XVIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2026

Взаимодействие пути и подвижного состава является одной из ключевых проблем железнодорожного транспорта, поскольку именно в зоне контакта рельсового пути и колёсных пар формируются основные нагрузки, которые неизбежно приводят к постепенной деградации и колеса, и рельсы.Даже незначительные отклонения геометрии рельсового пути или параметров колёсных пар могут приводить к ухудшению динамики движения, ускоренному износу и возникновению аварийно-опасных ситуаций.

В системе «колесо-рельс» износ носит многофакторный характер и проявляется в различных формах. Некоторые виды износа: абразивный износ - это разрушение поверхностей, взаимодействующих элементов системы, и твёрдых частиц, что приводит царапинам и срезанию металла; адгезионный износ - это схватывание поверхностей и образование микровыступов из-за высокого давления и трения; усталостный износ - это разрушение колеса и рельсы из-за цикличной нагрузки, что приводит к выкрашиванию металла и образованию сколов, трещин; коррозионно-механический износ - это разрушение металла как механической нагрузкой, так и окружающей средой, усиливая и развивая крупные дефекты; износ от пластической деформации - это необратимые изменения формы с усталостью металла, когда силы от колес поездов превышают предел упругости металла рельсов.

Рассмотрев какие бывают виды износа, убедимся из-за чего происходят интенсивные измененияповерхностей колеса и рельсы. Интенсивность износа элементов системы «колесо-рельс» определяется совокупностьюдинамических, конструктивныхи эксплуатационных факторов.

1) Динамические факторы: вибрации и удары, которые возникают из-за неровностей рельс и дефектов колес; контактные силы, возникающие в пятне контакта; проскальзывание - линейное перемещение колеса и рельса из-за изменения сцепления; геометрические сложности пути, такие как стыки путей.

2) Конструктивные факторы: параметры и взаимодействие элементов тележки; состав колес и рельсов; профиль катания колёсной пары и головки рельсы, влияющий на пятно контакта; дефекты и шероховатости материала ещё до начала эксплуатации.

3) Эксплуатационные факторы: интенсивные нагрузки из-за массы поездов и осевых нагрузок; условия окружающей среды, такие как частицы, осадки, температура; состояние профиля пути, шпал, балласта.

Современные методы снижения износа системы «колесо-рельс» включают комплекс технических и организационных мероприятий. Для повышения надёжности и долговечности разрабатываются новые марки стали для рельс и колес, что достигается усовершенствованием химического состава и улучшенной термообработкой, обеспечивая стойкость от дефектов, с применением более твёрдой стали и композитов, что ведёт к снижению эксплуатационных затрат. Используется локальная обработка поверхностей для повышения их сопротивления износу. Для рельсов используется поверхностная закалка, наплавка твёрдыми сплавами в критических зонах, адля колёс — поверхностная закалка, обработка дробью. Для оптимизации геометрии профилей проектируют согласованные профили колёс и рельс. Это проектирование состоит в создании оптимальной геометрии сопряжения колеса и рельса с помощью согласованием конусности профилейдля самоцентрирования колёсной пары и учётом износа.

Одним из наиболее распространённыхспособов снижения износа является оптимизация профилей колёс и рельсов.Правильно подобранные профили обеспечивают более лучшие условия контакта, равномерное распределение нагрузи с напряжением и уменьшение скольжения в зоне соприкосновения. Поддержание нормативной геометрии профиля достигается за счёт частой обточки колёсных пар и шлифования рельсов, что предотвращает ускоренное развитие дефектов поверхности катания и снижает вероятность повреждений.

Один из наиболее эффективных методов является использование смазочных материалов. Смазывание гребня специализированными пластичными смазками, которыми снижают износ колес и рельсов в точке контакта, повышая безопасность и срок службы пути и подвижного состава; они обладают высокой адгезией, водостойкостью и работают в широком диапазоне температур. На основе минеральных масел, загущённых мылами, с добавлениемантикоррозионных, противоизносных и адгезионных присадок.

Чтобы своевременно выявлять дефекты, оценивать степени износа и прогнозировать остаточные ресурсы колёс и рельсов, применяются разнообразные методы, включая как традиционные визуальные осмотры, так и современные высокотехнологичные решения.

Одним из наиболее распространённых методов является дефектоскопия - ультразвуковой контроль рельсов, позволяющий обнаруживать трещины, каверны и внутренние дефекты металла, невидимые при визуальном осмотре.

Лазерное сканирование и профилометрия рельсового пути позволяют точно измерять геометрию рельсового полотна, выявлять неровности, крены и отклонения от проектной линии, что помогает своевременно корректировать положение рельсов и шпал.

Также активно используются вибрационные и акустические методы диагностики, позволяющие выявлять дефекты шпал, крепежа и других элементов пути через анализ колебаний и акустических сигналов.

При проведении натурного осмотра железнодорожного пути и земляного полотна проводится инструментальная проверка рельсов и отдельных элементов стрелочных переводов, визуально не соответствующих требованиям нормативно-технической документации. Проводится с помощью путевого штангенциркуля и путеизмерительного шаблона, позволяет проверить рельсы и элементы стрелочных переводов.

Дистанционная диагностика. Например, глобальная космическая диагностика с помощью многозональных, гиперспектральных оптических, инфракрасных и радарных спутниковых систем. Позволяет исследовать трассу пути, анализировать рельеф местности, влажность грунтов и выявлять потенциально опасные участки.

Георадарное зондирование позволяет выявить в земляном полотне дефекты и деформации, места с ослабленными зонами, картировать подземные коммуникации. 

В последние годы активно развиваются интегрированные автоматизированные системы мониторинга, включающие беспилотные измерительные платформы и датчики интернета вещей, которые способны собирать и передавать данные о состоянии пути и подвижного состава в реальном времени. Анализ этих данных с помощью программного обеспечения и математических моделей позволяет прогнозировать дальнейший износ рельсов и колёсных пар, выявлять потенциально опасные участки и оптимизировать план профилактических ремонтов.

Мониторинг подвижного состава направлен на оценку состояния колёсных пар, подвески, подшипников и других критически важных элементов вагонов и локомотивов. Современные системы используют датчики давления, вибрации и температуры, установленные на колёсных парах и подшипниках, что позволяет в режиме реального времени отслеживать динамические нагрузки и выявлять участки с повышенным износом.

Автоматизированные системы неразрушающего контроля определяют дефекты вагонов на ходу поезда при подходе к станции, отбраковка узла или детали вагона происходит автоматически без участия оператора. 

Автоматизированные системы контроля параметров колёсных пар измеряют толщину гребня колеса, разность и сумму толщин гребней на колёсной паре, равномерный прокат и другие параметры.

Система автоматизированного контроля механизма автосцепки контролирует неисправности автосцепных устройств, из-за которых может произойти саморасцеп автосцепок грузовых вагонов на ходу поезда. 

Системы дистанционного мониторинга позволяют выявлять дефекты деталей и узлов подвижного состава на ходу поезда, прогнозировать изменение их состояния во времени и на этой основе разрабатывать политику технического обслуживания и ремонта.

Взаимодействие пути и подвижного состава представляет собой сложную динамическую систему, эффективность работы которой зависит от состояния всех её элементов. Поддержание пути и подвижного состава в оптимальном состоянии, своевременная диагностика и модернизация конструкций являются необходимыми условиями для обеспечения безопасного, надёжного и экономически эффективного железнодорожного движения.

Список литературы

1. Дмитриев, Ю.И. (2015). Динамическое взаимодействие пути и подвижного состава. Москва: Машиностроение;

2. Вериго М.Ф., Коган А.Я. Взаимодействие пути и подвижного состава. М.: Транспорт, 1986;

3. Яковлев, В.Ф. О параметрах расчётной схемы сил взаимодействия в контакте колеса и рельса / В.Ф. Яковлев // Труды ЛИИЖТа. — 1964;

4. Коган А.Я. Динамика пути и его взаимодействие с подвижным составом / А.Я. Коган. — М.: Транспорт, 1997;

5. Крейнис, З.Л. Измерение боковых сил в прямых участках пути по деформациям рельсов / З.Л. Крейнис, И.В. Федоров, Ю.Н. Шемелин // Труды ВЗИИТа. — 1969;

6. Карпущенко Н.И., Козлов А.П., Котова И.А., Антерейкин Е.С. Параметры колеи и износ рельсов в кривых // Путь и путевое хозяйство. — 2007.- № 11;

7. Карпущенко, Н. И. Обеспечение надёжности железнодорожного пути и безопасности движения поездов / Н.И. Карпущенко, Д.В. Величко. – Новосибирск : Из-во СГУПСа, 2008.