Calculation of temperature rise in the railway wheel rim in braking

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Calculation of temperature rise in the railway wheel rim in braking

Galay, E.I. / Balakin, V.A.

Ein Eisenbahnrad, das aus Nabe, Radscheibe und Spurkranz mit Wulst besteht, besitzt ein kompliziertes Profil. Im Betriebsprozeß verringert sich die Dicke des Spurkranzes h₂ infolge Verschleiß der Lauffläche des Rades. Für ein neues Rad gilt h₂ = 70 mm, bei einem verschlissenen kann dieser Wert 25 mm erreichen. Die Breite des Radspurkranzes ist größer als diejenige der gußeisernen Bremsbacke und der Radscheibe. Die Verteilung des Wärmestromes in radialer Richtung von der Lauffläche des Rades zu dessen Achse ist kompliziert und hängt ab von der Bremsdauer. Das Vorhandensein einer Wärmeleitung in Richtung der Wulst erfordert die Lösung der zweidimensionalen Wärmeleitungsgleichung von Fourier. Im Verlaufe der Zeit wird der Spurkranz in seiner gesamten Dicke erwärmt, und es entsteht ein Wärmeaustausch mit dem Umgebungsmedium. Die konvektiven Wärmeströme hängen von den Wärmeübergangszahlen ab, welche ihrerseits Funktionen der Raddrehzahl und der Temperaturdifferenzen zwischen der erwärmten Spurkranzoberfläche und dem Umgebungsmedium sind. Die Kompliziertheit der Randbedingungen erlaubt keine exakten Lösungen der zweidimensionalen Wärmeleitungsgleichung von Fourier. Werden der Bremsbacken und der Spurkranz als unbegrenzte Platten betrachtet, dann erweisen sich die erhaltenen Lösungen für die Temperaturverteilungen als etwas zu hoch. Eine solche Methodik der wärmetechnischen Berechnung der Backenbremse kann als Ingenieurverfahren angesehen werden, welches ein Ergebnis für die obere Grenze der mittleren Temperaturen der Reibflächen liefert. Betrachtet wird dieses Ingenieurverfahren zur Berechnung der mittleren Temperatur an der Lauffläche des Rades während einer Notbremsung des Eisenbahnzuges.