vestnikvniizhtВестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВЕСТНИК ВНИИЖТ)RUSSIAN RAILWAY SCIENCE JOURNAL2223-97312713-2560Joint Stock Company "Railway Research Institute"10.21780/2223-9731-2019-78-3-131-140vestnikvniizht-308Research ArticleДругоеMiscellaneousМатематическая модель возникновения и развития волнообразного износа рельсов при движении электровоза в режиме тяги в прямых участках путиMathematical model of the formation and development of wave-shaped rail wear when an electric locomotive operates in the traction mode in tangent sections of the trackКоганА. Я.KoganA. Ya.

Коган Александр Яковлевич, д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник, научный центр «Путевая инфраструктура и вопросы взаимодействия колесо — рельс» (НЦ “ЦПРК”), Москва, 129626, Россия

Alexander Ya. Kogan, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Chief Researcher, Scientific Center “Track infrastructure and wheel – rail interaction issues” (SC “TsPRK”), Moscow, 129626, Russia

suslov.oleg@vniizht.ruАкционерное общество «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (АО «ВНИИЖТ»)РоссияJoint Stock Company “Railway Research Institute” (JSC “VNIIZhT”)Russian Federation201924072019783131140Copyright © Коган А.Я., 20192019Коган А.Я.Kogan A.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-vniizht.ru/jour/article/view/308

Представлена математическая модель возникновения и развития волнообразного износа рельсов. Рассмотрена задача оценки вертикального износа головки рельса под проходящими в режиме тяги осями электровозов. Разработана методика, позволяющая построить цепочку вычислений, определяющих возникновение и развитие волнообразного износа головки рельса. Приведен конкретный пример расчета, иллюстрирующий процесс распространения волны износа от источника его возникновения в направлении движения поездов.

The problem of wave-shaped rail wear is highly relevant for rail transport. The paper presents a mathematical model of the formation and development of wave-shaped rail wear. The task of estimating vertical wear of the rail head under the axles of electric locomotives passing in the traction mode is considered. A technique has been developed that allows building chain of calculations that determine the formation and development of a wave-shaped rail head wear. A specific calculation example is given, illustrating the process of propagation of a wave-shaped wear from the source of its formation in the direction of train motion. An example of the calculation allows drawing the following conclusions:

1

1. Wave-shaped wear primarily occurs when the shock interaction of the wheel of an electric locomotive moving in the traction mode and a rail thread having imperfections of the rolling surface. Such imperfections, among others, may be a joint with a significant gap or a “step down” in the direction of the locomotive, as well as a welded joint with defect 46.3-4.

2

2. Wavelength of the wave-shaped rail wear, its configuration and amplitude of the fundamental tone are determined mainly by joint oscillations of the wheel-motor unit of the locomotive and the track infrastructure in the field of high-frequency oscillations (120 – 180 Hz).

3

3. Multivariate calculations showed that in steady state, the distribution speed of wave-shaped rail wear in the direction of train motion (as a function of the number of axles of electric locomotives passed in traction mode) is directly proportional to the vertical load at the wheel and rail contact in the slip zone 0≤Q≤F/(2nψk), is inversely proportional to wear resistance C and significantly depends on the parameters of the undercarriage of the electric train and the track superstructure.

волнообразный износ рельсовизносостойкостьсила тягикоэффициент сцепленияусловия боксованияприращение износарасчетные параметры верхнего строения путирасчетные параметры ходовой части электровозачастотные методы исследования колебанийрешение во временной областиwave-shaped rail wearwear resistancetraction forcefriction coefficientslipping conditionsincrement of weardesign parameters of the superstructuredesign parameters of the carriage of the locomotivefrequency oscillation research methodstime domain solutionReferencesТихомиров К. В. Волнообразный износ рельсов // Журнал Министерства путей сообщения. 1905. № 8. С. 90 – 101; Его же. К вопросу о волнообразном износе рельсов // Журнал Министерства путей сообщения. 1906. № 6. С. 93– 98.Tihomirov K. V. Volnoobraznyy iznos rel'sov [Wave-shaped wear of rails]. Zhurnal Ministerstva putej soobshcheniya [Journal of the Ministry of Railways], 1905, no. 8, pp. 90 – 101. Idem. K voprosu o volnoobraznom iznose rel'sov [On the issue of wave-shaped rail wear]. Zhurnal Ministerstva putej soobshcheniya [Journal of the Ministry of Railways], 1906, no. 6, pp. 93 – 98.Шереметьевский М. Новейшие данные по вопросу о волнообразном износе рельсов // Железнодорожное дело. 1913. № 6. С. 25 – 28; 1913. № 10. С. 60 – 62.Sheremet'evskiy M. Noveyshie dannye po voprosu o volnoobraznom iznose rel'sov [Latest data on the wave-shaped wear of rails]. Zheleznodorozhnoe delo [Railway issues], 1913, no. 6, pp. 25 – 28; 1913, no. 10, pp. 60 – 62.Целибеев П. Волнообразный износ рельсов // Трамвайный бюллетень. 1929. № 12 (36). С. 1 – 3.Tselibeev P. Volnoobraznyy iznos rel'sov [Wave-shaped wear of rails]. Tramvaynyy byulleten' [Tram Bulletin], 1929, no. 12 (36), pp. 1 – 3.Лиходзиевский К. Ф. К вопросу о волнообразном износе рельсов // Трамвайный бюллетень. 1929. № 11 (35). С. 6 – 10.Likhodzievskiy K. F. K voprosu o volnoobraznom iznose rel'sov [On the issue of wave-shaped worn rails]. Tramvaynyy byulleten' [Tram Bulletin], 1929, no. 11, pp. 6 – 10.Шестопалов В. И. О волнообразных неровностях на рельсах железных дорог // Техника железных дорог. 1956. № 3. С. 27 – 30.Shestopalov V. I. O volnoobraznykh nerovnostyakh na rel'sakh zheleznykh dorog [On the undulating irregularities on the rails of railways]. Tekhnika zheleznykh dorog [Railway engineerings], 1956, no. 3, pp. 27 – 30.Fink M. Die Entstehung den Schienenriffeln der Stand der Riffelforschung nach rund 60 Jahren // Glasers Annalen. 1953. Heft 11. P. 12.Fink M. Die Entstehung den Schienenriffeln der Stand der Riffelforschung nach rund 60 Jahren. Glasers Annalen, 1953, Heft 11, p. 12.Fink M. Die riffelfreie Schiene, das riffelfreie Wälzlager // Glasers Annalen. 1957. No. 11. No. 2. P. 36 – 49; 1957. No. 111. No. 3. P. 91 – 94.Fink M. Die riffelfreie Schiene, das riffelfreie Wälzlager. Glasers Annalen, 1957, no. 11, no. 2, pp. 36 – 49; 1957, no. 111, no. 3, pp. 91 – 94.Schramm G. Eisenbahnschienen // Jahrbuch des Eisenbahnwesens. 1956. Folge 7. S. 63 – 83.Schramm G. Eisenbahnschienen. Jahrbuch des Eisenbahnwesens, 1956, Folge 7, pp. 63 – 83.Prister G. Betrachtungen über Schienen riffeln // Eisenbahntechnische Rundschau. 1956. No. 5. S. 179 – 182.Prister G. Betrachtungen über Schienen riffeln. Eisenbahntechnische Rundschau, 1956, no. 5, pp. 179 – 182.Resemeyer H. Die Untersuchung über Riffelschienen // Die Bundesbahn. 1954. No. 5.Resemeyer H. Die Untersuchung über Riffelschienen. Die Bundesbahn, 1954, no. 5.Cramer R. E. Cause and cure of rail corrugations // Railway Engeeniring and Maintenance. 1946. No. 6. P. 634.Cramer R. E. Cause and cure of rail corrugations. Railway Engineering and Maintenance, 1946, no. 6, p. 634.Cramer R. E. Second progress report on corrugated rails // Bulletin AREA. 1947. No. 465. P. 729 – 733.Cramer R. E. Second progress report on corrugated rails. Bulletin AREA, 1947, no. 465, pp. 729 – 733.Cramer R. E. Third progress report on corrugated rails // Bulletin AREA. 1948. No. 472. P. 428 – 429.Cramer R. E. Third progress report on corrugated rails. Bulletin AREA, 1948, no. 472, pp. 428 – 429.Morgan H. H. Rail corrugation. Analisis of the causes based on the electrical railway // Bulletin AREA. 1941. No. 425. P. 17 – 23.Morgan H. H. Rail corrugation. Analysis of the causes based on the electrical railway. Bulletin AREA, 1941, no. 425, pp. 17 – 23.Causes of corrugated rails // Railway Engeeniring and Maintenance. 1947. No. 10. P. 998.Causes of corrugated rails. Railway Engeeniring and Maintenance, 1947, no. 10, p. 998.Schneider E. Über der Verlagerung der Seigerungsone beim Walzen // Stahl und Eisen. 1953. No. 7. S. 425.Schneider E. Über der Verlagerung der Seigerungsone beim Walzen. Stahl und Eisen, 1953, no. 7, p. 425.Spaderna К. C. Das Rätsel der Riffeln auf Eisenbahnschienen // Glasers Annalen. 1955. Heft 2. S. 42.Spaderna К. C. Das Rätsel der Riffeln auf Eisenbahnschienen. Glasers Annalen. 1955, Heft 2, p. 42.Dressler A. Neue Theorie über die Ursache der Riffelbildung auf Fahrflächender Eisenbuhnschienen // Eisenbahn Technische Rundschau. 1954. Heft 10. S. 433.Dressler A. Neue Theorie über die Ursache der Riffelbildung auf Fahrflächender Eisenbuhnschienen. Eisenbahn Technische Rundschau, 1954, Heft 10, p. 433.Chartet M. L’usure ondulatoire a grandes ondes des rails // Revue Generale des Chemins de Fer. 1952. No. 6.Chartet M. L’usure ondulatoire a grandes ondes des rails. Revue Generale des Chemins de Fer, 1952, no. 6.Krabbendam G. Js rail corrugation due to internal stresses? // Monthly Bulletin of the international Railway Congress Association. 1958, March. Vol. XXXY. No. 3. P. 411 – 428.Krabbendam G. Js rail corrugation due to internal stresses? Monthly Bulletin of the international Railway Congress Association, 1958, March, Vol. XXXY, no. 3, pp. 411 – 428.Vógan N. C. Experience obtained concerning the undulatorv wear of rails // Bulletin of the International Railway Congress Association. 1958. Vol XXXL. No. 5. P. 747.Vógan N. C. Experience obtained concerning the undulatorv wear of rails. Bulletin of the International Railway Congress Association, 1958, Vol. XXXL, no. 5, p. 747.Conclusions adoptées a la XVIIe Session de L’Association Internationale du Congress des Chemins de Fer. (Madrid, 1958) // Bulletin de L’Association Internationale du Congress des Chemins de Fer. 1958. No. 11. P. 1609 – 1651.Conclusions adoptées a la XVIIe Session de L’Association Internationale du Congress des Chemins de Fer (Madrid, 1958). Bulletin de L’Association Internationale du Congress des Chemins de Fer, 1958, no. 11, pp. 1609 – 1651.Смирнова М. Б. К вопросу о волнообразном износе рельсов // Труды МИИТ. 1959. Вып. 120. С. 147 – 178.Smirnova M. B. K voprosu o volnoobraznom iznose rel'sov [On the question of the wave-shaped wear of rails]. Trudy MIIT [Proceedings of MIIT], 1959, no. 120, pp. 147 – 178.Коган А. Я. Взаимодействие колеса и рельса при качении // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2008. № 8. С. 26 – 38.Kogan A. Ya. Vzaimodeystviye kolesa i rel'sa pri kachenii [Wheel and rail interaction when rolling]. Treniye i smazka v mashinakh i mekhanizmakh [Friction and lubrication in machines and mechanisms], 2008, no. 8, pp. 26 – 38.Золотарский А. Ф., Раузин Я. Р., Шур Е. А. Термически упрочненные рельсы. М.: Транспорт, 1976. С. 161 – 162.Zolotarskiy A. F., Rauzin Ya. R., Shur Е. A. Termicheski uprochnennye rel'sy [Thermally hardened rails]. Moscow, Transport Publ., 1976, pp. 161 – 162.Коган А. Я. Оценка интенсивности бокового и вертикального износов рельсов под проходящими поездами // Вестник ВНИИЖТ. 2017. Т. 76. № 3. С. 138 – 145. DOI: http://dx.doi.org/10.21780/2223-9731-2017-76-3-138-145.Kogan A. Ya. Otsenka intensivnosti bokovogo i vertikal'nogo iznosov rel'sov pod prokhodyashchimi poezdami [Evaluation of the intensity of lateral and vertical wear of rails under passing trains]. Vestnik VNIIZhT [Vestnik of the Railway Research Institute], 2017, Vol. 76, no. 3, pp. 138 – 145. DOI: http://dx.doi.org/10.21780/2223-9731-2017-76-3-138-145.Коган А. Я. Динамика пути и его взаимодействие с подвижным составом. М.: Транспорт, 1997. 326 с.Kogan A. Ya. Dinamika puti i ego vzaimodeystvie s podvizhnym sostavom [Dynamics of the track and its interaction with rolling stock]. Moscow, Transport Publ., 1997, 326 p.Коган А. Я., Никитин Д. А., Полещук И. В. Колебания пути при высоких скоростях движения экипажей и ударном взаимодействии колеса и рельса. М.: Интекст, 2007. С. 132 – 133.Kogan A. Ya., Nikitin D. A., Poleshchuk I. V. Kolebaniya puti pri vysokikh skorostyakh dvizheniya ekipazhey i udarnom vzaimodeystvii kolesa i rel'sa [Track oscillations at high speeds of the crews and impact interaction of the wheel and the rail]. Moscow, Intext Publ., 2007, pp. 132 – 133.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.