mirtrМир транспортаWorld of Transport and Transportation1992-3252Russian University of Transport (RUT)mirtr-339Research ArticleНАУКА И ТЕХНИКАSCIENCE AND ENGINEERINGУПРОЧНЕНИЕ ГРЕБНЕЙ И СНИЖЕНИЕ ИЗНОСА КОЛЕСНЫХ ПАРREINFORCEMENT OF RIDGES AND REDUCTION OF WHEELSET WEAR AND TEARПетровС. Ю.PetrovS. Yu.

доктор технических наук, доцент, начальник научно-технического центра транспортных технологий

D.Sc. (Tech), associate professor, head of the research and technical center of transportation technology

ntc_tt.miit@bk.ruРябовА. А.RiabovA. A.

кандидат технических наук, доцент

Ph.D. (Tech), associate professor

andrey8605@mail.ruКостюкевичА. И.KostukevichA. I.

младший научный сотрудник

junior researcher

a.i.kostyukevich@gmail.comМИИТРоссияMoscow State University of Railway Engineering (MIIT), MoscowRussian FederationВосточноукраинский национальный университет им. В. Даля, г. ДонецкУкраинаEast-Ukrainian V.Dahl University, DonetskUkraine201328042013026269Copyright © Петров С.Ю., Рябов А.А., Костюкевич А.И., 20132013Петров С.Ю., Рябов А.А., Костюкевич А.И.Petrov S.Y., Riabov A.A., Kostukevich A.I.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mirtr.elpub.ru/jour/article/view/339

Существует задача снижения износа пары трения колесо-рельс. С ней связывают одно из главных направлений повышения эффективности эксплуатации подвижного состава железных дорог. Авторы статьи предлагают  анализ используемых для этой  цели технологий термического  упрочнения гребней колесных  пар на основе сравнительных испытаний локомотивов. Результаты  проверки трех способов обработки  металла – лазерного, плазменного и электроконтактного – позволяют выбрать наиболее надежную и перспективную технологию в рамках  комплексного трибологического подхода. 

Reducing of wear and tear of a friction pair wheel-rail is one of the main tasks to increase efficiency of railway rolling stock operation. The authors suggest analysis of technologies of thermic reinforcement of the ridges of wheelsets using comparative tests of locomotives. The results of testing of three techniques of metal working, respectively laser, plasmic and electrocontact, allow to select in the framework of comprehensive tribological approach the most reliable and promising technology.

The study has shown that the three technologies have differences as for equipment, consumables, technical conditions and staff qualifications necessary to apply them. There are also differences concerning conditions of heating and cooling of reinforced metal (one-time or cyclic heating) and ecological aspects (light radiation, noise level etc).

The reinforced zones differ in distribution of firmness and grain dimensions by depth, kinetics of temporary and residual stress, geometry and consequently in their influence on wear and tear process.

Experiments have proved that elecrocontact reinforcement permits to achieve the same results (as for reducing wear of ridges) as the plasmic hardening. When using four band zones of reinforcement the mean intensity of wearing of the ridges with electrocontact reinforcement is higher than the wearing of ridges reinforced with plasma by 0,08 мм/104 kм. If six zones of reinforcement are used, the mean intensity of wearing of the ridges is the same for plasmic and elecrtocontact hardening.

The authors suppose that electrocontact technology is more promising as it has more possibilities to positively affect the ridges wearing (by changing geometry of band zones of reinforcement, their number and location in the reinforced zone). But to correctly compare the data it is necessary to economically assess the technologies taking into account all costs resulting in comparably equal rates of wearing of ridges during operation of rolling stock.

железная дорогатрибологиялокомотивколесная парагребеньизносупрочнениетехнологияэксплуатационные испытанияrailwaytribologylocomotivewheelsetridgewear and tearreinforcementtechnologyservice testingReferencesПетров С. Ю. Пути повышения долговечности элементов трибосистемы «колодка-колесо-рельс»// Труды IV научно-практ. конференции «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте». – М.: МИИТ, 2001. – С. 35–36. Petrov S. Yu. Ways to increase longevity of the elements of tribological system shoe-wheel-rail [Puti povysheniya dolgovechnosti elementov tribosistemy «kolodka=koleso-rels»]. Works of 4th scientific and practical conference resource-saving technologies for railways. Moscow, MIIT, 2001, pp.35–36.Петров С. Ю. Пути повышения долговечности элементов трибосистемы «колодка-колесо-рельс»// Труды IV научно-практ. конференции «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте». – М.: МИИТ, 2001. – С. 35–36. Petrov S. Yu. Ways to increase longevity of the elements of tribological system shoe-wheel-rail [Puti povysheniya dolgovechnosti elementov tribosistemy «kolodka=koleso-rels»]. Works of 4th scientific and practical conference resource-saving technologies for railways. Moscow, MIIT, 2001, pp.35–36.Петров С. Ю. Закономерности протекания процессов при работе трибосистемы «колодка-колесорельс» и пути повышения её долговечности/ Дис… док. техн. наук – М.: МИИТ, 2002. – 350 с. Petrov S. Yu. Rules of development of processes in the work of tribological system shoe-wheel-rail and the ways of increasing its longevity [Zakonomernosti protekaniya protsessov pri rabote tribosistemy «kolodka-koleso-rels» i puti povysheniya eе dolgovechnosti]. D. Sc. (Tech) thesis. Moscow, MIIT, 2002, 350 p.Петров С. Ю. Закономерности протекания процессов при работе трибосистемы «колодка-колесорельс» и пути повышения её долговечности/ Дис… док. техн. наук – М.: МИИТ, 2002. – 350 с. Petrov S. Yu. Rules of development of processes in the work of tribological system shoe-wheel-rail and the ways of increasing its longevity [Zakonomernosti protekaniya protsessov pri rabote tribosistemy «kolodka-koleso-rels» i puti povysheniya eе dolgovechnosti]. D. Sc. (Tech) thesis. Moscow, MIIT, 2002, 350 p.Григорьянц А. Г. Основы лазерной обработки материалов. – М.: Машиностроение, 1989. – 304 с. Grigoryants A. G. Fundamentals of laser working of metals [Osnovy lazernoj obrabotki materialov]. – Moscow, Mashinostroenie, 1989, 304 p.Григорьянц А. Г. Основы лазерной обработки материалов. – М.: Машиностроение, 1989. – 304 с. Grigoryants A. G. Fundamentals of laser working of metals [Osnovy lazernoj obrabotki materialov]. – Moscow, Mashinostroenie, 1989, 304 p.Теория сварочных процессов: Учебник для вузов //В.Н. Волченко, В. М. Ямпольский, В. А. Винокуров и др.; Под ред. В. В. Фролова. – М.: Высшая школа, 1988. – 559 с. Theory of welding processes: Textbook for universities [Teoriya svarochnykh protsessov: ucheb. dlya vuzov ]. Volchenko V. N., Yampolskij V. M. , Vinokurov V. A. et al. Moscow, Vysshaya shkola [Higher school], 1988, 559 p.Теория сварочных процессов: Учебник для вузов //В.Н. Волченко, В. М. Ямпольский, В. А. Винокуров и др.; Под ред. В. В. Фролова. – М.: Высшая школа, 1988. – 559 с. Theory of welding processes: Textbook for universities [Teoriya svarochnykh protsessov: ucheb. dlya vuzov ]. Volchenko V. N., Yampolskij V. M. , Vinokurov V. A. et al. Moscow, Vysshaya shkola [Higher school], 1988, 559 p.Петров С. В. Об одной причине неожиданного разрушения колес. – http://plazer.com.ua/docs/pdf/about_wheel_crash.pdf. Petrov S. V. On a reason of a sudden destruction of the wheels [Ob odnoj prichine neozhidannogo razrusheniya koles] http://plazer.com.ua/docs/pdf/about_wheel_crash.pdf. Last accessed 1/02/2013.Петров С. В. Об одной причине неожиданного разрушения колес. – http://plazer.com.ua/docs/pdf/about_wheel_crash.pdf. Petrov S. V. On a reason of a sudden destruction of the wheels [Ob odnoj prichine neozhidannogo razrusheniya koles] http://plazer.com.ua/docs/pdf/about_wheel_crash.pdf. Last accessed 1/02/2013.Николаев Г. А., и др. Расчет, проектирование и изготовление сварных конструкций; Учеб. пособие.– М.: Высшая школа, 1971. – 760 с. Nikolaev G. A., et al. Calculation, engineering and manufacturing of welded elements [Raschet, proektirovanie i izgotovlenie svarnykh konstruktsij: ucheb. posobie]. – Moscow, Vysshaya shkola [Higher school] publ., 1971, 760 p.Николаев Г. А., и др. Расчет, проектирование и изготовление сварных конструкций; Учеб. пособие.– М.: Высшая школа, 1971. – 760 с. Nikolaev G. A., et al. Calculation, engineering and manufacturing of welded elements [Raschet, proektirovanie i izgotovlenie svarnykh konstruktsij: ucheb. posobie]. – Moscow, Vysshaya shkola [Higher school] publ., 1971, 760 p.Ресурсосберегающие технологии восстановления железнодорожной техники сваркой, наплавкой и напылением: Сб. науч. трудов / Под ред. В. Н. Лозинского. – М.: Интекст, 1998. –271 с. Resource-saving technology of reparation of railway rolling stock by welding, overlaying and sputtering [Resursosberegayuschie tekhnologii vosstanovleniya zheleznodorozhnoj tekhniki svarkoj, naplavkoj i napyleniem]. Collection of scientific works, ed.by V. N. Lozinsky. Moscow, Intext, 1998, 271 p.Ресурсосберегающие технологии восстановления железнодорожной техники сваркой, наплавкой и напылением: Сб. науч. трудов / Под ред. В. Н. Лозинского. – М.: Интекст, 1998. –271 с. Resource-saving technology of reparation of railway rolling stock by welding, overlaying and sputtering [Resursosberegayuschie tekhnologii vosstanovleniya zheleznodorozhnoj tekhniki svarkoj, naplavkoj i napyleniem]. Collection of scientific works, ed.by V. N. Lozinsky. Moscow, Intext, 1998, 271 p.Богданов В. М., Марков Д. П., Пенькова Г. И. Оптимизация триботехнических характеристик гребней колес подвижного состава // Вестник ВНИ- ИЖТ. – 1998. – № 4. – С. 3–9. Bogdanov V. M., Markov D. P., Penkova G. I. Optimization of tribological characteristics of the ridges of rolling stock [Optimizatsiya tribotekhnicheskikh kharakteristik grebnej koles podvizhnogo sostava]. Vestnik VNIIZHT, 1998, Iss.4, pp. 3–9.Богданов В. М., Марков Д. П., Пенькова Г. И. Оптимизация триботехнических характеристик гребней колес подвижного состава // Вестник ВНИ- ИЖТ. – 1998. – № 4. – С. 3–9. Bogdanov V. M., Markov D. P., Penkova G. I. Optimization of tribological characteristics of the ridges of rolling stock [Optimizatsiya tribotekhnicheskikh kharakteristik grebnej koles podvizhnogo sostava]. Vestnik VNIIZHT, 1998, Iss.4, pp. 3–9.Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение: Учебник. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с. Lakhtin Yu.M., Leonteva V. P. Material science [Materialovedenie: uchebnik]. 3d ed., rev. and enlarged. Moscow, Mashinostroenie, 1990, 528 p.Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение: Учебник. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с. Lakhtin Yu.M., Leonteva V. P. Material science [Materialovedenie: uchebnik]. 3d ed., rev. and enlarged. Moscow, Mashinostroenie, 1990, 528 p.Петров С. Ю., Субботин Р. Н., Михнюк П. Н. и др. Увеличение межремонтных сроков деталей за счет повышения механических свойств поверхностей трения при импульсной обработке// Труды VIII научно- практ. конференции «Безопасность движения поездов». – М.: МИИТ, 2007. – С. 47–49. Petrov S. Yu., Subbotin R. N., Mikhnyuk P. N. et al. Growth of longevity of spare parts between repairs on the basis of increase in mechanical features of surfaces of friction under impulse treatment [Uvelichenie mezhremontnykh srokov detalej za schet povysheniya mekhanicheskikh svojstv poverkhnostej treniya pri impulsnoj obrabotke]. Works of 8th scientific and practical conference «safety of train traffic». Moscow, MIIT, 2007, pp. 47–49.Петров С. Ю., Субботин Р. Н., Михнюк П. Н. и др. Увеличение межремонтных сроков деталей за счет повышения механических свойств поверхностей трения при импульсной обработке// Труды VIII научно- практ. конференции «Безопасность движения поездов». – М.: МИИТ, 2007. – С. 47–49. Petrov S. Yu., Subbotin R. N., Mikhnyuk P. N. et al. Growth of longevity of spare parts between repairs on the basis of increase in mechanical features of surfaces of friction under impulse treatment [Uvelichenie mezhremontnykh srokov detalej za schet povysheniya mekhanicheskikh svojstv poverkhnostej treniya pri impulsnoj obrabotke]. Works of 8th scientific and practical conference «safety of train traffic». Moscow, MIIT, 2007, pp. 47–49.Коржин С. Н. Анализ и выбор технологических решений по повышению износостойкости гребней колесных пар/ Дис... канд. техн. наук. – М., 2000. – 196 с. Korzhin S. N. Analysis and choice of technological decisions for increasing wear resistance of the ridges of wheelsets [Analiz i vybor tekhnologicheskikh reshenij po povysheniyu iznosostojkosti grebnej kolesnykh par]. Ph.D. (Tech) thesis. Moscow, 2000, 196 p.Коржин С. Н. Анализ и выбор технологических решений по повышению износостойкости гребней колесных пар/ Дис... канд. техн. наук. – М., 2000. – 196 с. Korzhin S. N. Analysis and choice of technological decisions for increasing wear resistance of the ridges of wheelsets [Analiz i vybor tekhnologicheskikh reshenij po povysheniyu iznosostojkosti grebnej kolesnykh par]. Ph.D. (Tech) thesis. Moscow, 2000, 196 p.Муравьев В. В., Петров С. Ю., Платунов А. В. и др. Распределение остаточных напряжений при электроконтактном упрочнении бандажей локомотивных колес// Технология машиностроения. – 2011. – № 9. – С.42–45. Muraviev V. V., Petrov S. Yu., Platunov A. V. et al. Distribution of residual stresses during electrocontact reinforcement of the rims of locomotive wheels [Raspredelenie ostatochnykh napryazhenij pri elektrokontaktnom uprochnenii bandazhej lokomotivnykh koles]. Tehnologiya mashinostroeniya, 2011, Iss.9, pp. 42– 45.Муравьев В. В., Петров С. Ю., Платунов А. В. и др. Распределение остаточных напряжений при электроконтактном упрочнении бандажей локомотивных колес// Технология машиностроения. – 2011. – № 9. – С.42–45. Muraviev V. V., Petrov S. Yu., Platunov A. V. et al. Distribution of residual stresses during electrocontact reinforcement of the rims of locomotive wheels [Raspredelenie ostatochnykh napryazhenij pri elektrokontaktnom uprochnenii bandazhej lokomotivnykh koles]. Tehnologiya mashinostroeniya, 2011, Iss.9, pp. 42– 45.Киселев С. Н., Саврухин А. В., Кузьмина Г. Д. Влияние плазменной обработки на напряженно-деформированное и структурное состояние гребней бандажей колес локомотивов // Сварочное производство. – 2001. – № 6. – С.9–17. Kiselev S. N., Savrukhin A. V., Kuzmina G. D. Influence of plasmic working on the deflected mode and structural conditions of the ridges of the rims of the locomotive wheels [Vliyanie plazmennoj obrabotki na napryazhenno-deformirovannoe i strukturnoe sostoyanie grebnej bandazhej koles lokomotivov]. Svarochnoe proizvodstvo, 2001, Iss.6, pp.9–17.Киселев С. Н., Саврухин А. В., Кузьмина Г. Д. Влияние плазменной обработки на напряженно-деформированное и структурное состояние гребней бандажей колес локомотивов // Сварочное производство. – 2001. – № 6. – С.9–17. Kiselev S. N., Savrukhin A. V., Kuzmina G. D. Influence of plasmic working on the deflected mode and structural conditions of the ridges of the rims of the locomotive wheels [Vliyanie plazmennoj obrabotki na napryazhenno-deformirovannoe i strukturnoe sostoyanie grebnej bandazhej koles lokomotivov]. Svarochnoe proizvodstvo, 2001, Iss.6, pp.9–17.ЛыковА. М., Маслов В. Э., Глибина Л. А. Плазменное упрочнение гребней локомотивных и вагонных колес // Вестник ВНИИЖТ. – 2005. –№1 – С.31–33. Lykov A. M., Maslov V. E., Glibina L. A. Plasmic reinforcement of the ridges of locomotive and car wheels [Plazmennoe uprochnenie grebnej lokomotivnykh i vagonnykh koles]. Vestnik VNIIZHT, 2005, Iss.1, pp. 31–33.ЛыковА. М., Маслов В. Э., Глибина Л. А. Плазменное упрочнение гребней локомотивных и вагонных колес // Вестник ВНИИЖТ. – 2005. –№1 – С.31–33. Lykov A. M., Maslov V. E., Glibina L. A. Plasmic reinforcement of the ridges of locomotive and car wheels [Plazmennoe uprochnenie grebnej lokomotivnykh i vagonnykh koles]. Vestnik VNIIZHT, 2005, Iss.1, pp. 31–33.

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