bricstransportТранспорт БРИКСBRIСS Transport2949-0812ФГБУ ДПО «УМЦ ЖДТ»10.46684/2026.3.3VRTGGYbricstransport-153Research ArticleТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА И ПОДВИЖНОЙ СОСТАВVEHICLES AND ROLLING STOCKФизико-математическое моделирование сцепления колеса локомотива с рельсом и оценка эффективности термометаллоплакирования бандажаResults of simulating locomotive wheel–rail adhesion during thermal metal cladding of the wheel tread surfaceВалинскийО. С.ValinskyO. S.

Олег Сергеевич Валинский – кандидат технических наук, ректор; председатель редакционной коллегии

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

РИНЦ ID: 923903

Oleg S. Valinsky – Cand. Sci. (Tech.), Rector

9 Moskovsky ave., St. Petersburg, 190031

rector@pgups.ruШаповаловВ. В.ShapovalovV. V.

Владимир Владимирович Шаповалов – доктор технических наук, профессор

344038, Ростовская область, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, зд. 2

РИНЦ ID: 105968

Vladimir V. Shapovalov – Dr. Sci. (Tech.), Professor

2 Rostovskogo Strelkovogo Polka Narodnogo Opolcheniya sq., Rostov-on-Don, 344038

spn55@mail.ruВоробьевА. А.VorobyevA. A.

Александр Алфеевич Воробьев – доктор технических наук, доцент

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

РИНЦ ID: 290846

Alexander A. Vorobyev – Dr. Sci. (Tech.), Associate Professor

9 Moskovsky ave., St. Petersburg, 190031

ID RSCI: 290846

79219751198@yandex.ruЩербакП. Н.ShcherbakP. N.

Петр Николаевич Щербак – доктор технических наук, профессор

344038, Ростовская область, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, зд. 2

РИНЦ ID: 485656

Pyotr N. Shcherbak – Dr. Sci. (Tech.), Professor

2 Rostovskogo Strelkovogo Polka Narodnogo Opolcheniya sq., Rostov-on-Don, 344038

RSCI ID: 485656

spn55@mail.ruКолодяжныйИ. А.KolodyazhnyI. A.

Илья Алексеевич Колодяжный – аспирант

344038, Ростовская область, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, зд. 2

РИНЦ ID: 1346900

Ilya A. Kolodyazhny – graduate student

2 Rostovskogo Strelkovogo Polka Narodnogo Opolcheniya sq., Rostov-on-Don, 344038

RSCI ID: 1346900

spn55@mail.ruМигулинН. К.MigulinN. K.

Никита Константинович Мигулин – аспирант

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

РИНЦ ID: 287954

Nikita K. Migulin – graduate student

9 Moskovsky ave., St. Petersburg, 190031

РИНЦ ID: 287954

migulinnik@rambler.ruПетербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра IРоссияEmperor Alexander I St. Petersburg State Transport UniversityRussian FederationРостовский государственный университет путей сообщенияРоссияRostov State Transport UniversityRussian Federation2026130920265333Copyright © Валинский О.С., Шаповалов В.В., Воробьев А.А., Щербак П.Н., Колодяжный И.А., Мигулин Н.К., 20262026Валинский О.С., Шаповалов В.В., Воробьев А.А., Щербак П.Н., Колодяжный И.А., Мигулин Н.К.Valinsky O.S., Shapovalov V.V., Vorobyev A.A., Shcherbak P.N., Kolodyazhny I.A., Migulin N.K.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/153Цель

Цель: исследование и обоснование эффективности термометаллоплакирования тяговой поверхности бандажа колеса локомотива для повышения тягового усилия и снижения износа в системе «колесо – рельс».

Методы

Методы: применено физическое моделирование механической системы привода локомотива и верхнего строения пути с обеспечением динамического подобия натурным объектам; равенство кинетической и потенциальной энергии подсистем до и после приведения обеспечило идентичность частот и форм собственных колебаний. В качестве критерия достоверности воспроизведения фрикционных процессов принято соответствие вида изнашивания на модели характеру изнашивания натурного контакта колеса и рельса. Разработанная структура модели допускает решение имитационных задач динамически нагруженных транспортных систем методами математического моделирования. Также рассмотрен контактно-ротапринтный способ термоплакирования (лубрикации) рельсов.

Результаты

Результаты: стендовые испытания термометаллоплакирования тяговой поверхности бандажа локомотива показали рост тягового усилия и значительное снижение интенсивности изнашивания элементов фрикционной пары. Практическая значимость: предложенные технологические решения по термометаллоплакированию и термоплакированию рабочих поверхностей позволяют повысить износостойкость гребней колесных пар и головок рельсов в кривых участках пути, а также увеличить реализуемое тяговое усилие локомотива, что в совокупности обеспечивает снижение эксплуатационных затрат и повышение безопасности движения.

Objective

Objective: Investigate and substantiate the effectiveness of thermal metal cladding of the locomotive wheel tread surface to increase tractive effort and reduce wear in the wheel–rail system.

Methods

Methods: Physical modelling of the locomotive’s mechanical drive system and the track superstructure was applied, ensuring dynamic similarity to full-scale objects. The equality of kinetic energy and potential energy of subsystems before and after reduction ensured the identity of natural frequencies and mode shapes. The correspondence of the wear type on the model to the wear pattern of the full-scale wheel–rail contact was adopted as a validity criterion for reproducing friction processes. The developed model structure allows for solving simulation tasks of dynamically loaded transport mechanical systems using mathematical modelling methods. The contact rotaprint method of thermal cladding (lubrication) of rails is also considered.

Findings

Findings: Bench tests of thermal metal cladding of the locomotive wheel tread demonstrated an increase in tractive effort and a significant reduction in the wear rate of friction pair elements.

Practical importance

Practical importance: The proposed technological solutions for thermal metal cladding and thermal cladding of tread surfaces contributed to increasing the wear resistance of wheelset flanges and rail heads on curved track sections, as well as to increasing the achievable tractive effort of the locomotive, which in combination ensures a reduction in operating costs and an improvement in traffic safety.

колесорельсбандажгребеньтермометаллоплакированиесцеплениекатковый стендстендовые испытанияфизико-математическое моделированиеthermal metal cladding of wheel–rail contactcontact rotaprint thermal claddingphysical and mathematical modellingroller test rigbench testsReferencesМоделирование мобильных фрикционных систем / В.В. Шаповалов, П.Н. Щербак, А.Л. Озябкин, П. В. Харламов; Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте. М.: Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2020. 1147 с. ISBN 978-5-907206-38-0. EDN: XQXEYI.Shapovalov V.V., Shcherbak P.N., Ozyabkin A.L., Kharlamov P.V. Modelling of Mobile Friction Systems. Moscow. Educational and Methodological Centre for Education in Railway Transport. 2020:1147. ISBN 978-5-907206-38-0. EDN: XQXEYI. (In Russian).Мурга Л.Е., Луговский А.Ю., Богданов О.К. О результатах наблюдений за боковым износом рельсов ДТ350 и ДТ400ИК // Путь и путевое хозяйство. 2023. № 6. С. 20–24. EDN: AJYCMB.Murga L.E., Lugovskiy A.Yu., Bogdanov O.K. On results of observations of lateral wear of DT350 and DT400IK rails. Put’ i Putevoye Khozyaystvo [Railway Track and Facilities]. 2023;(6):20– 24. EDN: AJYCMB. (In Russian).Шаповалов В.В., Щербак П.Н., Богданов В.М., Фейзов Э.Э., Харламов П.В., Фейзова В.А. Повышение эффективности фрикционной системы «колесо – рельс» // Вестник научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2019. Т. 78. № 3. С. 177-182 DOI: 10.21780/2223-9731-2019-78-3-177-182. EDN: ZZGAOL.Shapovalov V.V., Shcherbak P.N., Bogdanov V.M., Feyzov E.E., Kharlamov P.V., Feyzova V.A. Improving the efficiency of the “wheel–rail” friction system. Russian Railway Science Journal. 2019;78(3):177-182. 2019;78(3):177–182. DOI: 10.21780/2223-9731-2019-78-3-177-182. EDN: ZZGAOL. (In Russian).Современная трибология: Итоги и перспективы / Э.Д. Браун, И.А. Буяновский, Н.А. Воронин [и др.]; Отв. редак- тор: К.В. Фролов. М.: ЛКИ, 2008. 480 с. ISBN 978-5-382-00518-8. EDN: UYAHOL.Braun E.D., Buyanovskiy I.A., Voronin N.A., et al. Modern tribology: results and prospects. K.V. Frolov, ed. Moscow. LKI. 2008:480. ISBN 978-5-382-00518-8. EDN: UYAHOL. (In Russian).Шаповалов В.В., Эркенов А.Ч., Щербак П.Н., Озябкин А.Л., Фейзов Э.Э. Физико-математическое моделирование нелинейных фрикционных система // Известия высших учебных заведений. Технические науки. 2014. № 6(181). С. 77–82. DOI: 10.17213/0321-2653-2014-6-77-82. EDN: TDXSLP.Shapovalov V.V., Erkenov A.Ch., Shcherbak P.N., Ozyabkin A.L., Feyzov E.E. Physical and mathematical modelling of non-linear friction systems. Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Technical Sciences. 2014;(6(181)):77–82. DOI: 10.17213/0321-2653-2014-6-77-82. EDN: TDXSLP. (In Russian).Харламов П.В. Исследование образования вторичных структур фрикционного переноса на поверхности стальных образцов при реализации технологии металлоплакирования // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2021. № 12. С. 556–560. DOI: 10.36652/0202-3350-2021-22-12-556-560. EDN: QCMMYK.Kharlamov P.V. Study of the formation of secondary friction transfer structures on the surface of steel samples during the implementation of metal cladding technology. Assembling in Mechanical Engineering and Instrument Making. 2021;(12):556-560. DOI: 10.36652/0202-3350-2021-22-12-556-560. EDN: QCMMYK. (In Russian).Шаповалов В.В., Шульга Г.И., Мищенко В.К., Корниенко Р.А., Фейзов Э.Э. Модельная оптимизация технологии контактно-ротапринтного плакирования поверхностей трения // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2018. № 1(197). С. 84–90. DOI: 10.17213/0321-2653-2018-1-84-90. EDN: VYYKBV.Shapovalov V.V., Shulga G.I., Mishchenko V.K., Kornienko R.A., Feyzov E.E. Model optimization of the technology of contact rotaprint cladding of friction surfaces. Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Technical Sciences. 2018;(1(197)):84-90. DOI: 10.17213/0321-2653-2018-1-84-90. EDN: VYYKBV. (In Russian).Косов В.С, Панин Ю.А., Трифонов А.В., Пономарёв А.С., Панин А.Ю. Лубрикация рельсов и воздействие на путь подвижного состава // Железнодорожный транспорт. 2022. № 7. С. 48–51. EDN: SVLDCK.Kosov V.S., Panin Yu.A., Trifonov A.V., Ponomarev A.S., Panin A.Yu. Rail lubrication and impact of rolling stock on track. Zheleznodorozhny Transport [Railway Transport]. 2022;(7):48-51. EDN: SVLDCK. (In Russian).Упруго-диссипативные характеристики тяжело-нагруженных модифицированных пар трения / С.Л. Чернышев, В.И. Колесников, В.Д. Верескун [и др.] // Трение и износ. 2023. Т. 44. № 1. С. 58–67. DOI: 10.32864/0202-4977-2023-44-1-58-67. EDN: WTIKDZ.Chernyshev S.L., Kolesnikov V.I., Vereskun V.D., et al. Elastic dissipative characteristics of heavily loaded modifi ed friction pairs. Journal of Friction and Wear. 2023;44(1):58-67. DOI: 10.32864/0202-4977-2023-44-1-58-67. EDN: WTIKDZ. (In Russian).Improving the energy efficiency of power transmissions of a rolling stock on the basis of dynamic anisotropy of frictional contact / V. Shapovalov, P. Shcherbak, P. Kharlamov [et al.] // E3S Web of International Conference “Energy Efficiency and Energy Saving in Technical Systems (EEESTS-2019)”. 2019. Vol. 104. P. 01002. DOI: 10.1051/e3sconf/201910401002. EDN: CTYOVN.Shapovalov V., Shcherbak P., Kharlamov P., et al. Improving the energy effi ciency of power transmissions of a rolling stock on the basis of dynamic anisotropy of frictional contact. E3S Web of Conferences. International Conference “Energy Effi ciency and Energy Saving in Technical Systems (EEESTS-2019)”. 2019;104: 01002. DOI: 10.1051/e3sconf/201910401002. EDN: CTYOVN.

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