bricstransportТранспорт БРИКСBRIСS Transport2949-0812ФГБУ ДПО «УМЦ ЖДТ»10.46684/2025.4.5DDRZSNbricstransport-127Research ArticleТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА И ПОДВИЖНОЙ СОСТАВVEHICLES AND ROLLING STOCKОбзор и анализ конструкций тензометрических колесных парOverview and analysis of instrumented wheelset designshttps://orcid.org/0000-0001-8630-9209МигровА. А.MigrovA. A.

Александр Алексеевич Мигров — кандидат технических наук, доцент кафедры «Наземные транспортно-технологические комплексы»

190031, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 9

РИНЦ ID: 683999,

Alexander A. Migrov — Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor, Department of Ground Transportation and Technological Complexes

9 Moskovsky pr., St. Petersburg, 190031

RSCI ID: 683999, Scopus: 57447079000

amigrov@gmail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4820-9535ТретьяковА. В.TretiakovA. V.

Александр Владимирович Третьяков — доктор технических наук, профессор кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство»

190031, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 9; РИНЦ ID: 453745

Aleksander V. Tretiakov — Dr. Sci. (Tech.), professor of the Department of Railway Cars and Railway Car Facilities

9 Moskovsky pr., St. Petersburg, 190031, Russian Federation; RSCI ID: 453745

avtretiakov51@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3354-7243ЗимаковаМ. В.ZimakovaM. V.

Мария Викторовна Зимакова — кандидат технических наук, доцент кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство»

190031, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 9

РИНЦ ID: 727390

Mariya V. Zimakova — Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor of the Department of Railway Cars and Railway Car Facilities

9 Moskovsky pr., St. Petersburg, 190031

RSCI ID: 727390, Scopus: 57866003500

 

m.zimackova@yandex.ruПетербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра IРоссияEmperor Alexander I St. Petersburg State Transport University (PGUPS)Russian Federation20251301202644127Copyright © Мигров А.А., Третьяков А.В., Зимакова М.В., 20262026Мигров А.А., Третьяков А.В., Зимакова М.В.Migrov A.A., Tretiakov A.V., Zimakova M.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.bricstransport.ru/jour/article/view/127

Выполнен обзор и анализ конструкций тензометрических колесных пар, применяемых для измерения поперечных, продольных и вертикальных сил в точке контакта колеса и рельса. Использование тензометрических колесных пар — важный инструмент для проведения исследований и испытаний подвижного состава. Актуальность его применения возрастает при повышении осевых нагрузок и увеличении скоростей движения. Кроме того, применяемые в настоящее время тензометрические колесные пары позволяют реализовывать различные методы регистрации (кусочно-непрерывные, непрерывные) вертикальных и боковых сил взаимодействия в системе «колесо — рельс» за один оборот колеса. Точечные методы измерения воздействия подвижного состава на железнодорожный путь по деформациям, возникающим в рельсе, позволяют измерить силу между колесом и рельсом только в момент расположения колеса над измерительным сечением, расположенным на участке железнодорожного пути. Основным недостатком применения существующих тензометрических колесных пар для диагностики состояния железнодорожного пути является ограничение в шаге регистрации силового воздействия. Для диагностики состояния железнодорожного пути с использованием тензометрической колесной пары вероятность обнаружения сходоопасного участка пути недостаточно высока и возникает задача ее увеличения.Выполнен ретроспективный анализ истории применения тензометрических колесных пар, определены основные этапы эволюции конструкций. Рассмотрены особенности конструкций современных отечественных и зарубежных тензометрических колесных пар и методы регистрации измерений вертикальных и боковых сил, действующих между колесом и рельсом. Сделан вывод об основных направлениях развития и требованиях к тензометрическим колесным парам. Описана конструкция и характеристики тензометрической колесной пары с непрерывной регистрацией измерений, разработанной учеными ПГУПС и сотрудниками АО «НВЦ “Вагоны”», обладающей минимальным расстоянием шага регистрации силового воздействия из известных в настоящее время отечественных конструкций, а также специальным программным обеспечением, применяемым для обнаружения сходоопасных участков железнодорожного пути. 

The article provides an overview and analysis of the designs of instrumented wheelsets used to measure lateral, longitudinal and vertical forces at the point of contact between the wheel and the rail. The use of instrumented wheelsets is an important tool for conducting research and certification tests on rolling stock. The relevance of this tool increases with higher axle loads and higher speeds. In addition, the instrumented wheelsets currently in use allow for the implementation of various (piecewise continuous or continuous) methods for recording vertical and lateral interactive forces in the wheel-rail system in a single turn of a wheel. Point methods of measuring the impact of rolling stock on the railway track by deformation in the rail allow for measuring the force between the wheel and the rail only at the moment when the wheel is above the measuring section of a railway track. The main disadvantage of using existing instrumented wheelsets for estimating the condition of a railway track is that measurements depend on the speed of movement and the discreteness of the measuring equipment. When using an instrumented wheelset for assessing the condition of a railway track, the probability of detecting a section of the track that presents a risk of derailment is not high enough and needs to be increased.Methods: A retrospective analysis of the use of instrumented wheelsets was conducted; the main stages of the evolution of instrumented wheelsets were identified. The features of the designs of modern Russian and foreign instrumented wheelsets and methods for recording measurements of vertical and lateral forces acting between the wheel and the rail were considered. Findings: Conclusions were made about the main directions of development and requirements for instrumented wheelsets.A description was provided for the design and characteristics of the instrumented wheelset with continuous measurement recording developed by scholars of PGUPS and NVC Vagony JSC, which features the lowest measurement pitch among the currently known Russian systems and is provided with special software used to detect sections of the railway track that present the risk of derailment. 

напряженно-деформированное состояние диска колесасистема «колесо-рельс»тензометрическая колесная парадиагностика состояния железнодорожного путинепрерывная регистрация измерениймониторинг технического состоянияstress-strain state of the wheel platewheel-rail systeminstrumented wheelsetdiagnostics of railway trackcontinuous measurement recordingmonitoring of technical conditionReferencesШафрановский, А.К. Непрерывная регистрация вертикальных и боковых сил взаимодействия колеса и рельса // Труды ЦНИИ МПС. – М.: Транспорт, 1965. Вып. 308. 96 с.Shafranovsky A.K. Continuous recording of vertical and lateral interaction forces between the wheel and the rail. Proceedings of the Central Research Institute of the Ministry of Railways. Moscow: Transport, 1965;308:96. (In Russ.).Olson, P.E., Johnsson S. (1959), “Seit enkräfte zwischen Rad und Schiene”, Glasers Annalen, pp. 153-161.Olson P.E., Johnsson S. Seit enkräfte zwischen Rad und Schiene. Glasers Annalen. 1959. P. 153–161.Olson, P. E. and S. Johnsson, (1960), Lateral forces between wheels and rails - an experimental investigation, ASME Paper No. 60-RR-6, also in Anthology of Rail Vehicle Dynamics, Vol. III, Axles, Wheels and Rail-Wheel Interaction, S. G. Guins and C. E. Tack, Editors, American society of Mechanical Engineers, New York, pp. 253-261.Olson P.E., Johnsson S. Lateral forces between wheels and rails — an experimental investigation. ASME. 1960:60-RR-6, also in Anthology of Rail Vehicle Dynamics. Vol. III. Axles, wheels and railwheel interaction / Eds. S.G. Guins, C.E. Tack. New York: American society of Mechanical Engineers. 1973:253-261.Koci, L. F. and H. A. Marta, (1965), Lateral loading between locomotive truck wheels and rail due to curve negotiation, ASME Paper No. 65-WA/RR-4, also in Anthology of Rail Vehicle Dynamics, Vol. III, Axles, Wheels and Rail Wheel Interactional S. G. Guins and C. E. Tack, Editors, American Society of Mechanical Engineers, New York, pp. 119-129.Koci L.F., Marta H.A. Lateral loading between locomotive truck wheels and rail due to curve negotiation. ASME. 1965:65WA/RR-4, also in Anthology of rail vehicle dynamics. Vol. III. Axles, wheels and rail-wheel interaction / Eds. S.G. Guins, C.E. Tack. New York: American society of Mechanical Engineers. 1973:119-129.Konishi, S. (1967), Measurement of loads on wheel sets, Japan ese Railway Engineering, 8, (3), 26-29.Konishi S. Measurement of loads on wheel sets. Japanese Railway Engineering. 1967;8(3): 26-29.Allen, R.A. A Superior Instrumented Wheelset, Wheel/Rail Dynamics Society, (1980).Allen R.A. A Superior Instrumented Wheelset, Wheel. Rail Dynamics Society. 1980.Bižić, M., Petrović, D. Design of instrumented wheelset for measuring wheel-rail interaction forces. Metrology and Measurement Systems (2023): n. pag.Bižić M., Petrović D. Design of instrumented wheelset for measuring wheel-rail interaction forces. Metrology and Measurement Systems. 2023. n. pag.Iwnicki, Simon. (2006). A Handbook of Railway Vehicle Dynamics. 10.1201/9781420004892.ch1.Iwnicki S.A. Handbook of railway vehicle dynamics. Boca Raton, Florida: CRC Press, 2006:552. DOI: 10.1201/9781420004892. ch1.Berg, H., Gößling, G., Zück, H., Radsatzwelle und Radscheibe – die richtige Kombination zur Messung der Kräfte zwischen Rad und Schiene, ZEV - Glasers Annalen, 120(2), pp. 40-47, (1996).Berg H., Gößling G., Zück H. Radsatzwelle und Radscheibe — die richtige Kombination zur Messung der Kräfte zwischen Rad und Schiene. ZEV — Glasers Annalen. 1996; 120(2):40-47.Modransky, J., Donnelly, W. J., Novak, S. P. and Smith, K. R., (1979), Instrumented locomotive wheels for continuous measurements of vertical and lateral loads, ASME Paper No. 79-RT-8, American Society of Mechanical Engineers, New York.Modransky J., Donnelly W.J., Novak S.P., Smith K.R. Instrumented locomotive wheels for continuous measurements of vertical and lateral loads. ASME. New York: American Society of Mechanical Engineers, 1979:79-RT-8.Anon. (1975), Instrumentation for measurement of forces on wheels of rail vehicles, Rpt. No. FRA-ORDeD-75-11, Association of American Railroads, Chicago IL and ENSCO, Inc., Springfield VA (PB-247154).Instrumentation for measurement of forces on wheels of rail vehicles. Association of American Railroads. Chicago IL and ENSCO, Inc., Springfield VA, 1975. (PB-247154). Rpt. No. FRAORDeD-75-11.Prause, R. H. and H. D. Harrison, (1975), Data analysis and instrumentation requirements for' evaluating rail joints and rail fasteners in urban track. Rpt. No. DOT-TSC-UMTA-75-2, Battelle Columbus Laboratories, Columbus OH.Prause R.H., Harrison H.D. Data analysis and instrumentation requirements for’ evaluating rail joints and rail fasteners in urban track. Battelle Columbus Laboratories, Columbus OH. 1975. Rpt. No. DOT-TSC-UMTA-75-2,Dolecki E. A. and C.E. Hartzell, (1974), Operating and ride qualities, three axles, floating bolster truck, GE Tech. Infor. Series, DF74LC2690, General Electric Co., Erie PA.Dolecki E.A., Hartzell C.E. Operating and ride qualities, three axles, floating bolster truck. GE Tech. Infor. Series. General Electric Co., Erie PA., 1974:DF74LC2690.ENSCO, (1977), SPD-40F/E-8 locomotives - test results report: dynamic performance testing, Rpt. No. DOT-78-10, Vol. II, ENSCO, Inc., Engineering Test § Analysis Div., Alexandria VA.ENSCO. SPD-40F/E-8 locomotives — test results report: dynamic performance testing. ENSCO. Inc., Engineering Test § Analysis Div., Alexandria VA., 1977;II: Rpt. No. DOT-78-10.Tong, P., R. Brantman, R. Greif and J. Mirabella, (1979), Tests of the Amtrak SDP-40F train consist conducted on Chessie System track, Rpt. no. DOT-TSC-FRA-79-14, DOT/Transportation Systems Center, Cambridge MA.Tong P., Brantman R., Greif R., Mirabella J. Tests of the Amtrak SDP-40F train consist conducted on Chessie System track. DOT/Transportation Systems Center, Cambridge MA., 1979. Rpt. no. DOT-TSC-FRA-79-14.Ericksson, S. and Nellgran, A. (1978), Improved signal conditioning methods for measuring the vertical forces at the wheel/rail interface, ZEV-Glas. 102, (5), 143-146.Ericksson S., Nellgran A. Improved signal conditioning methods for measuring the vertical forces at the wheel/rail interface. ZEV-Glas. 1978;102(5):143-146.Burada, C., Buga, M. Nailescu L. and Popistas, A. (1978), Possibilities to improve sensitivity of the methods for the Q-force measuring by means of spoke wheels and disk wheels, pp. 3-4-1 through 3-4-18 in Proceeding of the Sixth International Wheelset Congress, Colorado Springs CO, October.Burada C., Buga M. Nailescu L., Popistas A. Possibilities to improve sensitivity of the methods for the Q-force measuring by means of spoke wheels and disk wheels. Proceeding of the Sixth International Wheelset Congress, Colorado Springs CO, October. 1978:3-4-1–3-4-18.Instrumented wheelset technology IWT 5. [Электронный ресурс]. — URL: https://www.tuvsud.com/en/-/media/global/pdf-files/brochures-and-infosheets/rail/220830_tuv_sud_iwt5_infosheet_final.pdf (дата обращения: 11.03.2025).Petrov A.A. Performance tests of freight wagons using an instrumented wheelset. Dissertation ... Candidate of Sciences (Engineering). 2019:125. EDN: EXAXFT. (In Russ.).Railway technology. Instrumented Wheelset. [Электронный ресурс]. — URL: https://www.railway-technology.com/products/instrumented-wheelset/ (дата обращения: 11.03.2025).Akashev M.G. Clarification of the method for assessing the interaction processes between freight wagon wheels and rails using an instrumented wheelset. Dissertation ... Candidate of Sciences (Engineering). 2023:180. EDN: DOVTBM. (In Russ.).ENSCO. Официальный сайт. [Электронный ресурс]. — URL: https://www.ensco.com/rail/instrumented-wheel-sets-iws (дата обращения: 11.03.2025).Patent No. 2441206 Russian Federation, PMK G01L 5/16 (2006.01), G01L 1/22 (2006.01). Device for measuring lateral and vertical wheel-rail interaction forces: No. 2010144830/28: Application of 02.11.2010: published on 27.01.2012 / O.G. Krasnov, A.L. Bidulya, V.S. Kossov, N.N. Astanin; Applicant: JSC Russian Railways. 7 pages, 21 illustrations. (In Russ.).Петров, А. А. Ходовые испытания грузовых вагонов с применением тензометрической колесной пары : специальность 05.22.07 "Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация" : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Петров Антон Анатольевич, 2019. – 125 с. – EDN EXAXFT.Kossov V.S., Krasnov O.G., Akashev M.G. Instrumented wheelset for rolling stock with axle loads of up to 30 tf. Transport of the Russian Federation. 2017;6(73):68-69]. EDN: ZXMITH. (In Russ.).Акашев, М. Г. Уточнение методики оценки процессов взаимодействия колес грузового вагона и рельсов с применением тензометрической колесной пары : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Акашев Михаил Геннадьевич, 2023. – 180 с. – EDN DOVTBM.Patent RU 2682567 C1 Russian Federation: PMK G01L 1/22 (2006.01). Data collection device and method for assessing the results of wheel-rail interaction / A.V. Tretiakov, K.V. Eliseyev, M.V. Zimakova, A.A. Petrov, P.V. Kozlov; Applicant and patent holder: NVC Vagony JSC. No. 2017143085. Application of 08.12.2017; published on 19.03.2019, 13 pages (In Russ.).Патент № 2441206 Российская Федерация, МПК G01L 5/16 (2006.01), G01L 1/22 (2006.01). Устройство для измерения боковых и вертикальных сил взаимодействия колеса с рельсом: № 2010144830/28: заявл. 02.11.2010: опубл. 27.01.2012 / О. Г. Краснов, А. Л. Бидуля, В. С. Коссов, Н. Н. Астанин; заявитель ОАО «РЖД». – 7 с.: ил. 21.Boronenko Yu.P., Tret’yakov A.V., Rakhimov R.V., Zimakova M.V., Nekrasova A.V. & Tret’yakov O.A. Monitoring the technical condition of the railway track using the method of continuous recording of dynamic processes occurring due to the interaction between rolling stock and railway track. Bulletin of scientific research results. 2021;3:66-82. DOI: 10.20295/2223-9987-2021-3-66-82. EDN: GWYOJB. (In Russ.).Коссов, В. С. Тензометрическая колесная пара для подвижного состава с осевой нагрузкой до 30 тс / В. С. Коссов, О. Г. Краснов, М. Г. Акашев // Транспорт Российской Федерации. – 2017. – № 6(73). – С. 68-69. – EDN ZXMITH.Boronenko Yu.P., Tretiakov A.V., Zimakova M.V. Digital hardware and software platform for automated en-route monitoring of the technical condition of rolling stock and track on RUBEZH train. Science 1520 Railway Research Institute (VNIIZhT): Look Beyond the Horizon: Proceedings of the science-to-practice conference of VNIIZhT JSC, Shcherbinka, August 26–27, 2021. Shcherbinka: Railway Research Institute (VNIIZhT). 2021:38-44. EDN: OEVRPB. (In Russ.).Патент RU 2682567 C1 Российская Федерация: МПК G01L 1/22 (2006.01). Устройство сбора информации и способ оценки результатов взаимодействия между колесом и рельсом / А. В. Третьяков, К. В. Елисеев, М. В. Зимакова, А. А. Петров, П. В. Козлов; заявитель и патентообладатель АО «НВЦ «Вагоны». – № 2017143085. – Заявл. 08.12.2017 г.; опубл. 19.03.2019 г. – 13 с.Monitoring the technical condition of a railway track using the method of continuous recording of dynamic processes arising from the interaction of rolling stock and track. Yu.P. Boronenko, Tretiakov, R.V. Rakhimov [et al.] Bulletin of Research Results. 2021;3:66-82. DOI: 10.20295/2223-9987-2021-3-66-82. EDN: GWYOJB. (In Russ.).Мониторинг технического состояния железнодорожного пути с использованием метода непрерывной регистрации динамических процессов, возникающих при взаимодействии подвижного состава и пути / Ю. П. Бороненко, А. В. Третьяков, Р. В. Рахимов [и др.] // Бюллетень результатов научных исследований. – 2021. – № 3. – С. 66-82. – DOI 10.20295/2223-9987-2021-3-66-82. – EDN GWYOJB.Мониторинг технического состояния железнодорожного пути с использованием метода непрерывной регистрации динамических процессов, возникающих при взаимодействии подвижного состава и пути / Ю. П. Бороненко, А. В. Третьяков, Р. В. Рахимов [и др.] // Бюллетень результатов научных исследований. – 2021. – № 3. – С. 66-82. – DOI 10.20295/2223-9987-2021-3-66-82. – EDN GWYOJB.

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