Розглянуто проблему диференціації нормативних допусків щодо ширини рейкової колії залежно від максимальних встановлених швидкостей руху поїздів і наявності відступів від норм утримання рейкової колії. Увагу приділено забезпеченню комфортабельності їзди пасажирів та наближенню вітчизняних норм до світових стандартів. Наведено практичні пропозиції для розв'язання даної проблеми.

Розглянуто проблему встановлення необхідної ширини колії та нормативних допусків по ній в кривих ділянках залежно від максимальних швидкостей руху поїздів. Особливу увагу приділено забезпеченню оптимального вписування екіпажів в криві. Надано практичні пропозиції для вирішення даної проблеми.

Визначено об'ємний напружено-деформований стан (НДС) головки рейки залізничної колії за взаємодії із колесами рухомого складу, проаналізовано різні форми контактної взаємодії, одержано дані, необхідні для розрахунку довговічності рейок залізничної колії. В основі розрахунку об'ємного НДС лежить метод скінченних елементів. Виконано розрахунок об'ємного НДС головки рейки залізничної колії за взаємодії із колесами рухомого складу для різних випадків геометрії контактуючих поверхонь. Надано результати розрахунку, як у графічній, так і у табличній формах. Виконано порівняння різних варіантів умов контакту. Одержані результати проаналізовано та зроблено висновки щодо оптимальності умов контактної взаємодії. Одержані результати розрахунку показали, що за критерієм мінімізації контактних напружень у рейках типу Р50 для умов контакту, характерних для прямої ділянки колії, використання колеса рухомого складу з профілем за кресленням ЗАТ "МІНЕТЕК" не є найбільш раціональним рішенням. Найбільш раціональним у цьому випадку, серед розглянутих, є укладка рейок у колію з ухилом 1:20 та використання колеса з профілем поверхні кочення конусністю 1:10. Одержано результати аналізу контактної взаємодії головки рейки залізничної колії із колесом рухомого складу в тривимірній пружній постановці для різних умов контактної взаємодії. Ці дані можуть бути використані для оптимізації умов контактної взаємодії та наукового обурунтування причин появи дефектів контактно-втомного походження в головках рейок залізничної колії. Запропоновану модель можна ускладнювати, враховуючи в розрахунках залишкові напруження в рейках, зміцнення поверхневого шару, наявність початкових дефектів у результаті недосконалості процесу виготовлення тощо.

Вивчено та оцінено залишковий ресурс для дефектних нетермозміцнених рейок типу Р50, що експлуатуються на коліях Київського метрополітену і вилучаються з експлуатації через наявність дефектів типу 11.1-2 на боковій викружці поверхні кочення голівки рейки. Дослідження виконані з застосуванням експериментальних методів: випробування зразків дефектних рейок на циклічну витривалість на пульсаційній машині та випробування зразків дефектних рейок на статичне граничне навантаження на гідравлічному вертикальному пресі. Проведені експерименти свідчать про те, що на базі випробувань у 2 млн. циклів відбувається лише незначний розвиток (збільшення розмірів) на 0,5 - 0,7 мм наявних дефектів коду 11.2 у результаті осипання часток викришеного металу на боковій робочій викружці головки дослідних зразків рейок; інтенсивного, тим більше катастрофічного, розвитку дефектів типу 11.2, або перетворення цих дефектів у дефекти типу 21.2 або 30Г.2 не відбулося в жодному випадку. Вперше в Україні теоретичними розрахунками обгрунтовано велику вірогідність утворення дефектів контактно-втомного походження у вигляді викришування та вищерблювання металу на поверхні кочення рейки, біля краю головки. Це відбувається у результаті створення високого ступеня напруженого нерівноважного стиску в цій зоні, за рахунок високих значень головних нормальних напружень - появи великих дотичних напружень у тілі головки на глибині 2,5 - 3,5 мм, які перевищують межу плинності й витривалості металу. Проведені стендові експериментальні випробування дослідних зразків дефектних рейок на багатоциклову витривалість (на базі № = 2,1 x 10 циклів) із періодичним дефектоскопним контролем. У результаті експериментів одержано нові дані про спроможність опору рейок із дефектами викришування на поверхні кочення голівки за кодом 11.1-2 довготривалим циклічним навантаженням величиною, рівною експлуатаційному колісному навантаженню на базі випробувань у 2 млн циклів. Тобто, дефектні рейки можуть мати залишковий ресурс не менше 30 млн. т. брутто.

Представлено результати статистичної обробки даних по виходу рейок в дефектні для ліній Київського метрополітену. Проведено регресійний аналіз з використанням методу найменших квадратів та встановлено залежності між кількістю дефектів та пропущеним тоннажем. Виконане дослідження доводить можливість підвищення нормативних термінів служби рейок на лініях метрополітену.

Обгрунтовано та практично вирішено проблеми підвищення експлуатаційного ресурсу рейок Київського метрополітену шляхом додаткового використання залишкового ресурсу рейок з дефектами контактно-втомного походження на поверхні кочення голівки. Методами математичної статистики встановлено графо-аналітичну залежність вилучення рейок з експлуатації за причиною появи контактно-втомних дефектів виду 11.2 - 11.1 на поверхні кочення головки рейок від пропущеного тоннажу. Результати статистичних досліджень вилучених з експлуатації дефектних рейок в залежності від пропущеного тоннажу дозволили спрогнозувати терміни служби рейок за дефектності. Теоретичними розрахунками з використанням різних розрахункових методик, в тому числі методу скінченних елементів, визначено напружено-деформований стан рейок типу Р50 в зоні контактної взаємодії колеса та рейки на поверхні кочення головки за експлуатаційних умов Київського метрополітену. Проведено стендові експериментальні випробування дослідних зразків дефектних рейок, вилучених з експлуатації, на багатоциклову витривалість з метою визначення їх залишкового ресурсу, а також випробування на злам за дії граничного вертикального навантаження. Результати виконаних стендових лабораторних випробувань дослідних зразків дефектних рейок з дефектами контактно-втомного походження, які вилучені з експлуатації згідно з чинними нормативами, дозволили визначити залишковий ресурс для дефектних рейок типу Р50 за умов експлуатації метрополітену. На основі виконаних досліджень розроблено нові нормативні терміни служби рейок типів Р50 і Р65 для різних категорій колій за умов Київського метрополітену; нові норми збільшено відносно існуючих відповідно на 33,3 % для Р50 і 16,7 % для Р65.

Аналіз співвідношення розмірів ширини рейкової колії і існуючих допусків на уширення з величинами максимальних зазорів між гребенями коліс і рейками показує, що на коліях, які експлуатуються Укрзалізницею під час руху поїздів мають місце неприпустимо великі поперечні переміщення колісних пар в колії. З метою виправлення вказаних недоліків для залізничних колій прискореного і швидкісного руху поїздів запропоновано нові удосконалені нормативи утримання ширини колії і відступів за шириною для прямих і кривих ділянок.