Вплив гальмівних колодок на утворення дефектів поверхні кочення коліс залізничного транспорту і рейок

В. Л. Мазур; К. А. Сіренко

doi:10.15407/mom2025.03.022

Автор(и)

В. Л. Мазур Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0001-8970-5389
К. А. Сіренко Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0003-2613-8094

DOI:

https://doi.org/10.15407/mom2025.03.022

Ключові слова:

залізничний транспорт, гальмівні колодки, дефекти поверхні, чавун, композиційна гумосуміш, економіка застосування

Анотація

Розглянуто результати досліджень причин, механізму і наслідків утворення дефектів на поверхні кочення коліс залізничного рухомого складу і залізничних рейок під впливом гальмівних колодок. Акцентовано увагу, що в Україні під назвою «композиційні гальмівні колодки» застосовують колодки із композиційної (композитної) гумосуміші на основі гуми (каучуку). Показано, що гальмівні колодки із композиційної гумосуміші більшою мірою сприяють утворенню дефектів на поверхні кочення коліс залізничного транспорту, ніж чавунні колодки. Основною причиною зазначеного є порівняно низька теплопровідність гумосуміші композиційних колодок. Оснащення колодок із гумосуміші чавунними вставками або чавунним каркасом кардинально не позбавляє їх від небезпечного недоліку, а саме недостатнього відводу тепла із зони контакту колодки з поверхнею кочення колеса і від утворення дефектів на цій поверхні. Дефекти на поверхні коліс призводить до необхідності їх вартісного ремонту, переточування і передчасного виходу з експлуатації. Розглянуто перетворення мікроструктури поверхневого шару коліс у місцях дефектів, утворених під впливом циклічно змінної високої температури, яка виникає у зоні контакту колодки з колесом при гальмуванні рухомих засобів. Акцентовано увагу, що дефектні утворення на поверхні коліс, контактуючи із залізничними рейками, пошкоджують їх поверхню. Все зазначене призводить до зниження ефективності техніко-економічної діяльності залізниці загалом. Рекомендовано при визначенні доцільності застосування на залізниці гальмівних композиційних колодок, виготовлених із гумосуміші, враховувати також негативний ефект щодо утворення дефектів не тільки на поверхні кочення коліс рухомих засобів, а й на поверхні залізничних рейок, як пари «колодка–колесо» і «колесо–рейка».

Посилання

Neizhko, I. G., Naidek, V. L., & Gavrilyuk, V. P. (2009). Railway transport brake pads. Kyiv: National Academy of Sciences of Ukraine, Institute of Physics and Technology of Metals and Alloys. [in Russian]

Neizhko, I. G. (1992). Heat treatment of cast iron. Kyiv: Naukova Dumka. [in Russian]

Mazur, V. L., Naidek, V. L., & Popov, E. S. (2021). Comparison of cast iron and composite brake shoes with cast iron inserts for railway rolling stock. Metal and Casting of Ukraine, 29(2 (325)), 80–89. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/steelcast2021.02.080

Popov, E. S., & Shinsky, O. I. (2021). Analysis of quality indicators of brake pads and composite pads for railway rolling stock. Casting and Metallurgy, 1, 27–37. [in Russian]. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2021-1-27-37

Sirenko, K. A., & Mazur, V. L. (2024). Analysis of quality indicators of brake pads made of cast iron and multi-component composite materials. Metal and Casting of Ukraine, 32(1 (336)), 40–49. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/steelcast2024.01.005

Mazur, V. L., & Sirenko, K. A. (2022). Economic and environmental aspects of using cast iron or composite brake shoes for rail transport. Casting Processes, 3(149), 54–62. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/plit2022.03.054

Mazur, V. L., & Sirenko, K. A. (2023). Mechanism of friction of cast iron and composite brake pads on the surface of railway wheels. Scientific and Technical Journal Metallurgy and Metal Processing, 29(1 (105)), 18–33. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/mom2023.01.018

Sirenko, K. A., & Mazur, V. L. (2024). Selection of cast iron for inserts in the friction element of brake pads for rolling stock. Metal and Casting of Ukraine, 32(3–4), 49–57. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/steelcast2024.03-04.006

Mazur, V. L., & Sirenko, K. A. (2023). Problematic issues of standardisation of foundry products (based on the example of standardisation of railway brake pads). Metal and Casting of Ukraine, 31(3 (334)), 39–48. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/steelcast2023.03.039

Sirenko, K. A., & Mazur, V. L. (2024). Analysis of the influence of brake pad material on the formation of defects on the rolling surface of railway wheels. Metal and Casting of Ukraine, 32(2 (337)), 64–70. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/steelcast2024.02.008

Sirenko, K. A., & Mazur, V. L. (2024). Assessment of the thermal conductivity of grey cast iron castings with lamellar graphite. Casting Processes, 2(156), 56–64. [in Ukrainian]

Yamshynskyi, M. M., Nazarenko, V. S., & Kravchenko, K. O. (2015). Analysis of brake pads and ways to evaluate their promising designs. Bulletin of the Volodymyr Dahl East Ukrainian National University, 1(218), 204–209. [in Ukrainian]

Muradyan, L. A., Shaposhnik, V. Yu., & Shikunov, O. A. (2021). Malfunctions of braking equipment and defects of wheel sets of freight cars. Bulletin of Railway Transport Certification, 3, 5–16. [in Ukrainian]

Ravlyuk, V. G. (2016). Analysis of negative consequences resulting from inappropriate interaction between brake pads and wheel pairs of freight wagons. Bulletin of the National Technical University “KhPI”. Series: Mechanical and Technological Systems and Complexes, 49(1221), 119–123. [in Ukrainian]

Martynov, I. E., & Nechvoloda, K. S. (2013). Analysis of factors affecting the efficiency of automatic brakes on freight cars. Collection of Scientific Papers of the Ukrainian State Academy of Transport, 139, 230–235. [in Ukrainian]

Lovska, A., & Ravlyuk, V. (2022). Identification of the causes of surface defects in the wheels of railway cars equipped with composite brake shoes. Collection of Scientific Papers of the State University of Infrastructure and Technologies: Series “Transport Systems and Technologies”, 40, 102–120. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.32703/2617-9040-2022-40-9

Lovska, A., Ravlyuk, V., & Rybin, A. (2022). Analysis of the causes of damage to the wheels of freight wagons equipped with composite brake pads. Innovative Technologies for the Development of Mechanical Engineering and the Effective Functioning of Transport Systems: Proceedings of the III International Scientific and Technical Internet Conference (pp. 208–209). Rivne: NUVGP. [in Ukrainian]

Solod, E. V., & Muradyan, L. A. (2023). Analysis of damage to freight cars owned by Ferrotrans. Materials of the 82nd International Scientific and Practical Conference “Problems and Prospects for the Development of Railway Transport” (pp. 325–326). Dnipro. [in Ukrainian]

Muradyan, L. A. (2020). Development of scientific foundations for ensuring the reliability of freight cars at different stages of their life cycle [Doctoral dissertation abstract]. Dnipro National University of Railway Transport named after Academician V. Lazarian. [in Ukrainian]

Uzlov, I. G., Uzlov, K. I., Knysh, A. V., Khulin, A. M., Dementieva, Zh. A., Myamlin, S. V., Bruyakin, V. K., & Muradyan, L. A. (2011). Comparative analysis of the causes of defects on the rolling surface of carbon and high-hardness microalloyed solid-rolled wheels. Fundamental and Applied Problems of Ferrous Metallurgy, 3–12. [in Ukrainian]

Babachenko, O. I., Kononenko, G. A., Podolsky, R. V., Safronova, O. A., & Shpak, O. A. (2024). Investigation of the relationship between microstructure and operational defects of wheels and rails. Fundamental and Applied Problems of Ferrous Metallurgy, 38, 517–541. [in Ukrainian]

Muradyan, L. A., Shaposhnik, V. Yu., & Vinokurova, S. V. (2015). Ways of development, trends and prospects for further improvement of brake pads for railway rolling stock. Rolling Stock, 5–6(98–99), 32–34. [in Russian]

Vakulenko, I. O., Perkov, O. M., Anofriev, V. G., & Krot, V. S. (2008). Analysis of the causes of defects on the rolling surface of railway wheels. Bulletin of the Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazarian, 21, 269–271. [in Ukrainian]. https://stp.ust.edu.ua/article/view/15832/14978

Gryshchenko, M. A. (2008). Investigation of the causes of metal pitting on the rolling surface of railway wheels. Bulletin of the Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazarian, 23, 178–182. [in Ukrainian]

Mazur, V. L., & Sirenko, K. A. (2022). Analysis of trends in the production of synthetic cast iron castings (based on a comparison of brake pads for railway rolling stock made from different materials). Theory and Practice of Metallurgy, 3(134), 5–14. [in Ukrainian]. https://nmetau.edu.ua/file/zh_03_2022_site.pdf

Babachenko, A. I., Kononenko, A. A., Dementieva, Zh. A., et al. (2010). Investigation of the causes of defects on the running surface of high-strength wheels during operation. Railway Transport of Ukraine, 5, 35–38. [in Russian]

Shafran, L. M., Mazur, V. L., Bolshoy, D. V., Pykhteeva, O. G., Tretyakova, O. V., Potapov, E. A., Tretyakov, O. M., & Mikhalkova, S. G. (2022). Toxicological, hygienic and environmental aspects of the safety of railway rolling stock braking systems. Part 1: Migration of harmful substances into the environment. Current Issues in Transport Medicine, 1(67), 7–18. [in Ukrainian]

Saffron, L. M., Mazur, V. L., Bolshoy, D. V., Pykhteeva, O. G., Tretyakova, O. V., Potapov, E. A., Tretyakov, O. M., & Pykhteev, D. M. (2022). Toxicological, hygienic and environmental aspects of the safety of braking systems of rolling stock in railway transport. Part 2: Environmental pollution with heavy metals and asbestos. Current Issues in Transport Medicine, 2(68), 15–26. [in Ukrainian]

Ravlyuk, V. G., & Ravlyuk, M. G. (2018). Environmental damage caused by the use of composite brake pads in railway carriages. In Problems of Energy Conservation in Industrial Regions: Abstracts of the IV All-Ukrainian Scientific and Practical Conference (pp. 112–113). Mariupol: DVNZ “PDTU”. [in Ukrainian]

Cantone, L., & Ottati, A. (2018). Modelling of friction coefficient for shoes type LL by means of polynomial fitting. The Open Transportation Journal, 12, 114–127. [in English]