ФГБОУ ВО «Сибирский государственный индустриальный университет», Новокузнецк, Россия

А. А. Уманский, директор Института металлургии и материаловедения, докт. техн. наук, доцент, эл. почта: umanskii@bk.ru

Р. А. Шевченко, доцент кафедры металлургии черных металлов и химической технологии, канд. техн. наук, эл. почта: shefn1200@mail.ru

ПАО «ЕВРАЗ» филиал Западно-Сибирский металлургический комбинат», Новокузнецк, Россия
Р. Н. Молоканов, технический директор, эл. почта: roman.molokanov@evraz.com
А. С. Симачев, директор Центра коллективного пользования «Материаловедение», канд. техн. наук, эл. почта: simachev_as@mail.ru

С целью обоснования направлений совершенствования формы поперечного сечения железнодорожных рельсов типа Р71 проведено моделирование контактных напряжений, возникающих в процессе эксплуатации указанных рельсов, применительно к различным вариантам очертания головки их профиля. Многовариантное моделирование кроме варьирования формы очертания головки рельсов включало в себя также изменение величины подуклонки рельсов и величины смещения железнодорожных колес относительно оси катания. По полученным данным, наименьшая величина контактных напряжений при нормативной подуклонке рельсов (1/20) формируется при очертании головки профиля по типу японских рельсов. При этом в случае отклонения величины подуклонки рельсов от нормативного значения как в большую, так и в меньшую сторону наименьшие контактные напряжения зафиксированы применительно к рельсам с очертанием головки профиля по типу американских рельсов Arema. Для всех вариантов рассматриваемых профилей рельсов показано, что смещение колес относительно оси катания
как при сужении, так и при расширении колеи в пределах нормативных значений не оказывает значимого влияния
на величину контактных напряжений. Дополнительными исследованиями определено значимое влияние
неравномерного износа поверхности катания железнодорожных колес на повышение величины контактных
напряжений в рельсах. При этом степень относительного влияния износа колес на величину контактных напряжений
значительно (в 2 раза и более) варьируется в зависимости от профиля рельсов и величины их подуклонки.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-29-00415, https://rscf.ru/project/25-29-00415/.

1. Козырев Н. А., Уманский А. А., Бойков Д. В. Разработка технологии внепечной обработки рельсовой электростали, обеспечивающей повышение эксплуатационной стойкости рельсов // Черные металлы. 2015. № 4. С. 29–33.
2. Полевой Е. В., Юнин Г. Н., Темлянцев М. В. Разработка и промышленное освоение технологии дифференцированной термической обработки железнодорожных рельсов с использованием тепла прокатного нагрева // Известия вузов. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 10. С. 704–714.
3. Уманский А. А., Головатенко А. В., Кадыков В. Н. Совершенствование режимов прокатки железнодорожных рельсов в обжимных клетях универсального рельсобалочного стана // Черные металлы. 2016. № 11. С. 16–21.
4. Дорофеев В. В., Юнин Г. Н., Головатенко А. В., Добрянский А. В., Фастыковский А. Р. Усовершенствование технологии прокатки рельсов в универсальных клетях на современных рельсопрокатных станах // Технология металлов. 2021. № 10. С. 50–56.
5. Добужская А. Б., Галицын Г. А., Юнин Г. Н., Полевой Е. В., Юнусов А. М. Исследование влияния химического состава, микроструктуры и механических свойств на износостойкость рельсовой стали // Сталь. 2020. № 12. С. 52–55.
6. Ефанов Д. В., Плотников Д. Г., Грачев А. А., Семенов А. А., Баните А. В., Лесковец И. В. Влияние изменения профиля рельса на его напряженно-деформированное состояние // Транспорт Российской Федерации. 2021. № 5-6 (96-97). С. 52-58.
7. Коссов В. С., Краснов О. Г., Никонова Н. М., Акашев М. Г. Влияние эволюции профиля внутреннего рельса на напряженное состояние его поверхности катания // Путь и путевое хозяйство. 2024. № 5. С. 14–18.
8. Абдурашитов А. Ю., Юркова Ю. Н. Влияние очертания профилей в системе «колесо-рельс» на напряженно-деформированное состояние пути // Путь и путевое хозяйство. 2021. № 11. С. 33–35.
9. Абдурашитов А. Ю., Сычев В. П., Сальников А. А. Оптимизация профиля поверхности катания рельсов с целью снижения напряжений в контакте колесо — рельс // Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство. 2023. Т. 19. С. 48–62.
10. Галлямов Д. И., Овчинников Д. В. Изменение параметров пятна контакта системы «колесо-рельс» в процессе совершенствования профиля рельса // Наука и образование транспорту. 2021. № 2. С. 212–217.
11. Алижан А., Ахметов Е. С. Определение оптимальных профилей взаимодействия в системе колесо-рельс методом конечно-элементного моделирования // Вестник науки Казахского агротехнического университета им. С. Сейфуллина. 2019. № 3 (102). С. 250–262.
12. Канаев А. Т., Сарсембаева Т. Е., Аязбаева А. Б., Алексеев С. В. Влияние гребневого контакта с рельсом и профиля поверхности катания колес на износ // Вестник науки Казахского агротехнического университета им. С. Сейфуллина. 2016. № 3 (90). С. 131–137.
13. Цвик Л. Б., Зеньков Е. В., Запольский Д. В., Еремеев В. К. Проектирование профиля железнодорожных колес методом равномерного поиска в пространстве радиусов галтельных переходов // Транспорт Урала. 2015. № 3 (46). С. 67–70.
14. Абдурашитов А. Ю., Захаров С. М. Разработка нового профиля (типа) рельса // Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство. 2019. Т. 15. № 15 (15). С. 22–27.
15. Пат. 122095 РФ. Рельс / Абдурашитов А. Ю., Борц А. И., Шур Е. А. и др.] заявл. 26.06.2012; опубл. 20.11.2012. Бюл. № 32.

16. Суслов О. А., Хромов И. В. Разработка новых ремонтных профилей рельсов для различных условий эксплуатации // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2024. Т. 83. № 2. С. 111–123.
17. Binjie Xu et al. Optimization design of curved rail profile for heavy-haul railways based on multi-period optimization method // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part F Journal of Rail and Rapid Transit. 2025. Vol. 239, Iss. 8. DOI: 10.1177/09544097251321662
18. Xingyu Liu, Jin Shi, Yingjie Wang. A design method for rail profiles based on the distribution of contact // Points Structural and Multidisciplinary Optimization. 2023. Vol. 66. 226. DOI: 10.1007/s00158-023-03677-8
19. Пат. 219047 U1 РФ. Железнодорожный рельс / Дорофеев В. В., Добрянский А. В., Юнин К. Н., Головатенко А. В., Молоканов Р. Н., Овчинников Д. В. ; заявл. 18.04.2023; опубл. 23.06.2023, Бюл. № 18.
20. Пат. 224546 U1 РФ. Железнодорожный рельс / Дорофеев В. В., Добрянский А. В., Юнин К. Н., Головатенко А. В., Молоканов Р. Н., Овчинников Д. В. ; заявл. 18.12.2023 ; 28.03.2024, Бюл. № 10.

21. Уманский А. А., Молоканов Р. Н., Дорофеев В. В. Совершенствование профиля рельсов с целью оптимизации напряженно-деформированного состояния железнодорожного пути в процессе эксплуатации // Черные металлы. 2023. № 10. С. 19–25.
22. Сошенков С. Н., Мезрин А. М. Интегральная оценка формоизменения профилей колес при моделировании изнашивания в системе колесорельс // Трение и износ. 2008. Т. 29. № 5. С. 502–517.