Коротко и по делу — какие микрофизические процессы дают рост сопротивления/торможения при влажном снеге и как это уменьшить.
Микрофизика (основные механизмы)
- Капиллярные мостики и адгезия. Влага между снежинками и между колесом и рельсом образует мениски; капиллярные силы притягивают поверхности и увеличивают касательное сопротивление. Приблизительная сила одного мениска: $F_c\approx 2\pi R\gamma \cos \theta$, где $\gamma$ — поверхностное натяжение воды ($\approx 0.072N/m$), $R$ — радиус мениска/асперы (микрометры–10\(^\!-5\)–10\(^\!-4\) м). Суммарная капиллярная сила растёт с числом контактов и может стать заметной на макроуровне: $F_{\text{tot}}\approx N{F}_c$.
- Компактирование и механическая «зацепка». При сжатии снежная каша уплотняется, частицы застревают в неровностях рельса/колеса, создаётся механическое сцепление и рост реальной площади контакта → увеличение трения.
- Слюжевая вязкость и пластическое сопротивление. Влажная снежная смесь ведёт себя как вязко-пластичная среда (имеет вязкость/предел текучести): для сдвига действует касательное напряжение $\tau \sim \eta \dot{\gamma }$ или, при наличии предела, $\tau \ge {\tau }_y$. Это даёт дополнительное сопротивление качению/скольжению.
- Замерзание и спайка. При понижении температуры вода в контакте может замерзнуть, «припаивая» снежную корку к металлу (снятие этой «спайки» требует больших усилий).
- Абразивное и фрикционное изменение профиля. Частицы снега/льда могут встраиваться в поверхности, увеличивая шероховатость и износ, что меняет коэффициент трения в сторону увеличения при переходе от скольжения к прокатыванию.
Практические меры снижения риска аварий
- Управление торможением и приводом:
- Системы антиблокировки/антипробуксовки (WSP/Wheel Slide Protection) — активная модуляция тормозного момента, чтобы избежать резкого блокирования и неблагоприятных последствий.
- Адаптация тормозных кривых и снижение скоростей в снежно-влажных участках.
- Механическое удаление и защита путей:
- Снежные плуги, скребки и щётки на локомотивах; продувка воздухом на станциях и стрелках.
- Подогрев рельсов/стрелок (электрообогреватели, газовые горелки) и обогрев критических узлов.
- Химическая и поверхностная обработка:
- Десальтеры/деайсеры (специальные составы) и контролируемое применение солей/антиобледенителей в чувствительных местах (с учётом коррозии).
- Нанопокрытия/гидрофобные обработки рельсоголовки в местах, где нужно снизить прилипание снега (требуют испытаний на износ).
- Инфраструктурные меры:
- Отдельные нагреваемые/очищаемые участки у стрелок и переездов; плановое удаление снега вдоль пути.
- Проектирование профилей колёс и рельсов, уменьшающее захват снега (скошенные элементы, защитные кожухи).
- Оперативные меры и мониторинг:
- Датчики сцепления/контроля состояния рельса, прогнозирование погоды и корректировка расписания.
- Обучение машинистов и регламенты действий при влажном снеге.
- Осторожность с абразивными методами (песок): песок увеличивает сцепление при гололе́де, но при влажном снеге может повысить износ и образование крупного абразива; применять выборочно.
Коротко о приоритетах: главное — избежать непредсказуемого резкого блокирования колёс (WSP + адаптация тормозов), своевременно убирать или предотвращать накопление снежно-ледяной массы на рельсе (механика + обогрев/деайсинг) и мониторить состояние рельса.