Сибирский государственный индустриальный университет, Новокузнецк, Россия

А. А. Уманский, директор Института металлургии и материаловедения, докт. техн. наук, доцент, эл. почта: umanskii@bk.ru

АО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат», Новокузнецк, Россия
Р. Н. Молоканов, директор сегмента «Рельсы», эл. почта: Roman.Molokanov@evraz.com
В. В. Дорофеев, главный калибровщик рельсобалочного цеха, докт. техн. наук, эл. почта: vladimir.dorofeev@evraz.com

Разработан новый рельсовый профиль Р71, обеспечивающий повышение срока службы железнодорожных рельсов за счет создания необходимого запаса металла в процессе шлифования уложенных в пути рельсов при увеличении высоты головки профиля. Для рельсов нового типа обоснован оптимальный диапазон высоты головки и общей высоты рельса, позволяющий минимизировать деформации при движении железнодорожных составов по рельсам и обеспечить устойчивость железнодорожной колеи при воздействии продольных температурных сжимающих напряжений. С целью обоснования эффективности применения разработанных рельсов типа Р71 проведено моделирование напряженно-деформированного состояния в элементах пути при укладке рельсов Р71 и стандартных рельсов Р65. По результатам математического моделирования, выполненного с использованием метода конечных элементов в программном комплексе ANSYS, определено, что применение рельсов нового типа позволяет значительно снизить напряжения в таких элементах рельсового пути, как подошва рельса, шпалы, балластный слой, а также на основной площадке земляного полотна. При этом замена рельсов Р65 на Р71 приводит к одновременному увеличению жесткости подрельсовых прокладок от 100 до 300 МН/м и уменьшению уровня напряжений в зоне подошвы рельса на 19 % при незначительном росте напряжений в подрельсовой зоне. Полученные результаты свидетельствует об эффективности использования рельсов типа Р71 вместо Р65, так как при их применении формируется более благоприятная схема напряженно-деформированного состояния рельсов в процессе эксплуатации, снижается вероятность образования и развития дефектов, приводящих к преждевременному или аварийному выходу рельсов из строя.

1. Козырев Н. А., Уманский А. А., Бойков Д. В. Разработка технологии внепечной обработки рельсовой электростали, обеспечивающей повышение эксплуатационной стойкости рельсов // Черные металлы. 2015. № 4. С. 29–33.
2. Волков К. В., Кузнецов Е. П., Бойков Д. В., Сапаев Н. М., Захарова Т. П. Освоение производства рельсовой стали на модернизированной МНЛЗ № 1 ЭСПЦ ОАО ЕВРАЗ ЗСМК // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2014. № 6 (1374). С. 25–30.
3. Дорофеев В. В., Юнин Г. Н., Головатенко А. В., Добрянский А. В., Фастыковский А. Р. Усовершенствование технологии прокатки рельсов в универсальных клетях на современных рельсопрокатных станах // Технология металлов. 2021. № 10. С. 50–56.
4. Сметанин С. В., Юрьев А. Б., Дорофеев В. В., Перетятько В. Н., Добрянский А. В. Разработка прогрессивных калибровок остряковых и усовиковых рельсов на универсальном рельсобалочном стане // Металлург. 2019. № 6. С. 35–39.
5. Уманский А. А., Головатенко А. В., Кадыков В. Н. Совершенствование режимов прокатки железнодорожных рельсов в обжимных клетях универсального рельсобалочного стана // Черные металлы. 2016. № 11. С. 16–21.
6. Полевой Е. В., Юнин Г. Н., Темлянцев М. В. Разработка и промышленное освоение технологии дифференцированной термической обработки железнодорожных рельсов с использованием тепла прокатного нагрева // Известия вузов. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 10. С. 704–714.
7. Добужская А. Б., Галицын Г. А., Юнин Г. Н., Полевой Е. В., Юнусов А. М. Исследование влияния химического состава, микроструктуры и механических свойств на износостойкость рельсовой стали // Сталь. 2020. № 12. С. 52–55.
8. Юрьев А. Б., Юнин Г. Н., Головатенко А. В., Дорофеев В. В., Полевой Е. В. Разработка и внедрение первой в России технологии производства дифференцированно-термоупрочненных рельсов с использованием тепла прокатного нагрева // Сталь. 2016. № 11. С. 33–35.
9. Абдурашитов А. Ю., Захаров С. М. Разработка нового профиля (типа) рельса // Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство. 2019. Т. 15. № 15. С. 22–27.
10. Ефанов Д. В., Плотников Д. Г., Грачев А. А., Семенов А. А. и др. Влияние изменения профиля рельса на его напряженно-деформированное состояние // Транспорт Российской Федерации. 2021. № 5-6 (96-97). С. 52–58.
11. Галлямов Д. И., Овчинников Д. В. Изменение параметров пятна контакта системы «колесо-рельс» в процессе совершенствования профиля рельса // Наука и образование транспорту. 2021. № 2. С. 212–217.
12. Оден Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред. — М. : Мир, 2006. — 464 с.
13. Зенкевич О. К. Метод конечных элементов в технике. — М. : Мир, 1975. — 543 с.
14. Kobayashi S., Oh S-I., Altan Т. Metal forming and the Finite-Element Method. — Oxford : Oxford University Press, 1989. — 333 p.
15. Пат. 122095 РФ. Рельс / А. Ю. Абдурашитов, А. И. Борц, Е. А. Шур и др. ; заявл. 26.06.2012 ; опубл. 20.11.2012, Бюл. № 32.
16. Абдурашитов А. Ю. Рельс с улучшенным профилем // Путь и путевое хозяйство. 2011. № 2. С. 5–10.
17. ГОСТ Р 51685–2013. Рельсы железнодорожные. Общие технические условия. — Введ. 01.07.2014.