Сьогодні при збільшенні швидкостей руху залізничного рухомого складу, зростанні об'ємів та номенклатури вантажів, що перевозяться, розвитку пасажирських перевезень, а також при підготовці мережі залізниць до пропускання вагонів з підвищеними осьовими навантаженнями назріла необхідність у проведенні детальних експериментальних і теоретичних досліджень процесів, що відбуваються при взаємодії екіпажів та колії. Зокрема, прогнозування стану і зносу рейок набуває суттєве значення. У цьому процесі можна виділити два підходи. Перший - це прогнозування бічного зносу рейок і терміну їхньої служби, другий - теоретичні дослідження з прогнозування зміни окреслень головок рейок внаслідок зносу при експлуатації. Мета статті - розробка способу теоретичного прогнозування зміни профілів головок рейок при зносі. Застосовано методи математичного моделювання, числового інтегрування, теорії коливань, статистичної динаміки. Запропоновано спосіб прогнозування послідовного зносу рейок і зміни профілів їх головок з використанням математичної моделі взаємодії колеса та рейки з розподіленими контактними силами. Розроблений алгоритм прогнозування грунтується на числовому інтегруванні системи диференціальних рівнянь, що описують просторові коливання залізничного екіпажа при русі по колії довільного окреслення в плані. Апробацію розробленого математичного забезпечення проведено при прогнозуванні зносу головок рейок Р65 на прямій і круговій кривій ділянках колії. Розрахунки виконано для навантаженого піввагона із серійними візками моделі 18 - 100 та стандартними колесами з різним ступенем зносу обода. Здійснено порівняння прогнозних і експериментальних даних. Показано, що запропонований спосіб дозволяє досить точно прогнозувати зміни форми профілів головок рейок при зносі в результаті експлуатації.

Для оновлення парку вантажних вагонів на українських залізницях вельми актуальною є розробка візків нового покоління. Важливими критеріями оцінки існуючих або нових конструкцій візків є покращення динамічних якостей вагонів, поліпшення взаємодії їх елементів, зменшення зносу коліс і рейок, підвищення безпеки руху. Геометричні і пружні характеристики нових елементів повинні забезпечувати зниження опору візків при вписуванні екіпажа в криволінійні ділянки колії та сприяти підвищенню його стійкості при русі як по прямолінійних, так і по криволінійних ділянках колії. Мета роботи - розробка рекомендацій щодо вибору пружних параметрів додаткових зв'язків елементів візків перспективних вантажних вагонів. Застосовано методи математичного моделювання, числового інтегрування, теорії коливань, статистичної динаміки. Приведено результати досліджень щодо вибору параметрів нових елементів для застосування в конструкції візків моделі 18-7020: діагональних зв'язків між бічними рамами, пружного адаптера у буксовому вузлі. Основну увагу при цьому приділено дослідженню показника запасу стійкості від вкочування колеса на рейки при різних швидкостях руху екіпажа по прямих і криволінійних ділянках колії. Визначено раціональні параметри пружних характеристик додаткових зв'язків елементів візка. Зроблено висновок про те, що найбільший ефект має місце при спільному використанні у візках моделі 18-7020 пружних адаптерів в буксових вузлах і пружних діагональних зв'язків між бічними рамами, що дозволяє підвищити швидкість руху вантажного вагона, його стійкість та динамічні якості.

Сьогодні для мережі залізниць України актуальним завданням залишається скорочення витрат на обслуговування та ремонт парку вантажних вагонів і верхньої будови колії. Зростання завантаженості та швидкості руху поїздів призводить до суттєвого зносу техніки і колії, пов'язаного із зростанням силової взаємодії коліс і рейок. Одним із способів зменшення сил взаємодії і зносу коліс і рейок під час руху екіпажів по криволінійних ділянках колії є застосування пристроїв, що забезпечують радіальну установку колісних пар. Мета роботи - аналіз впливу зміни конструкції візків вантажних вагонів за рахунок використання пристроїв, що забезпечують радіальну установку колісних пар, на показники динамічної взаємодії коліс і рейок, а також вибір їх раціональних параметрів для удосконалення ходових частин різних одиниць рухомого складу. Для вирішення поставлених задач використовувалися методи математичного моделювання, теорії коливань, теорії пружності. Виконано моделювання руху вантажних вагонів з різними варіантами конструкції візків по криволінійних ділянках колії. Аналіз отриманих результатів показав, що застосування пристроїв, які забезпечують радіальну установку колісних пар, чинить позитивний вплив на процеси взаємодії коліс і рейок. При цьому динамічні якості вагонів покращуються на (15 - 25) %, а показники взаємодії коліс і рейок на (20 - 45) %. Проведено вибір раціональних параметрів цих пристроїв, які дозволяють як суттєво знизити рівень динамічної взаємодії пари "колесо-рейка" при русі різних одиниць рухомого складу по криволінійних ділянках колії, так і забезпечити їх високі динамічні якості на прямих ділянках колії при русі зі швидкостями до 120 км/год.

Незважаючи на велику кількість нових моделей візків, які з'явилися на просторі залізничної колії 1520 мм в останнє десятиліття, проблема недостатньої зсувної жорсткості візка вантажного вагона є досить актуальною і сьогодні. Дана проблема є наслідком спроб зберегти достатню ступінь уніфікації нових моделей візків з візком моделі 18-100. При цьому значно спрощується порядок впровадження нових візків, є можливість максимально використовувати існуючу інфраструктуру обслуговування та ремонту. Але це ж призводить до наслідування новими конструкціями багатьох фундаментальних недоліків візка 18-100. Одним з таких критичних недоліків є його мала зв'язаність в горизонтальному плані, що призводить до зниження критичної швидкості руху, прискореного зносу деталей та вузлів візка. Вирішенням цієї проблеми може бути встановлення допоміжної рами жорсткості. Мета роботи - розробка нової конструкції допоміжної рами жорсткості для візка моделі 18-100 задля збільшення його зсувної жорсткості з метою покращення динамічних та ресурсних показників вантажних вагонів з такими візками. Для вирішення поставлених задач використовувалися методи математичного моделювання, теорії коливань, теорії пружності. Розроблено варіант допоміжної рами жорсткості між боковинами з урахуванням можливості встановлення на візок моделі 18-100 без істотних змін базової конструкції вантажного вагона. Виконано підбір фізико-механічних властивостей матеріалів конструкції допоміжної рами жорсткості. Визначено навантаження, що діють на допоміжну раму для розрахунку її міцності. Проведено розрахунки та отримано величини напружень, що виникають в конструкції допоміжної рами жорсткості при русі вагона. Встановлено, що використання запропонованої допоміжної рами жорсткості з пружними поліуретановими вставками дозволяє збільшити зсувну жорсткість візка на 0,5 МН/м. Запропоноване удосконалення конструкції візка моделі 18-100 надасть можливість збільшити його зсувну жорсткість, що поліпшить динамічні і експлуатаційні показники вантажного вагона, зменшить знос його елементів. А враховуючи простоту конструкції допоміжної рами, її впровадження матиме значний економічний ефект.

В даний час практично в усіх країнах світової спільноти розробляються і здійснюються заходи, спрямовані на підвищення конкурентоспроможності й ефективності залізниць. Одним з пріоритетних напрямків є підвищення вагових норм вантажних поїздів. В Україні розроблено та прийнято за базові для вантажних вагонів нового покоління перспективні візки моделі 18-9817 з навантаженням на вісь 25 тс. для цих вагонів розроблено зносостійкий профіль коліс ІТМ-73-03 з товщиною гребеня 32 мм. Мета роботи - дослідження впливу зміни форми профілів ободу коліс і головок рейок у процесі експлуатації на просторові коливання такого вантажного вагона. Оцінено вплив зміни форми профілів коліс і головок рейок у процесі експлуатацїї на стійкість руху та динамічні якості даного вагона. Виконано прогнозування зносу коліс із новим профілем з використанням алгоритму розв'язання геометричної задачі взаємодії з урахуванням взаємних горизонтальних поперечних зміщень колеса і рейки, кутів набігання на рейку та бічної хитавиці колісної пари, а також нелінійності контактуючих поверхонь і можливості виникнення їх конформного контакту. Проведено розрахунки просторових коливань вагона під час руху по прямих та кругових кривих ділянках колії. Показано, що зміна форми профілів ободу коліс та головок рейок за їх зносу мало впливає на характеристики руху вантажного вагона нового покоління з перспективними візками 18-9817 з підвищеним вісьовим навантаженням і розробленим зносостійким профілем коліс ІТМ-73-03. Стійкість руху і динамічні якості екіпажа залишаються на високому рівні. Застосування вказаного вантажного вагона на залізницях України цілком відповідає задачам оновлення вітчизняного рухомого складу: підвищення динамічних якостей екіпажів, збільшення ресурсу ходових частин, зниження зносу елементів рухомого складу та колії.

Сьогодні у світі все ясніше простежуються тенденції розвитку залізничного транспорту у напрямку підвищення осьових навантажень вантажних вагонів, що дає значний економічний ефект. При цьому відіграє роль не лише конструкція вагона, але й коефіцієнт вантажопідйомності: чим вище цей коефіцієнт, тим економічно ефективніше використання вагона. Тому один з пріоритетних напрямків в освоєнні зростаючих об'ємів перевезень вантажів і підвищенні ефективності роботи світових залізниць - це збільшення вагових норм вантажних потягів. Для підготовки мережі залізниць до пропуску вагонів з підвищеними осьовими навантаженнями потрібна розробка заходів по зниженню деформованості колії, зокрема, підбір відповідних профілів коліс і рейок. Мета роботи - розробка рекомендацій щодо удосконалення контактної пари "колесо-рейка" для покращання умов вписування залізничних екіпажів з підвищеним осьовим навантаженням у криволінійні ділянки колії вітчизняних залізниць. Наведено розроблений зносостійкий профіль головки рейки R-ITM. Вивчено вплив нового профілю на процеси взаємодії з колією різних вантажних вагонів при розрахунках їх вписування з постійною швидкістю в криву радіуса 300 м. При цьому особлива увага приділялася взаємодії з колією вантажного вагона нового покоління з візками моделі 18-9817 з підвищеним до 25 тс осьовим навантаженням. Виконані дослідження дозволили сформулювати такі рекомендації: для покращання умов вписування у криволінійні ділянки колії залізничних екіпажів з підвищеним осьовим навантаженням, зниження негативного впливу на колію та збільшення рівня безпеки руху рекомендовано використання нових розроблених профілів контактної пари: у вагонах - профілів ободів коліс ІТМ-73-03; на колії - профілів головок зовнішніх рейок R-ITM та головок внутрішніх стандартних рейок Р65.

Актуальність роботи пов'язана з розв'язанням важливої задачі сучасного розвитку залізничного транспорту України, прискоренням інтеграції України в європейські залізничні перевезення. Зараз найефективнішим способом подолання кордонів між країнами з різною шириною колії є застосування розсувних колісних пар, системи, яка здатна без зупинки руху залізничного складу змінюватися під ширину колії на спеціальних перекладних колійних пристроях. Застосування розсувних колісних пар для спільної експлуатації вагонів на українських і європейських залізницях пов'язано з вирішенням проблеми забезпечення доброї сумісності пари "колесо-рейка" на обох коліях. Мета роботи полягала в розробці єдиного профілю обода коліс для експлуатації на вітчизняних і європейських залізницях, прогнозуванні безпеки руху вагонів з такими колесами, показників динамічних якостей і процесів їх динамічної взаємодії з коліями, що мають різні параметри. Використано методи механіки деформівного твердого тіла, статистичної динаміки, чисельного інтегрування. Побудовано сімейство профілів обода коліс і оцінено ефективність їх використання в колісних парах пасажирського вагона, що рухається по українських (ширина колії 1520 мм) та європейських (ширина колії 1435 мм) залізницях. Для кожного варіанта профілю розв'язувалась просторова задача контакту коліс і рейок, аналізувались параметри взаємодії, у тому числі розміри і розташування контактних плям. Також проводились розрахунки вписування вагона у кругову криву малого радіуса (R = 300 м) та його руху з різними швидкостями по прямих ділянках колії. Вибір серед побудованих профілів проводився за двома критеріями: гребеневого зносу коліс і стійкості руху екіпажа. На підставі виконаних досліджень запропоновано новий зносостійкий профіль ободу залізничного колеса ІТМ-73EP, використання якого в розсувних колісних парах пасажирських вагонів дозволить при збереженні високих динамічних якостей екіпажів забезпечити прийнятні показники їхньої взаємодії з колією в умовах спільної експлуатації на українських і європейських залізницях.

Актуальною задачею для залізничного транспорту України є інтегрування до загальносвітової транспортної системи. Як відомо, вітчизняні та європейські залізниці відрізняються параметрами рейкової колії, що ускладнює залізничне сполучення. Міжнародний досвід показав, що найбільш перспективним шляхом вирішення цієї проблеми є застосування розсувних колісних пар, здатних підлаштовуватися під різну ширину колії. Також на залізницях України та країн ЄС застосовуються різні профілі коліс та рейок, форма яких значно впливає на взаємодію колії та рухомого складу. Як відомо, в процесі експлуатації ці форми можуть значно змінювати свою геометрію за рахунок припрацювання контактуючих тіл, а це може призвести до низки негативних наслідків через неузгодженість форм профілів коліс та рейок. Мета роботи - дослідження впливу зміни початкової форми профілів коліс та рейок в процесі зносу на їхній пружно-деформований стан для колісних пар, що рухаються по коліях 1520 мм та 1435 мм без заміни візків рухомого складу. При дослідженні форм профілів зношених коліс та рейок застосовувалися методи математичного та комп'ютерного моделювання. В якості методу дослідження пружно-деформованого стану контактної пари "колесо-рейка" застосовувався метод скінченних елементів, який дозволяє аналізувати різні інженерні конструкції зі складною геометрією і дає можливість проводити моделювання фізичних процесів в тривимірному просторі. В роботі виконано дослідження взаємодії зношених коліс та рейок з початковими профілями, що застосовуються на просторі колій 1520 мм та 1435 мм. Отримано розподіл контактних напружень по зонах профілю колеса та рейки для теоретично можливих в експлуатації варіантів контактних пар "колесо-рейка" при залізничному сполученні України та країн ЄС. Аналіз отриманих результатів дозволив провести оцінку умов взаємодії рухомого складу та рейкової колії при залізничному сполученні України з країнами ЄС без зміни колісних пар. За результатами досліджень впливу зміни форми профілів коліс на пружно-деформований стан було запропоновано рекомендації щодо доцільності застосування існуючих профілів та намічено шляхи вдосконалення геометрії ободів колісних пар, що рухаються по коліях 1520 мм та 1435 мм без заміни візків рухомого складу.