References

vrgup

Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения

Vestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya

0201-727X

Ростовский государственный университет путей сообщения

10.46973/0201-727X_2026_1_182

vrgup-206

Research Article

МАШИНОСТРОЕНИЕ

MECHANICAL ENGINEERING

Особенности работы системы «колесо – рельс» при тяжеловесном движении

Operating features of the wheel-rail system during heavy-haul traffic

Кротов

С. В.

Krotov

S. V.

Кротов Сергей Викторович, кафедра «Строительная механика», кандидат технических наук, доцент

Krotov Sergey Viktorovich, Chair “Construction Mechanics”, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor

SVK-19587@yandex.ru

Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС)Rostov State Transport University (RSTU)

2026

30032026

01182194

2026

Кротов С.В.

Krotov S.V.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://vestnik.rgups.ru/jour/article/view/206

Модель колесной пары адаптирована к рассмотрению конкретной точки контакта колеса с рельсом. Рассмотрен конформный профиль колеса по отношению к новому рельсу. Данный профиль представляется наиболее рациональным вследствие максимально приближенного к идеальным условиям эксплуатации. Модель имитирует свободное качение колеса по рельсу при наличии вертикальной нагрузки, т.е. по прямой. Методология исследования базируется на численном моделировании с применением программного комплекса.Исследованы особенности функционирования системы «колесо – рельс» в условиях тяжеловесного движения: оценивалось напряженно-деформированное состояние зоны контакта при сверхнормативных нагрузках. Осевая нагрузка варьировалась от 25 до 40 т на ось. Научная новизна заключается в проведении численного моделирования в среде ANSYS с учетом особенностей взаимодействия поверхностей.В результате моделирования получены количественные данные о распределении различных типов напряжений в зоне контакта и определены геометрические размеры пятна контакта. Оценены зоны скольжения внутри контактной площадки. Достоверность результатов подтверждена сходимостью с теоретическими формулами классической механики контакта. Полученные закономерности позволяют прогнозировать износ и контактную усталость рельсов и колес при тяжеловесном движении.

The wheelset model is adapted to consider a specific point of contact between the wheel and the rail. A conformal wheel profile relative to a new rail is considered. This profile is considered to be the most rational due to its closest approximation to ideal operating conditions. The model simulates free wheel rolling along the rail under a vertical load, i.e., in a straight line. The research methodology is based on numerical modeling using a software package.The operating features of the wheel-rail system under heavy-haul traffic conditions are investigated: the stress-strain state of the contact zone under excessive loads is assessed. The axle load ranged from 25 to 40 tons per axle. The scientific innovation lies in the use of numerical modeling in the ANSYS environment, taking into account the specific features of surface interaction.The modeling yielded quantitative data on the distribution of various stress types in the contact zone and determined the geometric dimensions of the contact patch. Sliding zones within the contact area were estimated. The reliability of the results was confirmed by their convergence with theoretical formulas of classical contact mechanics. The obtained patterns allow us to predict the wear and contact fatigue of rails and wheels during heavy-haul traffic.

колесная параосевая нагрузкаметод конечных элементовнапряжения и деформациискольжениенесущая способность

wheelsetaxial loadfinite element methodstresses and deformationsslidingbearing capacity

References1

Об утверждении стратегии научно-технического развития холдинга «РЖД» на период до 2025 года и на перспективу до 2030 года (Белая книга). – URL: http://cipi.samgtu.ru/sites/cipi.samgtu.ru/files/belaya_kniga.pdf (дата обращения: 11.01.2026).

On approval of the scientific and technical development strategy of the Russian Railways holding company for the period up to 2025 and for the future up to 2030 (White Paper). – URL: http://cipi.samgtu.ru/sites/cipi.samgtu.ru/files/belaya_kniga.pdf (date of access: 11.01.2026).

Бороненко, Ю. П. Стратегические задачи вагоностроителей в развитии тяжеловесного движения / Ю. П. Бороненко // Транспорт Российской Федерации. Журнал о науке, практике, экономике. – 2013. – № 5(48). – С. 68-73. – ISSN 1994-831X.

Boronenko, Yu. P. Strategic tasks of wagon builders in the development of heavy-haul traffic / Yu. P. Boronenko // Transport of the Russian Federation. Journal of science, practice, economics. – 2013. – No. 5 (48). – P. 68–73. – ISSN 1994-831X.

Захаров, С. М. Развитие тяжеловесного движения в мире / С. М. Захаров, К. П. Шенфельд // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. – 2013. – № 4. – С. 9–18. – ISSN 2223-9731.

Zakharov, S. M. Development of heavy-haul traffic in the world / S. M. Zakharov, K. P. Shenfeld // Russian railway science journal. – 2013. – No. 4. – P. 9–18. – ISSN 2223-9731.

Основные причины повышенного износа рельсов и гребней колесных пар грузовых вагонов / Л. А. Мугинштейн, В. М. Богданов, А. В. Сухов, Ю. С. Ромен // Железнодорожный транспорт. – 2020. – № 7. – С. 43–51. – ISSN 0044-4448.

Main causes of increased wear of rails and wheelset flanges of freight cars / L. A. Muginshtein, V. M. Bogdanov, A. V. Sukhov, Yu. S. Romen // Railway Transport. – 2020. – No. 7. – P. 43–51. – ISSN 0044-4448.

Повышение работоспособности колесных пар подвижного состава / О. С. Валинский, А. А. Воробьев, С. И. Губенко [и др.]. – Казань : Издательство «Бук», 2022. – 324 с. – ISBN 978-5-00118-870-4.

Improving the performance of rolling stock wheelsets / O. S. Valinsky, A. A. Vorobyov, S. I. Gubenko [et al.]. – Kazan : Buk Publishing House, 2022. – 324 p. – ISBN 978-5-00118-870-4.

Кротов, В. П. Напряженно-деформированное состояние колесной пары вагона при повышении режимов нагружения / В. П. Кротов, С. В. Кротов // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2002. – № 2. – С. 36–39. – ISSN 0201-727X.

Krotov, V. P. Stress-strain state of a car wheelset with increasing loading conditions / V. P. Krotov, S. V. Krotov // Vestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya. – 2002. – No. 2. – P. 36–39. – ISSN 0201-727X.

ANSYS Rel. 11.0. Theory Reference for ANSYS and ANSYS Workbench. SAS IP Inc. – Canonsburg, 2007. – 1110 p.

Hertz, H. Gesammelte Werke / H. Hertz. – Leipzig : Johann Ambrosius Barth, 1895. – Bd 1. – 41 р.

Hertz, H. Collected Works / H. Hertz. – Leipzig : Johann Ambrosius Barth, 1895. – Vol. 1. – 41 p.

Иваночкин, П. Г. Механика подвижного состава : учебное пособие / П. Г. Иваночкин, А. А. Зарифьян, Е. А. Василькова. – Ростов-на-Дону : РГУПС, 2019. – 146 с. – ISBN 978-5-88814-913-3.

Ivanochkin, P. G. Mechanics of rolling stock : a textbook / P. G. Ivanochkin, A. A. Zarifyan, E. A. Vasilkova. – Rostov-on-Don : RSTU, 2019. – 146 p. – ISBN 978-5-88814-913-3.

Вериго, М. Ф. Взаимодействие пути и подвижного состава / М. Ф. Вериго, А. Я. Коган ; под редакцией М. Ф. Вериго. – Москва : Транспорт, 1986. – 558 с.

Verigo, M. F. Interaction of track and rolling stock / M. F. Verigo, A. Ya. Kogan ; Ed. M. F. Verigo. – Moscow : Transport, 1986. – 558 p.

Шахунянц, Г. М. Железнодорожный путь : учебник для вузов железнодорожного транспорта / Г. М. Шахунянц. – 3-е изд., перераб. и доп. – Москва : Транспорт, 1987. – 479 с.

Shakhunyants, G. M. Railroad track : a textbook for universities of railway transport / G. M. Shakhunyants. – 3rd ed., revised and enlarged. – Moscow : Transport, 1987. – 479 p.

Кротов, С. В. Определение вертикальных динамических сил, действующих на колесо в контакте с рельсом / С. В. Кротов, Д. П. Кононов // Известия Петербургского университета путей сообщения. – 2015. – № 3 (44). – С. 70–76. – ISSN 1815-588X.

Krotov, S. V. Determination of vertical dynamic forces acting on a wheel in contact with a rail / S. V. Krotov, D. P. Kononov // Proceedings of Petersburg transport university. – 2015. – No. 3 (44). – P. 70–76. – ISSN 1815-588X.

Ekberg, A. Fretting fatigue of railway axles – a review of prediction methods and a finite element model scheme / A. Ekberg // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F : Journal of Rail and Rapid Transit. – 2004, Vol. 218. – P. 299–316.

Кротов, С. В. Анализ зоны контакта железнодорожного колеса и рельса / С. В. Кротов, Д. П. Кононов // Известия Петербургского университета путей сообщения. – 2022. – Т. 19, № 2. – С. 221–231. – DOI 10.20295/1815-588X-2022-19-2-221-231.

Krotov, S. V. Analysis of the contact zone of a railway wheel and a rail / S. V. Krotov, D. P. Kononov // Proceedings of Petersburg transport university. – 2022. – Vol. 19, No. 2. – P. 221–231. – DOI 10.20295/1815-588X-2022-19-2-221-231.

Кротов, С. В. Классификация параметров несущей способности прессового соединения колесной пары железнодорожного транспортного средства / С. В. Кротов, В. П. Кротов // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2007. – № 2 (26). – С. 22–28. –ISSN 0201-727X.

Krotov, S. V. Classification of the parameters of the bearing capacity of a press joint of a wheelset of a railway vehicle / S. V. Krotov, V. P. Krotov // Vestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya. – 2007. – No. 2 (26). – P. 22–28. – ISSN 0201-727X.

Кротов, С. В. Факторный анализ расчета несущей способности колесной пары вагона / С. В. Кротов, А. Сладковски // Транспорт Урала. – 2012. – № 2 (33). – С. 36–40. – ISSN 1815-9400.

Krotov, S. V. Factor analysis of calculating the bearing capacity of a wagon wheel pair / S. V. Krotov, A. Sladkovsky // Transport of the Urals. – 2012. – No. 2 (33). – P. 36–40. – ISSN 1815-9400.

Krotov, S. Application of the discriminant analysis in research of bearing ability of the wheel pair of the car / S. Krotov, V. Krotov // Transport Problems. – 2011. – Vol. 6, No. 1. – P. 43–48. – EDN VATMRP.

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