Моделирование пятна контакта, возникающего при взаимодействии колеса и рельса, для разных вариантов режима ведения грузового состава

   Для безопасного и плавного движения рельсового экипажа по железнодорожной колее необходимо эффективное взаимодействие колеса и рельса, которое напрямую зависит от технических (состояние пары «колесо – рельс»), динамических (конструкция и состояние железнодорожного пути), трибологических (величина трения на контактирующих поверхностях) и других многочисленных факторов. Возникающее при движении фрикционное сопротивление, особенно в кривых участках пути, влияет на износ колес и рельсов, повышение потребления электроэнергии, расстройство пути.
   В статье представлены результаты моделирования изменения площади пятна контакта, возникающего между колесом и рельсом при движении грузового поезда. Основной акцент сделан на кривых участках с разными вариантами макрогеометрии пути, что дало возможность реализации нескольких режимов ведения при движении и вариантов износа профилей поверхности катания колесной пары. Данное направление является востребованным в настоящее время не только со стороны пути, но и для энергослужб и служб вагонного и локомотивного хозяйств, потому что на взаимодействие влияют как состояние контактирующих поверхностей, так и тяговые характеристики, развиваемые экипажем при движении.
   Исследование проведено посредством имитационного моделирования, в программном комплексе движения грузового поезда. Взят действующий участок Свердловской железной дороги, смоделировано движение в двух направлениях. Рассмотрены два возможных состояния изношенности пары «колесо – рельс» и получены три основных режима ведения состава. Построены наглядные сравнительные диаграммы для каждого из рассматриваемых радиусов кривых участков пути. В заключение сделаны основные выводы и поставлены задачи, которые требуют решения и дальнейших исследований.

1. Износостойкость рельсовых и колесных сталей / Е. А. Шур, Н. Я. Бычкова, Д. П. Марков, Н. Н. Кузьмин // Трение и износ. 1995. Т. 16, № 1. С. 80–91.

2. Ларин Т. В. Об оптимальной твердости элементов пары трения «колесо – рельс» // Вестник ВНИИЖТ. 1965. № 3. С. 5–9.

3. О соотношении твердости рельсовой и колесной стали / А. М. Вихрова, Т. В. Ларин, Ю. М. Парышев, Л. С. Хургин // Вестник ВНИИЖТ. 1983. № 6. C. 34–38.

4. Ромен Ю. С. Факторы, обуславливающие процессы взаимодействия в системе колесо – рельс при движении поезда в кривых // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2015. № 1. С. 17–25.

5. Оценка работы пути, находящегося под воздействием продольных сил при реализации максимальных тяговых режимов при использовании электровозов с асинхронным тяговым приводом / В. О. Певзнер, В. В. Кочергин, В. В. Третьяков [и др.] // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2020. Т. 79, № 4. С. 209–216.

6. Pevzner V., Romen U., Shapetko K. Control of energy aspects of track and rolling stock interaction // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 239. Р. 01044.

7. Zharov I. A. Models of adhesion between the rail and the wheel // Journal of Friction and Wear. 2003. Vol. 24 (6). Р. 594–600.

8. Моделирование динамики железнодорожных экипажей : [руководство пользователя «Универсальный механизм 8»]. 2016. URL: http://www.universalmechanism.com/pages/index.php?id=3 (дата обращения: 19.09.2022).

9. Парахненко И. Л. Анализ сил взаимодействия в контакте «колесо – рельс» при различных трибологических вариантах // Транспорт Урала. 2019. № 2 (61). С. 54–57.

10. Парахненко И. Л. Исследование сил взаимодействия в контакте «колесо – рельс» при изменении трибологического состояния поверхности рельсов : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.22.06. Екатеринбург, 2021. 27 с.