Согласно статистическим данным, поездная нагрузка (по пропуску тоннажа), выдерживаемая рельсом в течение срока его службы до снятия с пути, варьируется от 100 млн до 2,5 млрд т брутто [6]. Причинами аварий и такого широкого диапазона (25-кратный) в ресурсе рельсов, как правило, является неудовлетворительная динамика системы «подвижной состав-пути».
Анализ показывает, что максимальные величины динамических добавок давления колеса на рельс, возникающие при движении подвижного состава, создаются на 90-99 % за счет неровностей в пути, за счет групповых неровностей на колесе — 1-4 %, от изолированных неровностей на колесе — 0,2-1,5 % [2-5]. Волнообразный износ на отдельных участках поражает до 10-30 % рельсов от общей протяженности рельсовых путей. По своей форме волнообразный износ разделяют на два характерных вида: короткие волны от 0,03 до 0,08 м, отличающиеся наличием светлых горбов в чередовании с темными впадинами (рифли), и с волнами длиной от 0,2 до 2 м. Многочисленными измерениями, приведенными во ВНИИЖТе [4], установлено, что наибольшее количество неровностей имеет длину до 1,2 м, а уклон - от 0,3 до 13 0/00. Кроме неровностей, на работу системы «колесо-рельс» в разной степени оказывают влияние более 60 факторов. Для практических целей исследования взаимодействия колесной пары и верхнего строения пути, как показывает анализ работ [1-6], достаточно учета двух видов непрерывных отступлений: динамических и геометрических (волнообразный износ) неровностей пути.
В ОмГУПСе разработан и изготовлен путеизмерительный комплекс, предназначенный для одновременной регистрации с повышенной точностью восьми геометрических параметров рельсовой колеи: волнообразный износ и горизонтальные неровности обеих рельсовых нитей, ширина колеи, возвышение по уровню, межшпальное расстояние и зазор между шпалой и подошвой рельса, и боковой износ головки рельса. По результатам измерений рельсовой колеи выполнен статистический анализ и определены законы распределения амплитуд всех видов геометрических неровностей. Установлено, что амплитуды волнообразного износа имеют логнормальный закон распределения, который формируется при действии большого числа взаимно независимых факторов [3, 6]. При этом случайный прирост пропорционален уже достигнутому к этому моменту значению амплитуды волны (т.е. интенсивность образования неровностей нарастает с увеличением их амплитуд). Все остальные виды неровностей имеют нормальный закон распределения амплитуд.