Der vorliegende Bericht beschreibt die Ermittlung der dynamischen Belastung einer Radsatzwelle einer Straßenbahn mit Hilfe der Mehrkörpersimulation. Dazu wurde das untersuchte Triebdrehgestell als Mehrkörpersystem abgebildet. Radsätze, Drehgestellrahmen, Antriebseinheit und Rollkranzträger wurden als starre Körper in dem Ersatzsystem berücksichtigt. Die Radsatzwelle des vorlaufenden Radsatzes wurde als elastischer Körper, basierend auf einem FE-Modell der Welle, in das MKS-Modell integriert. Anhand des FE-Modells wurden die Eigenmoden und Eigenfrequenzen ermittelt, über die die Verformung der Welle hei verschiedenen Fahrsituationen berechnet wird. Primär- und Sekundärfederung, sowie die Gummikupplungen des Antriebs wurden als masselose, lineare Feder-Dämpfersysteme abgebildet. Die Radsätze sind über ein spezielles Rad/Schiene-Modell mit den Schienen gekoppelt und berücksichtigen sowohl die Geometrie von Rad- und Schienenprofil, als auch den Kraftschluss zwischen Rad und Schiene. Um das prinzipielle Fahrverhalten des Fahrwerks im Gleis nachzubilden, wurde der Wagenkasten als starrer Körper vereinfacht abgebildet. Die durchgeführten Simulationsrechnungen umfassen typische Fahrsituationen für ein Schienenfahrzeugfahrwerk. Neben der Fahrt in der Geraden, stand bei der Untersuchung insbesondere die Fahrt im Gleisbogen, die Auswirkungen von horizontalen und vertikalen Schienenstößen und Bremsvorgänge im Mittelpunkt des Interesses. Für die verschiedenen Fahrsituationen wurde jeweils die Biegemomentbelastung auf die Welle ermittelt und mit gemessenen Daten verglichen. Die Messungen wurden an einem realen Triebdrehgestell in mehreren Fahrversuchen durchgeführt. Das Biegemoment in der Radsatzwelle wurde mittels Dehnmessstreifen, die an zwei um 90 Grad (Winkelgrad) versetzten Stellen angeordnet wurden, direkt gemessen. Das Gesamtbiegemoment wurde dann aus der vektoriellen Addition der beiden Einzelwerte ermittelt. Sowohl bei der Simulation als auch bei der Messung zeigt sich folgendes prinzipielles Verhalten des innengelagerten Radsatzes: Beim Beschleunigen wird die vorlaufende Radsatzwelle entlastet und beim Bremsen belastet Bei Kurvenfahrt wird die Radsatzwelle sowohl am kurvenäußeren wie auch am kurveninneren Rad entlastet. Die Welle wird in kurzen, hochdynamischen Lastspitzen maximal belastet. Die Simulationsergebnisse stimmen sowohl qualitativ als auch quantitativ gut mit den gemessenen Werten überein.
Ermittlung der dynamischen Belastung einer Radsatzwelle mit Hilfe der Mehrkörpersimulation
2001
20 Seiten, 11 Bilder, 6 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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