Laboratorium przeznaczone jest do modelowania cyfrowego i badań symulacyjnych systemów i procesów transportowych oraz systemów eksploatacji pojazdów. W jego skład wchodzi stanowisko rolkowe, 15 nowoczesnych stanowisk komputerowych oraz duża, dwuekstruderowa drukarka 3D z głowicą do cięcia laserem.
Laboratorium komputerowe
W skład posiadanego oprogramowania wchodzą między innymi:
- pakiet narzędzi symulacyjnych SIMPACK (oprogramowanie inżynierskie do modelowania i badań numerycznych układów mechanicznych i mechatronicznych z elementami podatnymi i tłumiącymi). Przykładowe zastosowania:
obliczenia częstości drgań własnych i wizualizacja sił w styku koło/szyna podczas jazdy w łuku
- ANSYS jako wiodący na świecie pakiet do obliczeń MES umożliwiający zarówno analizy wytrzymałościowe, jak również zmęczeniowe, modalne, przepływowe i termiczne. Przykładowe zastosowania:
- oprogramowanie SolidWorks pozwalające projektować szybciej, wydajniej i bardziej dokładnie. Przykładowe zastosowania:
analiza skrajni kinematycznej pojazdu i wizualizacja projektu wózka tramwajowego
Stanowisko rolkowe
Stanowisko rolkowe będące na wyposażeniu laboratorium od maszyn tribologicznych i prostych stanowisk laboratoryjnych składających się z dwóch dysków (ang. twin disc) odróżnia rzeczywista geometria rolek (profile koła i szyny odtworzone zostały w skali 1:2) oraz możliwość przeniesienia opracowanych wniosków do rzeczywistej eksploatacji pojazdów szynowych. Jest to również jedyne znane stanowisko rolkowe w skali światowej, na którym możliwy jest pomiar chwilowej intensywności zużywania i odniesienie go do chwilowych warunków eksploatacji. Tym samym określone warunki jazdy, geometria kół i szyn lub zastosowane środki modyfikujące tarcie mogą zostać przyporządkowane do konkretnych wartości intensywności zużywania z częstotliwością do 30 Hz. Umożliwia to zastosowana technika pomiaru termowizyjnego, gdzie jako sygnał wykorzystano temperaturę błysku (ang. flash temperature) generowaną przez tarcie w parze koło-szyn będące oznaką zintensyfikowanego zużywania.
Dotychczas, dla ilościowego określenia zużycia pary ciernej albo wykreślenia charakterystyk zużywania się dla różnych warunków eksploatacji (ang. wear regimes/rate maps), na podobnych stanowiskach badawczych przeprowadzano wielokrotne, długotrwałe próby, w wyniku których mierzono masę albo objętość produktów zużycia. Stanowisko rolkowe Instytutu Transportu znacznie skraca ten proces umożliwiając odtworzenie wielu przypadków eksploatacyjnych podczas jednego eksperymentu poprzez automatyczną realizację ruchu koła na szynie, włączywszy w to:
- przemieszczenia poprzeczne koła na szynie,
- kąt nabiegania koła na szynę,
- prędkość toczenia,
- mikropoślizgi w kontakcie,
- siłę nacisku.
Sterowanie jest realizowane za pomocą komputera z dedykowanym oprogramowaniem korzystając ze wcześniej opracowanych scenariuszy przejazdów wygenerowanych na podstawie pomiarów geometrii torów i symulacji MBS (ang. multibody simulation) albo zmierzonego ruchu rzeczywistego pojazdu. Jednocześnie stanowisko badawcze umożliwia głębsze zrozumienie przyczyn zużywania się koła i szyny, ponieważ oferuje odniesienie zmierzonego przebiegu współczynnika intensywności zużywania się do zmiennych warunków ruchu.
Należy dodać, że opracowane stanowisko może służyć również do innych badań:
- dynamiki pojazdów szynowych,
- badań wibroakustycznych,
- badań nowych materiałów, z których wykonuje się koła i szyny,
- testów modyfikatorów tarcia.
Stanowisko rolkowe zrealizowano w ramach projektu badawczego INFRAIL „System pomiarowy do identyfikacji intensywności zużywania się pary koła z szyną wykorzystujący obrazowanie w zakresie światła widzialnego i podczerwonego” (LIDER/35/0182/L-12/20/NCBR/2021), finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu LIDER XII.
Realizowane prace:
- projektowanie i analiza pojedynczych elementów/zespołów pojazdu (układ przeniesienia napędu, przekładnie, silniki, itp.) jak i całych konstrukcji pojazdów,
- analiza dynamiki pojazdów w zadanych warunkach ruchu ze szczególnym uwzględnieniem optymalnego doboru charakterystyk elementów konstrukcyjnych typu sprężyna – tłumik,
- badania własności układów zawieszenia pojazdów oraz numeryczna analiza własności dynamicznych przyjętego rozwiązania konstrukcyjnego,
- badanie stateczności ruchu pojazdu w założonych warunkach przemieszczania ze szczególnym uwzględnieniem bezpieczeństwa i komfortu jazdy,
- analizy dynamiki pojazdów wykorzystujące hybrydowe analizy modeli MES i MBS,
- badania numeryczne i analizy trwałości oraz niezawodności przyjętego rozwiązania konstrukcyjnego pojazdu ze szczególnym uwzględnieniem impulsowych zmian obciążenia oraz zachowania pojazdu w sytuacjach awaryjnych – tj.: oderwanie kół od podłoża, czy hamowanie awaryjne,
- budowa modeli aktywnego sterowania układów jezdnych pojazdów w systemie Hardware In the Loop (HIL) oraz Software In the Loop (SIL).
Kierownik Laboratorium:
dr hab inż. Bartosz Firlik, prof. PP
Koordynacja stanowiska rolkowego:
dr inż. Tomasz Staśkiewicz