Обеспечение стабильного коэффициента сцепления в условиях неблагоприятных факторов окружающей среды остается критической проблемой эксплуатации железнодорожного транспорта, поскольку традиционные абразивные материалы вызывают повышенный износ трущихся поверхностей. Целью исследования является теоретическое и экспериментальное обоснование применения природного слоистого минерала, подвергнутого специальной обработке, для оптимизации фрикционного взаимодействия и снижения интенсивности изнашивания рельсовой стали. В работе использованы методы математического моделирования фрикционных процессов, стендовые испытания на машине трения с моделированием контактных нагрузок. Изучено влияние различных фракций минерального наполнителя, прошедшего механическую и термическую активацию, на трибологические показатели в сравнении с традиционным кварцевым материалом. Установлено, что механизм фрикционного взаимодействия кардинально отличается от абразивного микрорезания и базируется на формировании защитной пленки за счет пластического выдавливания и адгезии чешуйчатых частиц. Определено, что использование оптимальной мелкодисперсной фракции обеспечивает минимальную площадь пятна контакта и стабильное сохранение сцепления в условиях увлажнения благодаря гидрофобным свойствам дегидратированного минерала. Показано, что укрупнение частиц приводит к нежелательному переходу в режим абразивного изнашивания, нивелирующему преимущества слоистой структуры. Сделан вывод о высокой эффективности разработанного импортозамещающего модификатора, позволяющего продлить ресурс элементов инфраструктуры и подвижного состава при сохранении тяговых свойств локомотивов.
Ensuring a stable coefficient of adhesion in the face of adverse environmental factors remains a critical problem in the operation of railway transport, since traditional abrasive materials cause increased wear on rubbing surfaces. The aim of the study is to theoretically and experimentally substantiate the use of a natural layered mineral subjected to special treatment to optimize frictional interaction and reduce the wear rate of rail steel. The paper uses methods of mathematical modeling of friction processes, bench tests on a friction machine with modeling of contact loads. The effect of various fractions of mineral filler that have undergone mechanical and thermal activation on tribological parameters in comparison with traditional quartz material has been studied. It is established that the mechanism of frictional interaction is fundamentally different from abrasive micro-cutting and is based on the formation of a protective film due to plastic extrusion and adhesion of scaly particles. It is determined that the use of an optimal fine-dispersed fraction ensures a minimum contact spot area and stable adhesion under humid conditions due to the hydrophobic properties of the dehydrated mineral. It is shown that particle enlargement leads to an undesirable transition to the mode of abrasive wear, which negates the advantages of the layered structure. The conclusion is made about the high efficiency of the developed import-substituting modifier, which makes it possible to extend the life of infrastructure elements and rolling stock while maintaining the traction properties of locomotives.
1. Майба И. А. Повышение эксплуатационной эффективности фрикционных систем железнодорожного подвижного состава : монография. Москва: Маршрут, 2005. 216 с. ISBN: 5-89035-203-2. EDN: SUOLER.
2. Самме Г. В. Фрикционное взаимодействие колёсных пар локомотива с рельсами: монография. Москва: Маршрут, 2005. 80 с. ISBN: 5-89035-221-0. EDN: RYRPHJ.
3. Поморцев В. А., Орленко А. И., Лыткина Е. М. Оценка сдерживающих эксплуатационных факторов при развитии тяжеловесного движения на Восточном полигоне // Вестник транспорта Поволжья. 2022. № 1 (91). С. 60-65. EDN: JMADQS.
4. Чистова Н. Г., Поморцев В. А. Эффективность минеральных присадок в смазочных композициях для трибосопряжения «колесо-рельс» // Вестник машиностроения. 2026. Т. 105. № 3. С. 248-253. DOI: 10.36652/0042-4633-2026-105-3-248-253. EDN: GNZSIB.
5. Поморцев В. А., Чистова Н. Г. Теоретико-аналитическое исследование снижения износа в системе «колесо-рельс» при использовании новых типов смазок на основе минеральных веществ // Инновационные технологии на железнодорожном транспорте : Труды XXIX Всероссийской научно-практической конференции. Красноярск. 2025. С. 213-217. EDN: KDGOAY.
6. 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.
7. Патент РФ № 2721993 C1. Устройство активации трения и активатор повышенного трения: № 2019117405 : заявл. 04.06.2019: опубл. 25.05.2020, бюл. № 15 / Валинский О. С., Выщепан А. Л., Лубягов А. М., Майба И. А.; патентообладатели Валинский О. С., Выщепан А. Л., Лубягов А. М., Майба И. А.
8. Чистова Н. Г., Худов Д. А., Поморцев В. А. Получение смазочной композиции с улучшенными свойствами // Трансформация транспорта и образования: Труды Всероссийской научно-практической конференции. Красноярск. 2024. С. 474-479. EDN: QHUCAY.
9. Захаров С. М., Горячева И. Г., Краснов А. П., Юдин А. С., Морозов А. В., Марков Д. П., Наумкин А. В., Овечкин А. В. Трибологические исследования для разработки модификаторов трения в системе «колесо – рельс» // Трение и износ. 2015. Т. 36. № 6. С. 611-620. EDN: VINNPT.
10. Горячева И. Г., Захаров С. М., Краснов А. П., Юдин А. С., Торская Е. В., Марков Д. П., Жаров И. А. Оценка условий работы и требуемых свойств модификаторов трения для поверхности катания системы «колесо-рельс» // Трение и износ. 2013. Т. 34. № 6. С. 547-554.
11. Chen H. Review of various influencing factors and improvement measures on wheel-rail adhesion // Wear. 2024. P. 205283. DOI: 10.1016/j.wear.2024.205283. EDN: QRBGPW.
12. Bosso N., Gugliotta A., Soma A. Wheel-rail adhesion: A review // Procedia Structural Integrity. 2019. Vol. 24. P. 680-691.
13. Bosso N., Gugliotta A., Magelli M., Oresta I. F., Zampieri N. Study of wheel-rail adhesion during braking maneuvers // Procedia Structural Integrity. 2019. Vol. 24. P. 680-691. DOI: 10.1016/j.prostr.2020.02.060.
14. Kölker M., Schindler C., Reich A. Analysis of the Influence of the Sanding Output Rate on the Coefficient of Friction // EuroBrake 2019. EB2019-FBR-025.
15. Maramizonouz S., Nadimi S., Skipper W. A. et al. Numerical modelling of particle entrainment in the wheel–rail interface // Computational Particle Mechanics. 2023. Vol. 10. № 6. P. 2009-2019. DOI: 10.1007/s40571-023-00603-z. EDN: WZUCPY.
16. Лужнов Ю. М. Сцепление колёс с рельсами (природа, закономерности, механизм реализации). Москва: Интекст, 2003. 144 с. ISBN: 5-89277-044-3.
17. Arias-Cuevas O., Li Z., Lewis R. Investigating the Lubricity and Electrical Insulation Caused by Sanding in Dry Wheel–Rail Contacts // Tribology Letters. 2010. Vol. 37. P. 623–635. DOI: 10.1007/s11249-009-9560-1.
18. Maramizonouz S., Nadimi S., Lewis R. CFD-DEM modelling of particle entrainment in wheel–rail interface: a parametric study on train characteristics // Acta Mechanica. 2024. DOI: 10.1007/s00707-024-04032-8. EDN: HDRSYC.
19. Sosnov I. I., Osenin Y. Y., Osenin Y. I. et al. Improvement of Adhesion of the Wheels of the Railway Carriage to the Rails by Means of Supply of the Scale and Magnetite Particles to the Contact Zone // Journal of Friction and Wear. 2018. Vol. 39. № 4. P. 330-334. DOI: 10.3103/S1068366618040165. EDN: YCAVZB.
20. Состояние рельсов и условия сцепления в системе колесо – рельс // Железные дороги мира. 2012. № 9. С. 67-70. EDN: PBRPWT.
21. Очилов С. У., Алланиязов Д. О., Каландарова Ф. К., Аймуратов Д. А., Аймуратова Н. К. Физико-химические свойства и минералогическая характеристика вермикулита тебинбулакского месторождения // Universum: технические науки. 2025. № 12 (141). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/fiziko-himicheskie-svoystva-i-mineralogicheskaya-harakteristika-vermikulita-tebinbulakskogo-mestorozhdeniya (дата обращения: 20.06.2026).
22. Marcos C., Reynes Ja. F., Álvarez-Lloret P. Mechanochemical Treatments of Commercial Vermiculites // Minerals. 2025. Vol. 15. № 4. P. 383. DOI: 10.3390/min15040383. EDN: HHNJIQ.
23. Севергина Е. С., Гордина Н. Е. Влияние механохимической активации на структуру и свойства поверхности вермикулита // Российский химический журнал. 2024. Т. 68. № 3. С. 47-53. DOI: 10.6060/rcj.2024683.8.
24. Леонтьев Л. Б., Леонтьев А. Л., Шапкин Н. П., Молоков К. А., Друзь И. Б. Методология проектирования износостойких органо-неорганических материалов для повышения долговечности трибосопряжения «коленчатый вал – покрытие – вкладыш подшипника» судового среднеоборотного дизеля // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. 2025. № 2 (63). С. 63-74. DOI: 10.24866/2227-6858/2025-2/63-74. EDN: UMKAUV.
25. Правила тяговых расчётов для поездной работы: утверждены распоряжением ОАО «РЖД» от 12.05.2016 № 867 р. Москва: ОАО «РЖД», 2016. 515 с.