EN 15302:2021
(Main)Railway applications - Wheel-rail contact geometry parameters - Definitions and methods for evaluation
Railway applications - Wheel-rail contact geometry parameters - Definitions and methods for evaluation
This document establishes definitions and evaluation methods for wheel-rail contact geometry parameters influencing the vehicle running dynamic behaviour:
- the rolling radius difference between the two wheels of a wheelset (Δr-function) which serves as a basis for all further calculations;
- the equivalent conicity function from which are derived:
- a single equivalent conicity value for a specified amplitude which is relevant for the assessment of vehicle running stability on straight track and in very large radius curves according to EN 14363;
- the nonlinearity parameter which characterizes the shape of this function and is related to the vehicle behaviour particularly in the speed range close to the running stability limit;
- the rolling radii coefficient which is used to describe the theoretical radial steering capability of a wheelset in a curved track.
Additional information is given about the relationship between the contact angles of the two wheels of a wheelset (Δtanγ-function) and about the roll angle parameter.
NOTE Out of the presented parameters only those related to the contact angle are relevant for independently rotating wheels of wheel pairs.
Descriptions of possible calculation methods are included in this document. Test case calculations are provided to achieve comparable results and to check the proper implementation of the described algorithms.
To validate alternative methods not described in this document acceptance criteria are given for the equivalent conicity function. This includes reference profiles, profile combinations, tolerances and reference results with tolerance limits.
This document also includes minimum requirements for the measurement of wheel and rail profiles as well as of the parameters needed for the transformation into a common coordinate system of right- and left-hand profiles.
This document does not define limits for the wheel-rail contact geometry parameters and gives no tolerances for the rail profile and the wheel profile to achieve acceptable results.
For the application of this document some general recommendations are given.
Bahnanwendungen - Parameter der Rad-Schiene Kontaktgeometrie - Definitionen und Berechnungsmethoden
In diesem Dokument werden Definitionen und Auswertemethoden für die Rad-Schiene-Berührgeometrieparameter angegeben, die das dynamische Fahrverhalten der Fahrzeuge beeinflussen:
- die Rollradiendifferenz der beiden Räder eines Radsatzes (Δr-Funktion), die als Basis für alle weiteren Berechnungen dient;
- die Funktion der äquivalenten Konizität, aus der ermittelt werden:
- ein einzelner Konizitätswert für eine konkrete Amplitude, die für die Beurteilung der Fahrstabilität eines Fahrzeuges nach EN 14363 im geraden Gleis und in Gleisbögen mit sehr großen Gleisbogenhalbmessern relevant ist;
- der Nichtlinearitätsparameter, der die Form der Funktion charakterisiert und mit dem Fahrzeugverhalten insbesondere im Geschwindigkeitsbereich um die Stabilitätsgrenze herum in Beziehung steht;
- der Rollradienkoeffizient, der benutzt wird, um das theoretische Radialstellungsvermögen eines Radsatzes im Gleisbogen zu beschreiben.
Außerdem werden Informationen über die Beziehung zwischen den Berührwinkeln der beiden Räder eines Radsatzes (Δtanγ -Funktion) und über den Wankwinkelparameter gegeben.
ANMERKUNG Von den genannten Parametern sind für Radpaare mit unabhängig voneinander rotierenden Rädern nur diejenigen relevant, die mit dem Berührwinkel in Beziehung stehen.
Dieses Dokument enthält Beschreibungen möglicher Berechnungsmethoden. Es werden Testrechenfälle bereitgestellt, um die Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu erzielen und die korrekte Implementierung der beschriebenen Algorithmen zu überprüfen.
Zur Validierung alternativer Methoden, die nicht in diesem Dokument beschrieben werden, werden Akzeptanzkriterien für die Funktion der äquivalenten Konizität angegeben. Dazu gehören Referenzprofile, Profilkombinationen, Toleranzen und Referenzergebnisse mit Toleranzgrenzen.
Dieses Dokument enthält auch Mindestanforderungen an die Messung von Rad- und Schienenprofilen sowie an die Parameter, die für die Transformation in ein gemeinsames Koordinatensystem der rechten und linken Profile benötigt werden.
In diesem Dokument werden keine Grenzwerte für die Rad-Schiene-Berührgeometrieparameter und keine Toleranzen für Schienen- und Radprofile zur Gewährleistung akzeptabler Ergebnisse angegeben.
Bezüglich der Anwendung dieses Dokuments werden einige allgemeine Empfehlungen gegeben.
Applications ferroviaires - Paramètres géométriques du contact roue-rail - Définitions et méthodes de determination
Le présent document établit les définitions et les méthodes d'évaluation relatives aux paramètres géométriques du contact roue-rail, qui influencent le comportement dynamique des véhicules ferroviaires :
- la différence de rayon de roulement entre les deux roues d'un essieu (fonction Δr) qui sert de base à tous les calculs ;
- la fonction de conicité équivalente à partir de laquelle sont dérivées :
-- une valeur de conicité équivalente unique pour une amplitude spécifique, qui sera pertinente pour l'évaluation de la stabilité dynamique du véhicule sur voie en alignement et en courbes de très grand rayon conformément à l'EN 14363 ;
-- le paramètre de non-linéarité qui caractérise la forme de cette fonction et qui est lié au comportement du véhicule, particulièrement dans la plage de vitesses proches de la limite de stabilité dynamique ;
- le coefficient des rayons de roulement qui est utilisé pour décrire la capacité de guidage radial théorique d'un essieu dans une voie en courbe.
Le présent document fournit également des informations concernant la relation entre les angles de contact des deux roues d'un essieu (fonction Δtanγ) et le paramètre d'angle de roulis.
NOTE Parmi les paramètres décrits, seuls ceux liés à l'angle de contact sont pertinents pour les paires de roues à rotation indépendante.
Le présent document fournit également des descriptions des différentes méthodes de calcul possibles. Des calculs sur des cas type sont fournis afin d'obtenir des résultats comparables et de vérifier la mise en œuvre adéquate des algorithmes décrits.
Pour valider d'autres méthodes qui ne sont pas décrites dans le présent document, des critères d'acceptation sont donnés pour la fonction de conicité équivalente (profils de référence, combinaisons de profils, tolérances et résultats de référence avec limites de tolérance).
Le présent document spécifie également les exigences minimales pour la mesure des profils de roue et de rail, ainsi que les paramètres nécessaires à la déduction d'un système de coordonnées commun pour les profils droit et gauche.
Le présent document ne définit pas de limites pour les paramètres géométriques du contact roue-rail, ni de tolérances pour les profils de rail et de roue afin d'obtenir des résultats acceptables.
Pour l'application du présent document, des recommandations générales sont données.
Železniške naprave - Geometrijski parametri stika kolo-tirnica - Definicije in metode vrednotenja
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
SLOVENSKI STANDARD
01-december-2021
Nadomešča:
SIST EN 15302:2008+A1:2010
Železniške naprave - Geometrijski parametri stika kolo-tirnica - Definicije in
metode vrednotenja
Railway Applications - Wheel-rail contact geometry parameters - Definitions and
methods for evaluation
Bahnanwendungen - Parameter der Rad-Schiene-Berührgeometrie - Definitionen und
Auswertemethoden
Applications ferroviaires - Paramètres géométriques du contact roue-rail - Définitions et
méthodes de détermination
Ta slovenski standard je istoveten z: EN 15302:2021
ICS:
45.060.01 Železniška vozila na splošno Railway rolling stock in
general
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
EN 15302
EUROPEAN STANDARD
NORME EUROPÉENNE
October 2021
EUROPÄISCHE NORM
ICS 17.040.20; 45.060.01 Supersedes EN 15302:2008+A1:2010
English Version
Railway applications - Wheel-rail contact geometry
parameters - Definitions and methods for evaluation
Applications ferroviaires - Paramètres géométriques Bahnanwendungen - Parameter der Rad-Schiene
du contact roue-rail - Définitions et méthodes de Kontaktgeometrie - Definitionen und
détermination Berechnungsmethoden
This European Standard was approved by CEN on 2 August 2021.
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Contents Page
European foreword . 7
Introduction . 8
1 Scope . 9
2 Normative references . 9
3 Terms and definitions . 10
4 Symbols and abbreviations . 11
5 Overview of the process for determining contact parameters . 12
6 Description of wheel and rail profiles . 12
6.1 General . 12
6.2 Uncertainty of the measuring systems . 14
7 Plausibility check and processing of measured wheel and rail profiles . 15
8 Determining the wheel-rail contact positions and contact functions . 16
8.1 General . 16
8.2 Determining the rolling radius difference function . 16
8.3 Other wheel-rail contact geometry functions . 17
9 Determining the equivalent conicity and the related nonlinearity parameter . 17
9.1 Background to equivalent conicity . 17
9.1.1 Mathematical description of the kinematic lateral wheelset motion . 17
9.1.2 Determining the wavelength of a coned wheelset . 18
9.2 Determining the equivalent conicity . 19
9.3 Determining the nonlinearity parameter . 19
10 Determining the rolling radii coefficient . 20
10.1 Background and definition . 20
10.2 Determining point E for the calculation of the rolling radii coefficient . 22
11 Other wheel-rail contact parameters . 23
12 Testing of calculation software for contact geometry parameters . 24
12.1 Overview . 24
12.2 Validation of the calculation algorithms . 24
12.3 Assessment of the smoothing process . 24
13 Assessment of the complete process for determination of wheel-rail contact
parameters . 28
13.1 General . 28
13.2 Reproducibility of contact parameter determination based on rail profile
measurement . 28
13.2.1 Manual rail profile measuring devices . 28
13.2.2 Vehicle based rail profile measuring systems . 29
13.3 Reproducibility of contact parameter determination based on wheel profile
measurement . 30
13.3.1 Manual wheel profile measuring devices . 30
13.3.2 Ground based wheel profile measuring systems . 30
Annex A (informative) Example of presentation of contact geometry functions . 32
Annex B (informative) Derivation of the kinematic equation of wheelset motion . 33
Annex C (informative) Determination of the lateral peak displacements . 36
Annex D (informative) Method for determining the wavelength of the wheelset motion by
two-step integration of the nonlinear differential equation . 38
D.1 General . 38
D.2 Step 1 . 38
D.3 Step 2 . 38
Annex E (informative) Method for determining the wavelength of the wheelset motion by
direct integration of the nonlinear differential equation . 40
Annex F (informative) Method for determining the equivalent conicity by linear regression
of the Δr function . 41
F.1 General . 41
F.2 Concerns regarding the method . 41
Annex G (informative) Method for determining linearization parameters by harmonic
linearization . 43
G.1 General . 43
G.2 Concerns regarding the method . 44
Annex H (informative) Handling of special cases of the Δr function . 45
Annex I (normative) Reference profiles for testing . 48
I.1 General . 48
I.2 Wheel A . 49
I.2.1 Drawing . 49
I.2.2 Analytic definition . 49
I.2.3 Cartesian coordinates . 50
I.3 Wheel B . 52
I.3.1 Drawing . 52
I.3.2 Analytic definition . 52
I.3.3 Cartesian coordinates . 53
I.4 Wheel C . 55
I.4.1 Drawing . 55
I.4.2 Analytic definition . 55
I.4.3 Cartesian coordinates . 56
I.5 Wheel H . 58
I.5.1 Drawing . 58
I.5.2 Analytic definition . 58
I.5.3 Cartesian coordinates . 59
I.6 Wheel I . 61
I.6.1 Drawing . 61
I.6.2 Analytic definition . 61
I.6.3 Cartesian coordinates .
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.