Numerical Methods of Validation of Valve Systems of Railway Hydraulic Dampers

This work presents a method to accelerate the process of configuration and calibration of shim washer valve systems which are used in railway hydraulic dampers. The advantage of the method is possibility to reduce the shim fatigue failure risk during train operation. This failure causes a sudden drop of a damping force influencing negatively safety of passengers. Fatigue verification is an important phase of configuration and calibration process of a valve system. The verification is conducted based on the detailed simulation model of the valve system established (formulated) with a finite element method. The mesh density was determined using a sensitivity analysis regarding the number of finite elements. The force and flow balance were used to formulate the system model. The model was calibrated based on experimental measurements conducted on the servo-hydraulic tester. The verification process allows to determine the critical von Misses stress level in elastic components of a valve system. The work showed the feasibility of accelerated configuration and calibration process of shim washer valve systems modeling their mechanical and hydraulic properties.

W artykule zaprezentowano metodę umożliwiającą skrócenie czasu wymaganego w procesie konfiguracji oraz kalibracji podkładowych (dyskowych) systemów zaworowych stosowanych w tłumikach hydraulicznych przeznaczonych do pojazdów szynowych. Zasadniczą zaletą metody jest możliwość zmniejszenia ryzyka uszkodzenia zmęczeniowego zaworu w trakcie eksploatacji, wiążącego się z nagłym spadkiem siły tłumiącej w układzie zawieszenia wózka pojazdu szynowego, co ma bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo pasażerów. Zasadniczą operacją w procesie konfiguracji oraz kalibracji jest weryfikacja wytrzymałościowa systemów zaworowych. Weryfikacja jest prowadzona na podstawie szczegółowego modelu symulacyjnego systemu zaworowego wykonanego metodą elementów skończonych. Dobór siatki modelu przeprowadzono na podstawie analizy wrażliwości wyników modelu na liczbę użytych elementów dyskretnych. W celu symulacji działania kompletnego tłumika hydraulicznego, sformułowano model systemowy na podstawie bilansu sił oraz przepływów wewnętrznych tłumika. Model systemowy skalibrowano na podstawie pomiarów eksperymentalnych przeprowadzonych na stanowisku serwo-hydraulicznym. Weryfikacja wytrzymałościowa umożliwiła wyznaczenie granicznych dopuszczalnych naprężeń złożonych w podatnych elementach systemu zaworowego. Artykuł wykazał możliwość wykonania przyśpieszonej konfiguracji oraz kalibracji podkładowych (dyskowych) systemów zaworowych uwzględniając ich weryfikację niezawodnościową przez modelowanie ich właściwości mechanicznych i hydraulicznych.