Бунькова Тамара Геннадьевна повышение ресурса пары «колесо – рельс» за счет рационального подбора свойств материалов

Рисунок 3 

 Максимальное контактное давление,
соответствующее среднему значению предела выносливости 
В четвертой главе выполнена оценка влияния твердости стали колеса 
и рельса на их износ в зависимости от осевой нагрузки и скорости движения 
подвижного состава (ПС). 
Проведены экспериментальные исследования взаимодействия колеса 
и рельса при переменной скорости движения ПС на стенде с использова-
нием модернизированного поперечно-строгального станка модели 735, ко-
торый был дооснащен необходимыми элементами для моделирования про-
цесса движения колеса по рельсу с имитацией воспринимаемых нагрузок.
В процессе эксплуатации поверхностный слой металла колеса и 
рельса упрочняется в результате наклепа, а минимальный износ пары «ко-
лесо–рельс» наблюдается при соотношении твёрдости близком к единице, 

---

13 
твёрдость образцов колеса и рельса принималась 440 НВ для первой серии 
опытов, 400, 360 и 320 НВ – для второй, третьей и четвертой серий опытов.
Экспериментальные испытания на изнашивание образцов выполня-
лись с использованием некомпозиционного ротатабельного плана второго 
порядка.
При рассмотрении взаимодействия в системе «колесо – рельс» выде-
лены два независимых входных фактора: х
1
– вертикальная нагрузка Р, дей-
ствующая на колесо; х
2
– скорость движения вагона V. Значения скоростей 
и нагрузок выбирались в соответствии с линейной скоростью вращения ко-
лёсной пары и нагрузки на ось, действующей в эксплуатации, с учётом по-
правочных коэффициентов согласно π-теореме. В качестве характеристики 
интенсивности изнашивания для колеса была принята y
a
– относительная 
потеря массы образца, для рельса y
b
– относительное изменение линейного 
размера. 
Уравнения регрессии, описывающие влияние нагрузки и скорости 
движения вагона на износостойкость колеса y
a
, рельса y
b
, имеют вид: 
(10) 
(11) 
По уравнениям регрессии (10) – (11) построены шестигранные мо-
дели, для определения минимального износа колеса (а) и рельса (б) в зави-
симости от значений соотношения твердости (рис. 4). 
Если их рассматривать по отдельности, то можно выявить зависи-
мость износостойкости колеса и рельса от нагрузки (Х
1
) и скорости (Х
2
). При 
совмещении этих шестигранников в правильные шестигранные призмы, 
ещё добавляется ось Х
3
, по которой указываются значения соотношения 
твердости колеса и рельса. Нижний шестигранник построен для соотноше-
ния твердости колеса и рельса 320/320 (НВк/НВр). Эти математические мо-
дели позволяют оценить интенсивность изнашивания колеса и рельса в за-
висимости от осевой нагрузки, скорости движения и соотношения их твер-
дости. По ним можно определить рациональное значение этого соотноше-
ния в зависимости от скорости движения и осевой нагрузки, при котором 
интенсивность износа колеса и рельса минимальна с целью увеличения их 
ресурса. 
,
0008
,
0
0125
,
0
0115
,
0
0133
,
0
0175
,
0
2
2
2
1
2
1
x
x
x
x
y
a





,
0033
,
0
01
,
0
0058
,
0
01
,
0
015
,
0
2
2
2
1
2
1
x
x
x
x
y
b






---

14 
 

 
а) б