Estudio teórico de los mecanismos posibles de generación de vibraciones autoinducidas como origen del squeal en el ámbito ferroviario

Abstract

[ES] El chirrido en curva (conocido como curve squeal y referido así a partir de ahora) es un tipo de ruido ferroviario de alta frecuencia fuertemente tonal y molesto, motivo por el que se considera uno de los principales problemas a paliar en los vehículos ferroviarios que circulan dentro de áreas urbanas. Este chirrido se ha abordado ampliamente en la literatura como un fenómeno de inestabilidad con origen en el contacto rueda-carril. Es por ello que el presente trabajo plantea modelos simplificados de bloque-cinta transportadora que permiten evaluar la influencia del contacto en la estabilidad del sistema y, de este modo, encontrar mecanismos de inestabilización que generen vibraciones autoinducidas en el movimiento del bloque sobre la cinta transportadora.

El coeficiente de fricción juega un papel fundamental en la física de contacto y, por tanto, en los mecanismos de inestabilidad. Aunque la mayor parte de simulaciones en el ámbito ferroviario asumen un coefi ciente constante entre rueda y carril, mediciones experimentales recientes reflejan una caída no desdeñable del coefi ciente de fricción con la velocidad de deslizamiento. Es por ello por lo que se plantea la introducción de una pendiente negativa de dicho coefi ciente con la velocidad de deslizamiento en un modelo de bloque-cinta restringido únicamente a la dirección longitudinal. Tras concluir que un coe ficiente constante no podría inestabilizar el anterior modelo unidimensional, se evalúa un sistema que incluye la dinámica normal para estudiar el acoplamiento entre ésta y la longitudinal (tangencial) y su influencia sobre el contacto. Ambos modelos se implementan en código MATLAB, herramienta utilizada para la obtención de los resultados mostrados en el estudio.

[EN] Curve squeal is a type of railway noise which is high pitched and strongly tonal, thus annoying. This is the reason why it is considered one of the biggest disadvantages in railway operations through residential areas. This squeal has been described in the literature as an instability phenomenon linked to the wheel-rail contact. This is why in the following project some simpli ed block-conveyor belt models are developed. These models allow to evaluate the influence of the contact in the stability of the system and thus, allow to find some instability mechanisms that generate self-induced vibrations in the movement of the block among the conveyor belt.

Friction coefficient plays an important role in the contact physics, thus in instability mechanisms. Although most of the simulations in the railway ambit assume a constant friction coefficient between the wheel and the rail, recent experiment measures have shown a remarkable decay of the friction coefficient with the slip velocity. This is the reason why a negative slope with the slip velocity is introduced in this coefficient for a block-belt model restricted to only the longitudinal direction. After concluding that a constant coefficient is not able cause instability in the previous unidirectional model, a system that includes the normal dynamics is studied. This system allows to study the coupling between the normal and longitudinal (tangencial) dynamics and its influence over the contact. Both models are implemented in MATLAB code, tool used to obtain the results shown among the study.