RESOLUCIÓN Y ANÁLISIS DEL PROBLEMA GEOMÉTRICO DEL CONTACTO ENTRE LA RUEDA DE UN VEHÍCULO FERROVIARIO Y EL CARRIL

Abstract

[ES] La geometría del contacto entre la rueda de un vehículo y el carril ferroviario es un factor determinante de la estabilidad de los vehículos, de la calidad del guiado en marcha, así como del desgaste de los perfiles, de las vibraciones y del ruido generado en curva. Todo esto indica que el perfil de la rueda es un elemento de diseño que determina las prestaciones de los vehículos, el coste de la explotación ferroviaria y el impacto ambiental asociado a la emisión vibroacústica de este medio de transporte. La resolución del problema geométrico implica el cálculo de los puntos de contacto rueda-carril, y de él se derivan las funciones de restricción cinemática que ligan las coordenadas asociadas al movimiento del eje montado. El estudio de la geometría del contacto debe ser implementado en la simulación dinámica, si bien puede directamente proporcionar indicadores sobre cómo se va a producir el guiado en los vehículos, por ejemplo, al proporcionar el mínimo radio de curva que es capaz de trazar el vehículo en condiciones de rodadura sin deslizamiento. En este proyecto se desarrolla una metodología para la resolución del problema geométrico de contacto entre la rueda y el carril ferroviario. Para ello se presentan, en primer lugar, las ecuaciones de restricción que definen las condiciones geométricas del contacto. A continuación, se propone la resolución de las ecuaciones algebraicas a través del método de Newton-Raphson. En la memoria se analizan los problemas numéricos que la técnica tiene para este problema, y se muestran estrategias que permiten su resolución. Entre los resultados, en la memoria del proyecto se presentan para varias combinaciones de perfiles y diferentes configuraciones, el incremento de radio de rodadura y la posición de los puntos de contacto en función del desplazamiento lateral del eje montado.

[EN] The geometry of the contact between a railway vehicle's wheel and the track is a crucial factor in vehicle stability, ride quality, as well as wear on profiles, vibration, and noise generated during cornering. All of this indicates that the wheel profile is a design element that determines vehicle performance, the cost of railway operation, and the environmental impact associated with vibroacoustic emissions from this transportation mode. Solving the geometric problem involves calculating the wheel-rail contact points, from which the kinematic constraint functions are derived to link the coordinates associated with the wheelset's movement. Studying the contact geometry should be implemented in dynamic simulations, but it can also directly provide indicators of how the steering will occur in vehicles, for example, by indicating the minimum curve radius that a vehicle can run under rolling conditions without slipping. This project develops a methodology for solving the geometric contact problem between the wheel and the railway track. To do this, it first presents the constraint equations that define the geometric contact conditions. Next, it proposes solving the algebraic equations through the Newton-Raphson method. The report analyses the numerical problems that this technique has and presents strategies to work them out. Among the results, the project report shows, for various combinations of profiles and different configurations, the rolling radius difference and the position of the contact points as a function of the wheelset lateral displacement.