. – С. 14–17.

21. Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір № 54184 Україна. Комп’ютерна програма «Обучение вождению поездов машинистов магистральных локомотивов» / Железнов К. І., Акулов А. С., Євдомаха Г. В., Заболотний О. М., Чабанюк Є. В., Швець А. О. (Україна) ; заявник та патентовласник Дніпропетр. нац. ун-т залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – заявл. 20.03.2014.

22. Шадур, Л. А. Вагоны. Конструкция, теория и расчет / Л. А. Шадур. – Москва : Транспорт, 1980. – 440 с.

23. Anyakwo, A. A New Method for Modelling and Simulation of the Dynamic Behaviour of the Wheel-rail Contact / A. Anyakwo, C. Pislaru, A. Ball // Intern. J. of Automation and Computing. – 2012. – Vol. 9. – Iss. 3. – P. 237–247. doi: 10.1007/s11633-012-0640-6.

24. Kurhan, D. M. Features of perception of loading elements of the railway track at high speeds of the movement / D. M. Kurhan // Наука та прогр. трансп. Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. – 2015. – № 2 (56). – С. 136–145. doi: 10.15802/stp2015/42172.

25. Marquis, B. Application of Nadal limit in the prediction of wheel climb derailment (JRC2011-56064) / B. Marquis, R. Greif // Proc. of the ASME/ASCE/IEEE. 2011 Joint Rail Conf. (16.03.–18.03.2011). – Pueblo, Colorado, USA, 2011. – P. 1–8. doi: 10.1115/jrc2011-56064.

Cited-by:

1. GONDOLA CARS DYNAMICS FROM THE ACTION OF LONGITUDINAL FORCES
A. O. Shvets
Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport  Issue: 6(84)  First page: 142  Year: 2020
doi: 10.15802/stp2019/195821

2. STUDY OF DYNAMIC INDICATORS OF FLAT WAGON WITH LOAD CENTRE SHIFT
O. V. Shatunov, A. O. Shvets
Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport  Issue: 2(80)  First page: 127  Year: 2019
doi: 10.15802/stp2019/165160

3. STABILITY OF FREIGHT CARS UNDER THE ACTION OF COMPRESSIVE LONGITUDINAL FORCES
A. O. Shvets
Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport  Issue: 1(85)  First page: 119  Year: 2020
doi: 10.15802/stp2020/199485

4. INFLUENCE OF LOADING FROM THE AXLE OF A GONDOLA CAR ON ITS DYNAMIC INDICATORS AND RAILWAY TRACK
A. O. Shvets, О. О. Bolotov
Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport  Issue: 1(79)  First page: 151  Year: 2019
doi: 10.15802/stp2019/158127

5. DETERMINATION THE PERMISSIBLE FORCES IN ASSESSING THE LIFT RESISTANT FACTOR OF FREIGHT CARS IN TRAINS
A. O. Shvets, K. I. Zhelieznov, A. S. Akulov, O. M. Zabolotnyi, E. V. Chabaniuk
Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport  Issue: 1(61)  First page: 180  Year: 2016
doi: 10.15802/stp2016/61045

6. INFLUENCE OF THE LONGITUDINAL AND TRANSVERSE DISPLACEMENT OF THE CARGO GRAVITY CENTER IN GONDOLA CARS ON THEIR DYNAMIC INDICATORS
A. O. Shvets
Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport  Issue: 5(77)  First page: 115  Year: 2018
doi: 10.15802/stp2018/146432