Известия Транссиба №2(46), 2021

Изложена методика исследования динамических свойств железнодорожного экипажа при действии на него гармонического параметрического возмущения, обусловленного изменяющейся жесткостью подрельсового основания. Для таких дифференциальных уравнений не существует регулярных методов их решения, более того, их точные решения в настоящее время не известны, поэтому используются приближённые методы. Рассматривается двухстепенная механическая система с гармоническим параметрическим возмущением, описываемая системой обыкновенных однородных дифференциальных уравнений. Один из жёсткостных параметров является функцией времени и изменяется в пределах от 2000 до 3000 Н/м. Для вычисления границ динамической неустойчивости (параметрического резонанса) применяется метод обобщённых определителей Хилла, который не требует введения малых параметров. Определена область взаимодействия параметрически возбуждаемых и вынужденных колебаний.

Целью данной работы является исследование причин возникновения трещин в остовах тяговых двигателей электровозов. Приведен анализ статистики выявления трещин в остовах тяговых электродвигателей НБ-514 на Восточном полигоне, показывающий, что каждый третий остов в эксплуатации имеет трещины. Использован способ математического моделирования на ЭВМ с применением метода конечных элементов. Отмечено, что проведение измерений в зоне возникновения трещин тензометрическим методом практически невозможно из-за геометрии остова. Рассмотрены результаты математического моделирования механических напряжений, возникающих в остове тягового электродвигателя НБ-514 при его неравномерном нагреве до температур, характерных для часового режима работы тягового электродвигателя. Показано, что механические напряжения, возникающие только из-за разности температур окружающего воздуха и обмоток главных и дополнительных полюсов тягового электродвигателя, могут достигать 100 МПа. Предложены варианты изменения конструкции вентиляционных окон остова для уменьшения величины температурных напряжений при неизменной площади вентиляционных отверстий. При коррекции формы вентиляционных окон остова тягового электродвигателя указанные напряжения могут быть снижены до 76 МПа. Сделан вывод о том, что одной из основных причин образования трещин в остовах тяговых электродвигателей являются циклически повторяющиеся температурные напряжения, что особенно важно для электровозов, работающих на горно-перевальных участках в режиме подталкивания. Отмечено, что появление механических напряжений в остове тягового электродвигателя также зависит от вибраций, возникающих от пути и работы зубчатой передачи, а также от переменной части магнитного поля электродвигателя, которые в настоящее время детально не исследованы.

Мероприятия по нормированию расхода дизельного топлива на работу маневровых локомотивов являются неотъемлемой частью эффективности использования тягового подвижного состава. Ввиду наличия проблем при формировании нормы расхода топлива, таких как показатели работы маневрового тепловоза, загрузки и технического состояния дизель-генераторной установки (ДГУ), условий эксплуатации локомотивов, требуется совершенствование существующей методики определения нормы расхода топлива. В статье представлены результаты исследований режимов работы маневровых тепловозов, приведены параметры разброса значений времени работы ДГУ в режиме нагрузки для маневровых тепловозов серий ТЭМ2 и ТЭМ18ДМ. Предложена математическая модель, основанная на базисах моделей машинного обучения, учитывающая степень загрузки ДГУ и технико-экономические характеристики серии тепловоза. Задачей предложенной модели является определение расхода топлива локомотивом итерационным методом расчета, где входными параметрами модели служат показатели работы локомотива. Установлено, что методика формирования нормы расхода топлива на выполнение маневровых работ должна учитывать степень загрузки дизель-генераторной установки и технико-экономические характеристики серии тепловоза. По результатам реализации предложенной модели по установлению удельных норм расхода топлива для исследуемых локомотивов по итогам их эксплуатации получены усредненные показатели удельного расхода топлива локомотивами по позициям контроллера машиниста. Предложенная методика позволяет учесть фактическую степень загрузки ДГУ и установить корректную норму расхода топлива за определенный период работы локомотива, что представляет практическую значимость работы. Представленные результаты исследования являются началом работы по разработке интеллектуальной системы по нормированию расхода дизельного топлива на работу маневровых локомотивов.

Работа относится к применению нового метода бесконтактного RFID-контроля состояния изоляторов для воздушных линий электропередач, включая линии устройства сигнализации, централизации, блокировки и продольного электроснабжения . Значительное количество аварийных ситуаций происходит из-за пробоя изоляторов и несовершенства методов контроля. Предлагается применить бесконтактную систему RFID-контроля изоляторов воздушной линии электропередачи, которая состоит из считывателя с приемопередающим устройством и антенной, стандартных изоляторов с RFID-индикаторами и специального программного обеспечения. В данной статье описаны исследования штыревых изоляторов с закрепленными RFID-индикаторами. Целью исследований являлось влияние климатических факторов на компоненты и сборочные конструкции штыревых изоляторов с RFID-индикаторами и работа системы RFID-контроля в целом. В качестве образцов исследования были выбраны радиочастотная метка, полиэтиленовый колпачок с алюминиевым покрытием с встроенной меткой, штыревой фарфоровый изолятор с RFID-индикатором в сборке. Климатические испытания проводились в испытательном центре технических средств железнодорожного транспорта Уральского государственного университета путей сообщения (ИЦ ТСЖТ УрГУПСа). Имитировались температурные изменения от -60 до +50 °С при влажности воздуха до 93 %. Представлены и проанализированы результаты по адгезионным свойствам и электропроводности токопроводящего покрытия на полиэтиленовой поверхности и устойчивости функционирования RFID-меток. Даны предложения по совершенствованию компонентов и сборочной конструкции. Во-первых, применить на верхушке штыря винтовую резьбу вместо специальной накатки, что снизит механические нагрузки при монтаже конструкции отдельных компонентов и позволит снизить погрешность установочных размеров для улучшения приема-передачи сигналов между считывателем и меткой. Во-вторых, путем пескоструйной обработки поверхности полиэтиленового колпачка можно улучшить адгезию поверхности с токопроводящим покрытием, что увеличит электропроводность конструкции. В итоге проведенной работы доказано, что разработанная система RFID-контроля изоляторов функционирует в заданных ГОСТом климатических условиях, что позволяет рекомендовать ее применение в линиях устройств с напряжением 6 - 10 и 35 кВ.

Проанализированы недостатки используемых в тяговом электроснабжении ступенчатой системы автоматического регулирования напряжения под нагрузкой (АРПН) и системы бесконтактного автоматического регулирования напряжения (БАРН) с реакторным переключающим устройством преобразовательного трансформатора. Рассмотрена схема тиристорно-реакторного переключающего устройства (ТРПУ), подключенного к первичной обмотке трансформатора. Приведено краткое описание работы трансформатора с ТРПУ и порядок расчета симметричных и несимметричных внешних естественных характеристик преобразовательного агрегата с ТРПУ. На основании зависимости энергетических показателей преобразовательного агрегата от сопротивления неуправляемого реактора ТРПУ предложена методика расчета рационального сопротивления неуправляемого реактора, где за критерий рациональности принят коэффициент мощности преобразовательного агрегата. Методика включает в себя два этапа: первый - расчет семейства значений коэффициента мощности преобразовательного агрегата в зависимости от сопротивления неуправляемого реактора и тока нагрузки преобразовательного агрегата; второй - определение среднего по току нагрузки значения коэффициента мощности преобразовательного агрегата для каждого рассматриваемого значения сопротивления неуправляемого реактора ТРПУ и определение рационального для рассматриваемых внешних естественных характеристик агрегата. В соответствии с представленной методикой произведен расчет минимального допустимого и рационального сопротивлений неуправляемого реактора ТРПУ в составе преобразовательного агрегата с преобразовательным трансформатором ТРДП-16000/10. С учетом выбранного рационального значения сопротивления неуправляемого реактора ТРПУ произведен расчет и представлены внешние естественные характеристики преобразовательного агрегата с ТРПУ и преобразовательным трансформатором ТРДП-16000/10. Проверка работоспособности представленной методики расчета для решения задачи выбора рационального сопротивления неуправляемого реактора была проведена на физической модели преобразовательного агрегата c ТРПУ, с 12-пульсовым выпрямительным блоком, с трансформатором мощностью 30 кВ∙А и линейным первичным напряжением 380 В. Сравнение экспериментальных и расчетных значений показало незначительное расхождение, не превышена допустимая погрешность. Определение величины сопротивления неуправляемого реактора на основании разработанной методики обеспечивает получение наибольших значений коэффициента мощности преобразовательного агрегата.

В статье рассмотрены вопросы организации эксплуатации при использовании криогенных технологий для газотепловозов и изотермических вагонов (ИВов). Представлена структура перевозок скоропортящихся грузов (СПГ) по типам подвижного состава и видам грузов и особенности перевозок замороженной рыбы с Дальнего Востока в центральные районы страны. На примере их рассмотрения предложена новая структура типажа изотермического подвижного состава (ИПСа), включая различные типы одиночных ИВов, крупнотоннажные рефрижераторные контейнеры и съемные кузова. Предлагается для перспективных автономных рефрижераторных вагонов (АРВов) использовать блочно-модульный принцип формирования энергохолодильного оборудования. Выполнен обзор перспективных моделей АРВов, разработанных АО «НПК «Уралвагонзавод» и АО «Алтайвагон», готовых к серийному выпуску. Сформулированы факторы, которые должны быть приняты во внимание при создании инновационного изотермического подвижного состава. Рассмотрены варианты использования криогенных технологий для автономного рефрижераторного вагона и одиночных ИВов. По результатам ранее проведенных эксплуатационных испытаний автономных жидкоазотных вагонов приведены их основные преимущества и возможные сферы использования. Обоснованы технология и технические решения по совершенствованию конструкции системы захолаживания грузового помещения для вагонов-термосов, охлаждаемых жидким азотом. Представлены расчетные характеристики по расходу жидкого азота при транспортировке замороженных грузов. Проанализированы преимущества использования экологичных жидкоазотных систем охлаждения и формализованы сферы использования криогенных технологий для ИПСа. Неопределенность и стихийность рынка перевозок СПГ наряду с отсутствием крупного заказчика ставит перед вагоностроителями сложную задачу организации серийного производства изотермического подвижного состава с малыми объемами выпуска и различными техническими характеристиками. Поэтому при создании изотермических и рефрижераторных вагонов целесообразно сделать упор на единый универсальный вагонокомплект на базе изотермического кузова с возможностью трансформации его за счет использования различных вариантов энергохолодильного оборудования и ходовых частей.

В статье рассмотрены критерии, используемые для расчета вероятности возникновения отказов устройств системы токосъема по причине гололедно-изморозевых отложений на контактной подвеске. Целью работы является определение влияния климатических и эксплуатационных факторов (в т. ч. количество вибропантографов, пневмобарабанов на электровозах в границах дирекции по энергообеспечению и устройств для механической очистки гололеда в дистанциях электроснабжения) на вероятность наступления отказов системы токосъема и их тяжести, что позволит повысить надежность работы устройств тягового электроснабжения в условиях гололедообразования и эффективность капиталовложений Трансэнерго и Дирекции тяги на приобретение указанных средств. Для определения вероятности возникновения отказов устройств токосъема вследствие образования гололеда на проводах контактной сети предложено разделение всех факторов на климатические и эксплуатационные. Выбор факторов при прогнозировании отказов проведен с помощью вероятностной сети Байеса на основе статистических методов обработки данных, а также корреляционного и регрессионного анализа. В результате проведенных исследований определены факторы, оказывающие влияние на вероятность возникновения отказов устройств токосъема, выполнена оценка их значимости с помощью рассчитанных дисперсий. Приведена методика расчета вероятности возникновения отказов для условной дистанции электроснабжения, позволяющая оценить достаточность оснащенности подразделений Трансэнерго и Дирекции тяги устройствами для механической очистки гололеда с контактного провода, вибропантографами и пневмобарабанами.

В статье рассматривается возможность продления срока службы пассажирских вагонов. Проведенным анализом состояния парка пассажирских вагонов установлено, что темп пополнения плацкартных вагонов за последние 10 лет снижен более чем на 40 %, поэтому обеспечить покрытие и восполнение выбывания подвижного состава данного типа по истечении нормативного срока службы можно только за счет продления срока эксплуатации существующих вагонов путем проведения капитально-восстановительного ремонта с установлением им нового нормативного срока службы. При анализе силового каркаса плацкартного пассажирского вагона установлено, что наибольшие статические и динамические нагрузки воспринимает его хребтовая балка. Именно из-за возникающих в ней напряжений формируется оценка дальнейшей возможности эксплуатации вагона как в периоде его жизненного цикла, так и дальнейшего использования при диагностике на возможность назначения ему нового нормативного срока слубжы при проведении капитально-восстановительного ремонта. Проведенными исследованиями ряда элементов хребтовых балок, вырезанных из выработавших нормативный срок пассажирских вагонов, установлено, что основные характеристики металла удовлетворяют требованиям норм безопасности, это говорит о том, что заложенный в них запас прочности и ресурс полностью не выработаны. При исследовании наличия остаточных напряжений, возникших в вырезанных из хребтовых балок элементах, в зависимости от глубины травления, проведенного по методу Н. Н. Давиденкова в соответствии с методикой ЦНИИТмаша, определены наиболее уязвимые и опасные места коррозионного воздействия, требующие более тщательного контроля при проведении вагону как технического обслуживания, так и планово-предупредительного ремонта. В целях снижения развития остаточных напряжений и коррозионного воздействия на силовой каркас плацкартного вагона разработаны рекомендации и технологические операции по упрочнению хребтовой балки методом дробеструйной обработки с образованием равномерной мелкопористой структуры, обеспечивающей равномерное нанесение лакокрасочного покрытия. Данная технология позволит провести упрочнение участков хребтовой балки в местах сварных соединений с концевыми, шкворневыми и промежуточными балками, снизить возникновение в них остаточных напряжений и повысить антикоррозионную защиту металла от воздействия окружающей среды и внешних факторов.

В данной статье рассмотрена проблема оценки устойчивости бесстыкового пути при его температурном удлинении. Рассмотрен предложенный специалистами АО «ВНИКТИ» способ определения напряженно-деформированного состояния рельсов бесстыкового пути, который основан на использовании зависимости собственных частот колебаний рельса от приложенного продольного усилия. Такая зависимость может быть получена расчетным методом с использованием конечно-элементной модели участка пути. Оценка достоверности такой зависимости может быть проведена путем сравнения результатов, полученных расчетным способом, с действительными значениями собственных частот колебаний рельса в зависимости от приложенного продольного усилия растяжения и сжатия на натурном объекте. Таким объектом была выбрана рельсошпальная решетка. С целью получения действительной зависимости собственных частот колебаний рельса от приложенного продольного усилия был разработан специализированный стенд. Разработка стенда включила в себя создание конструкции элементов стенда и конечно-элементных моделей основных несущих элементов стенда - упора, кронштейна и тяги, а также последующего расчета их на прочность для подтверждения работоспособности выбранной конструкции при необходимых условиях нагружения. Оценка прочности проводилась при использовании коэффициента запаса по пределу текучести. Расчеты по методу конечных элементов показали, что конструкция стенда обладает достаточной прочностью. Разработанный стенд позволит проводить испытания с целью верификации полученной расчетным методом зависимости частот колебаний рельса от приложенного к нему продольного усилия растяжения и сжатия, а также для апробирования предлагаемого метода оценки продольного усилия в рельсе при его температурном расширении.

В данной статье показываются преимущества использования условного алгоритма диагностирования с учетом сложности обследования для снижения времени поиска и устранения повреждений применительно к конкретной задаче поиска повреждения в аппаратуре релейного конца станционной тональной рельсовой цепи. В работе представлены рассчитанные условные вероятности, диагностические веса, частные и общие диагностические ценности обследований с учетом времени перемещения и проведения работы электромехаником. На основании проведенных вычислений составлен условный алгоритм диагностирования с учетом сложности обследования для аппаратуры релейного конца тональной рельсовой цепи. Показан эффект от применения указанного алгоритма. Результаты работы, приведенные в статье, могут быть использованы при техническом обслуживании систем автоматики действующих железных дорог.

Основной инженерной проблемой, связанной с деградацией вечной мерзлоты и циклическим промерзанием-оттаиванием сезонной мерзлоты, является снижение несущей способности инженерных сооружений за счет деградации основных физико-механических свойств грунтов насыпи и основания. Циклическое изменение температуры приводит к регулярному промерзанию-оттаиванию грунта, в результате чего происходят такие виды деформаций, как пучение при промерзании и осадка при оттаивании. Целью данной работы является освещение новых сведений о комплексных мероприятиях по стабилизации земляного полотна железных и автомобильных дорог в холодных регионах Китая. В работе рассмотрены такие меры, как термосифонная стабилизация, каменная наброска, установка вентиляционных труб и укладка термоизоляционных плит, а также описываются недостатки существующих мер стабилизации температурного режима насыпи и ее основания. Рассмотрена основная транспортная сеть Цинхай-Тибетского плато, включающая в себя железную дорогу Цинхай-Тибет и четыре автомагистрали. В качестве объекта исследования численного моделирования был выбран экспериментальный участок скоростной автомагистрали Ушу-Синин на Цинхай-Тибетском плато; проведен численный расчет температурных полей и полей объёмной влажности грунтов насыпи и ее основания для типового сечения насыпи и насыпи с каменной наброской на 10-й год эксплуатации. Расчеты проводились на базе программного комплекса «Freeze-Cold», специально разработанного для инженерных расчетов процесса промерзания и оттаивания грунтов. Расчет показал, что каменная наброска позволяет снизить площадь оттаивания грунта, поднимая верхнюю границу мерзлого грунта, способствует снижению деградации мерзлого грунта, что в конечном итоге положительно сказывается на несущей способности всего инженерного сооружения. Анализ собранных данных и результатов расчета позволяет сделать вывод об эффективности применения каменной наброски толщиной 0,8 м в качестве теплоизолирующего материала для поддержания стабильности теплового режима насыпи на мерзлом грунте в рассматриваемом регионе Цинхай-Тибетского плато.

Цель работы - проанализировать и дать оценку структуры экономического развития и влияния «экономического пространства» на железнодорожный транспорт Узбекистана, рассмотреть применение технологии контейнерного блок-трейна. Применяются научные методы анализа и синтеза, классификации, математической статистики, экономического анализа, математического технического моделирования. Получены следующие результаты. Дана оценка динамики развития грузоперевозок в Узбекистане на основе данных ВВП. Рассмотрен объем предоставленных транспортных перевозок и использования видов транспорта по объему отгружаемой продукции. Из них количество отгруженных товаров в Узбекистане с железнодорожного транспорта, динамика объемов перевозок отдельных видов грузов в контейнерах. По динамике роста грузоперевозок было выявлено снижение роста, приходящееся на 2020 г. и связанное с пандемией, но в целом имеются устойчивые темпы роста. Сделан вывод о том, что наряду с проводимыми работами по обновлению и реконструкции железнодорожных путей необходимо принять меры по оптимизации всей цепочки организации грузоперевозок путем контейнеризации, т. е. применение технологии блок-трейн. Практическая значимость результатов исследования вытекает из того, что анализ развития транспортной инфраструктуры выявил резкое снижение результатов работы транспорта на конец 2019 - 2020 гг. в связи с пандемией, но в то же время наблюдается сокращение «экономического пространства» путем улучшения транспортной инфраструктуры, упрощения процедур транзита и таможенной очистки, увеличения объемов транзита и региональной торговли, поэтому рынок логистических перевозок в республике в ближайшие годы будет расти ускоренными темпами. Массовое применение контейнеров с применением технологии блок-трейн, т. е. сбор контейнеров с припортовых тыловых терминалов, в которых происходит формирование партий контейнеров, и их накопление в необходимых покупателю объемах для перевозки по железной дороге может также стать решением выявленных проблем.

В статье на основе термодинамического анализа рабочего процесса в турбине представлена методика определения выработки электроэнергии на тепловом потреблении и сделано предположение о возможности инструментального измерения величины выработки и осуществления учета в реальных условиях эксплуатации паровой турбины. Этот показатель может стать важным индикатором в системе теплофикации и автоматического регулирования отпуска тепловой энергии, такая постановка проблемы в системе теплофикации сделана впервые и требует дополнительных исследований. В настоящей работе рассмотрено влияние выработки электроэнергии на тепловом потреблении на эффективность работы энергетической системы теплофикации. Получены зависимости выработки электроэнергии на тепловом потреблении от доли пара, направляемого в теплофикационный отбор. Определена удельная выработка электроэнергии с учетом регенерации.

Для повышения точности диагностирования технического состояния подвижного состава необходимо разрабатывать новые алгоритмы для цифровой обработки сигналов, поступающих от датчиков в момент прохождения осей колесных пар вагонных тележек в процессе равномерного движения поезда по прямолинейному участку железнодорожного пути. Применение современных математических пакетов прикладных программ для моделирования алгоритмов обработки данных на основе цифровых технологий позволяют сократить затраты и время на разработку автоматизированных систем для диагностирования технического состояния тележек подвижного состава железнодорожного транспорта. Для оценки точности фиксации магнитоиндукционным датчиком момента прохождения осей колесных пар в работе предложена астигматическая модель, позволяющая исследовать не только энергетические свойства датчика, но и форму выходного сигнала с учетом реальных габаритных размеров его магнитного сердечника. Разработанная модель позволяет классифицировать порядок астигматизма модели магнитоиндукционного датчика на основе набора дискретных виртуальных датчиков.