Известия Транссиба №3(47), 2021

Показано, что динамические системы «железнодорожный экипаж - путь» вследствие наличия неравноупругости пути по протяженности должны описываться обыкновенными дифференциальными уравнениями с переменными коэффициентами. При переходе на новую парадигму речь может идти об областях динамической неустойчивости, которые в случае простых параметрических резонансов развиваются около критических частот, но это не одна конкретная точка, а зона, которая расширяется с увеличением коэффициентов параметрического возбуждения. Кроме того, наличие трения в системе не гарантирует ограниченности резонансных амплитуд. Изложена методика анализа дифференциальных уравнений с постоянными, переменными и случайными коэффициентами, описывающих движение узлов электровозов при их движении по неравноупругому по протяженности пути. Установлено влияние коэффициентов параметрического возбуждения на ширину зоны динамической неустойчивости. Существует много других особенностей в поведении дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами, поэтому заменять действие неравноупругости некоторой эквивалентной геометрической неровностью нельзя, так как в настоящее время не существует точного решения проблемы, с которым можно было бы сравнивать результаты приближенных математических моделей.

Перед железнодорожным транспортом стоят задачи не только по бесперебойному обеспечению перевозок народнохозяйственных грузов, но и по освоению новых локомотивов и повышению экономичности их использования. В частности, принятый в настоящее время режим запуска дизеля тепловозов типа UzTE16M приводит к дополнительному расходу топливных ресурсов, поэтому исследования по разработке и улучшению условий запуска дизелей тепловозов данного типа являются актуальными. На основании изучения проведенных ранее исследований и конструкций различных систем с целью облегчения запуска дизелей тепловозов с электрической передачей необходимо установить имеющиеся резервы силовой цепи и цепей управления. В статье рассмотрена математическая модель крутильных колебаний в системе запуска дизель-генератора (ДГ) с двумя сосредоточенными массовыми моментами инерции. Крутильные колебания между тяговым генератором и коленчатым валом дизеля тепловозов типа UzTE16M ранее не рассматривались . В данной статье решена задача крутильных колебаний приведенных масс якоря тягового генератора и дизеля в режиме запуска ДГ от аккумуляторной батареи и дополнительных устройств. Методом Лагранжа выведена система уравнений колебаний масс по обобщенным координатам упругих колебаний между массами якоря тягового генератора и дизеля с переменным массовым моментом инерции. Для полученной системы уравнений методом операционного исчисления выполнено решение с учетом принятых функций массовых моментов инерций, моментов движущих сил и сопротивлений. Сделаны выводы о том, что работа системы запуска дизеля на тепловозах типа UzTE16M определяется функциями приведенного массового момента инерции дизеля, движущего момента и функцией угловой скорости; полученное решение дает возможность рассчитать движущий момент и диапазон изменения угловой скорости при запуске дизель-генераторной установки тепловозов UzTE16M для дальнейшего сравнения с экспериментальными данными; при использовании рекомендуемой электрической схемы запуска дизеля тепловоза достигается увеличение движущего момента коленчатого вала дизеля и угловой скорости разгона движения якоря тягового генератора. На основе разработанной модели рекомендовано определение угловой скорости коленчатого вала дизеля.

Ежегодно локомотивостроительными заводами, поставщиками оборудования и сервисными компаниями разрабатываются организационно-технические мероприятия, направленные на повышение надежности выпускаемой продукции. Так в рамках договора на поставку и обеспечение сервисного облуживания электровозов серии «Ермак» реализован ряд корректирующих мероприятий по более, чем тридцати направлениям, по многим из которых достигнут положительный результат. Однако, в ходе продолжительной эксплуатации выявляются все более новые скрытые технические дефекты, также в редких случаях принятых мер оказывается недостаточно. Проявление системных несоответствий несет в себе случайный характер, тем самым они негативно влияют на динамику среднесуточного пробега и на совершенный за весь жизненный цикл линейный пробег, вызывая непредсказуемые колебания, и как следствие на организацию планирования сервисного обслуживания и формирование бюджета для поддержки жизненного цикла локомотивов. Ввиду чего появляется необходимость в разработки модели по более точному прогнозу среднесуточного пробега на длительный период с учетом влияния системных несоответствий и корректирующих мероприятий по повышению надежности узлов. В статье по принципу Парето выполнен анализ системных неисправностей локомотивов производства ООО «ПК «НЭВЗ» за период эксплуатации с 2018 по 2021 год, произведен анализ динамики среднесуточного пробега локомотивного парка приписки Дальневосточной дирекции тяги с применением статистически-аналитического метода, анализ влияния неисправностей на среднесуточный пробег с применением метода прогнозирования временных рядов Фурье. На примере неисправностей силовых токоведущих шин выпрямительно-инверторного преобразователя и неисправностей защелок высоковольтного вакуумного выключателя выполнена оценка влияния неисправностей критических узлов.

В статье описаны тенденции технического развития устройств крепления контейнеров, получивших название «фитинговый упор». Контейнеры постепенно завоевывали рынок перевозок США, Европы и стран Азии. И каждый вид транспорта: автомобильный, морской и железнодорожный - нуждался в устройствах крепления контейнеров, ведь ответственность за сохранность груза несут все участники перевозочного процесса. В период зарождения контейнерных перевозок важную роль сыграли коммерческие договоренности между операторами и транспортными компаниями, оказав влияние на унификацию габаритных размеров и масс контейнеров и перевозимых грузов, что явилось предпосылкой к созданию фитингов на контейнерах и, как следствие, фитинговых упоров для всех видов транспорта. Отечественная нормативная база также требовала актуализации, контроля большого количества производителей вагонов-платформ и учета сложных условий эксплуатации контейнеров на всей сети железных дорог. При стремительном развитии рынка контейнерных перевозок на протяженных маршрутах от Китая до Европы и переходе к технологии ускоренных контейнерных поездов постоянного формирования на базе скоростных вагонов-платформ возникает необходимость решения вопроса ветрозащиты порожних контейнеров и малонагруженных контейнеров с учетом скорости движения до 140 км/ч. Проведен анализ известных технических решений разных производителей по фиксации контейнеров на упорах особых форм и с дополнительной фиксацией через отверстие в упоре. Предложено оригинальное техническое решение фиксирующего устройства, выполненное на вагоне-платформе напротив каждого фитингового места установки контейнера. За счет поворота этого устройства от усилия человека можно зафиксировать каждый угол контейнера для предотвращения падения (сброса) порожних контейнеров с платформ при воздействии ветровых нагрузок, что отвечает требованиям безопасности, эксплуатации и надежности фиксации контейнера на вагоне-платформе.

Статья посвящена совершенствованию методики диагностирования технического состояния асинхронного тягового электродвигателя типа 1ТВ2822 грузового магистрального электровоза серии 2ЭС10 «Гранит». Для диагностирования межвитковой изоляции обмоток статора предложена структурная модель замкнутой асинхронной системы тягового электродвигателя типа 1ТВ2822. Представлены результаты моделирования работоспособного и аварийного режимов функционирования тягового электродвигателя. С помощью цифровой обработки осциллограмм тока обмотки статора получены логарифмические спектрограммы тока статора, графики псевдоспектра мощности логарифмического спектрального компонента тока статора как работоспособного, так и аварийного тягового асинхронного электродвигателя типа 1ТВ2822 с межвитковым замыканием в обмотке статора. На основании анализа графика псевдоспектра мощности, выполненного с помощью цифровой обработки осциллограммы кривой тока в пакете программы MATLAB, представлены логарифмические мощности спектра тока в обмотке статора, служащие для построения бортовой адаптивной системы диагностирования асинхронных тяговых электродвигателей типа 1ТВ2822 электровоза 2ЭС10 «Гранит».

Тяговые электрические машины (ТЭМ) локомотивов, эксплуатируемые на Восточном полигоне обращения, имеют недостаточную надежность преимущественно по пробою изоляции, являясь одной из важнейших проблем эксплуатации электроподвижного состава. В данной статье рассмотрен метод сушки увлажненной изоляции передвижными и стационарными электрокалориферными установками, которые применяют в процессе ремонта ТЭД локомотивов и электропоездов. Проблема эксплуатации данных установок состоит в их низкой энергоэффективности. При постоянном энергоподводе нагревательные элементы и вентилятор электрокалорифера остаются включенными в течение всего процесса сушки изоляции, что приводит к значительным затратам электроэнергии, а фиксация проведения сушки производится путем ведения бумажного документооборота, записи в журнал технического состояния локомотива ТУ-152. Для устранения данных недостатков авторами предлагается модернизация электрокалориферной установки путем внедрения в нее микропроцессорной системы автоматического регулирования процессом сушки с технологией облачного хранения данных. В статье представлена блок-схема предлагаемой автоматизированной системы, которая будет реализовывать предлагаемый в ФГБОУ ВО «ИрГУПС» трехцикловой амплитудно-широтно-прерывный способ энергоподвода в процессе сушки увлажненной изоляции ТЭД. В настоящее время технологии облачного хранения данных нашли свое применение в компаниях разного рода деятельности, оно активно усовершенствуется в связи с постоянным увеличением объемов информации, которую нужно хранить или передавать, а кроме того, пользователь может иметь к ней доступ из любой точки мира. В последние годы в мире заметно возрос интерес к применению этой технологии на железнодорожном транспорте. В рамках модернизации установки появляется возможность дистанционного управления ее работой, а также хранения и обработки полученной информации по процессу сушки увлажненной изоляции.

Рассмотрена методика определения показателей долговечности колесных пар локомотивов на примере тепловозов серии 2ТЭ25КМ, эксплуатирующихся на Приволжской железной дороге. Для этого определен 90 %-ный ресурс колесных пар исследуемой серии локомотивов, произведено сравнение его с принятым нормативным показателем. Кроме того, выбран контролируемый параметр колесной пары, лимитирующий надежность данного узла. Для проведения исследования были использованы методы математической статистики и теории вероятностей, в частности, функция распределения Лапласа, критерий Стьюдента, а также результаты расчетов зависимостей среднего значения и среднеквадратического отклонения контролируемых параметров, начальные значения наработок и наработки, соответствующей вероятности отказа 0,5. В настоящем исследовании выполнена разработка математической модели оценки долговечности колесных пар с точки зрения теории надежности. Оценка показателей долговечности элементов колесной пары выполнена на основании полученного на ЭВМ и принятого согласно критерию Пирсона вида закона распределения случайной величины со своими параметрами. В проведенных расчетах был получен 90 %-ный ресурс колесной пары по двум контролируемым параметрам, который составил для толщины бандажа 476,6 тыс. км, а для толщины гребня - 282,6 тыс. км. Полученные результаты сопоставлены с величинами, принятыми в Технических условиях на данную серию локомотивов (800 тыс. км.), а также со статистическими данными по значениям контролируемых параметров, полученными при обработке и анализе - 240 тыс. км. Ввиду того, что в эксплуатации средний ресурс колесной пары определяется по большему числу контролируемых параметров с учетом внеплановых ремонтов, а в настоящем исследовании - только на основании толщин бандажа и гребня, то о полном соответствии расчетных и фактических данных говорить не представляется возможным. По результатам расчетов лимитирующим надежность колесной пары является такой контролируемый параметр, как толщина гребня. Для более точной оценки показателей долговечности колесных пар следует учитывать и то, что на интенсивность изнашивания оборудования подвижного состава влияют конкретные условия эксплуатации, в связи с этим межремонтные пробеги должны быть скорректированы с учетом влияния внешних факторов при эксплуатации. Для полной оценки показателей долговечности колесных пар в дальнейшем необходимо учесть дополнительные факторы помимо тех, что влияют на параметрическое изменение случайных величин, а также тот факт, который учитывает мониторинг и анализ всех контролируемых параметров данного узла при эксплуатации локомотивов.

Статья посвящена разработке методики контроля соосности и радиального биения внутренних цилиндрических посадочных поверхностей вкладышей моторно-осевых подшипников локомотивов. Перечислены основные причины изнашивания рабочих поверхностей подшипников и последствия влияния зазоров в сопряжениях подшипников скольжения и осей колесных пар на повышение интенсивности изнашивания деталей и ухудшение динамических характеристик ходовой части локомотива. В работе приведена принципиальная схема базирования и контроля отклонений от соосности и радиального биения внутренних цилиндрических поверхностей подшипников, описаны конструкция и принцип действия специального контрольного приспособления для измерения указанных отклонений. Цель работы заключается в обосновании целесообразности контроля отклонений от формы и расположения поверхностей при ремонте моторно-осевых подшипников. В статье описывается последовательность этапов измерения соосности и радиального биения подшипников и интерпретация результатов измерений. Рассмотрены особенности конструкции контрольного приспособления, перечислены преимущества его использования по сравнению с существующими аналогами приспособлений, применяемых для контроля соосности отверстий корпусных деталей, расположенных на одной оси. При этом установлено, что контроль соосности и радиального биения необходимо проводить для того, чтобы оценить возможную степень перекоса остова тягового электродвигателя и оси колесной пары локомотива после ремонта. Таким образом, полученные выводы подтверждают необходимость ужесточения контроля качества восстановления моторно-осевых подшипников локомотивов за счет внедрения в производственный процесс операций контроля соосности и радиального биения моторно-осевых горловин и вкладышей моторно-осевых подшипников, изготовленных из свинцовых бронз, оловянных или свинцово-оловянных баббитов.

В статье рассматривается вопрос образования на поверхности катания вагонных колес при их движении по рельсу юзом дефектов термомеханического происхождения (ползунов), так как такого рода дефекты в большей степени влияют на безопасность движения. Кроме того, такие дефекты на поверхности катания колеса трудно устранимы в ремонтном производстве. Известно, что ползун образуется при заклинивании колеса и его поступательном движении (скольжении) по рельсу, так называемом юзе. В результате этого в области контакта колеса и рельса наблюдается интенсивное изнашивание материала колеса как более мягкого элемента, при этом образуется площадка износа (ползун). Ползун оценивается таким параметром, как его глубина относительно поверхности катания колеса. Приведен алгоритм расчета глубины ползуна при условии кратковременного движения колеса по рельсу юзом. Определены исходные данные и выполнен расчет с построением графиков, отражающих зависимость глубины ползуны от скорости движения подвижного состава и нагрузки на ось колесной пары при кратковременном юзе. Описана методика расчета максимальных температур в паре трения скольжения «колесо - рельс». Рассчитаны значения максимальных температур в пятне контакта при движении колеса по рельсу юзом. По результатам расчетов построены графики изменения максимальных температур на поверхности катания колеса в области трения о рельс при различных условиях эксплуатации. Дана оценка возможности косвенного определения глубины упрочненного слоя металла в области ползуна в зависимости от его размеров, измеренных при поступлении колесной пары в ремонт.

Для кардинального решения вопроса продления срока службы колесных пар грузовых вагонов, предлагается наплавлять не только годные к эксплуатации колеса, но и колеса, подлежащие к распрессовке по недопустимой толщине обода. Показано, что при многослойной наплавке усложняется возможность получения высокого качества металла, а нагрев тонкого обода может оказать неблагоприятное влияние на расстояние между внутренними поверхностями колес. Цель работы - оптимизировать технологические параметры режима многоэлектродной наплавки, определить величину коробления диска колеса и изучить качество наплавленного металла при эксплуатационных испытаниях колесных пар. На оптимальных параметрах многоэлектродного процесса, выполнены опытные наплавки и предложена методика измерения величины коробления колеса в условиях многослойной наплавки. Представлены результаты исследований по влиянию многоэлектродного процесса наплавки на структуру металла и коробление колеса. Показано, что при оптимальном режиме наплавки создаются благоприятные условия для получения в околошовной зоне мелкозернистых структур. Проведены ходовые испытания колесных пар грузовых вагонов для выявления эффективности и надежности метода автоматической многоэлектродной наплавки обода колеса. Задачей испытаний являлась сравнительная оценка сопротивляемости исследуемых колес дефектам и износу. Реализация поставленной задачи предусматривала получение для исследуемых колесных пар данных по количеству случаев выхода из эксплуатации колес по причине недостаточного качества металла наплавки. Установлено, что коробление колеса не вызывает опасений, угрожающих безопасности движения, а металл наплавки имеет необходимую стойкость к растрескиванию под действием эксплуатационных нагрузок.

Статья посвящена разработке усовершенствованного алгоритма расчета системы тягового электроснабжения для дальнейшей практической реализации с целью повышения точности определения расхода и потерь электроэнергии в системе тягового электроснабжения за счет совмещения тягового и электрического расчетов и c учетом действующей поездной ситуации. Актуальность поставленной задачи обусловлена необходимостью повышения точности расчетов пропускной и провозной способности по условиям устройств электроснабжения с учетом критериев энергоэффективности перевозочного процесса. Рассмотрены имеющиеся решения данной проблемы в виде готовых программных комплексов и алгоритмов. Проведен численный эксперимент для участка постоянного тока в программе «Комплекс расчетов тягового электроснабжения», который показал, что относительная погрешность, определяющая сходимость тяговых и электрических расчетов, составляет от 1,6 до 5,1 %. Основной причиной расхождения является недостаточно корректный учет напряжения на токоприемнике электроподвижного состава. Предложен усовершенствованный алгоритм расчета системы тягового электроснабжения, отличительной чертой которого является проведение уточняющего полного тягового расчета до составления мгновенных схем. В результате проведенных исследований разработан общий алгоритм совместных тяговых и электрических расчетов с учетом характеристик и параметров работы участка и действующей поездной ситуации. Сделано заключение о преимуществах предлагаемого алгоритма и перспективных направлениях дальнейших исследований.

В ходе научного сопровождения проектирования, строительства и эксплуатации, а также прогнозирования развития транспортной инфраструктуры в Арктическом регионе учеными РУТа (МИИТа) предложена методика отработки новых конструктивно-технологических решений посредством их апробации на небольшом участке трассы, получившем статус опытно-экспериментального; предложен ряд решений, которые могут учитываться и использоваться в ходе развития транспортной инфраструктуры в Арктике. В последние годы предпринят ряд экспедиций для изучения особенностей условий строительства транспортных объектов, включая климатические и инженерно-геологические, а также фактическое состояние существующих транспортных объектов (Полярная магистраль Салехард - Игарка): обследовательские экспедиции 2005, 2012 гг.; совместные экспедиции с Русским географическим обществом с участием ученых Института пути, строительства и сооружений РУТа (МИИТа) в Арктическом регионе в 2019 - 2021 гг., в ходе последних организована сеть геомониторинга; получены данные по температурам в воздушной среде и в приповерхностной зонах грунтовой среды; проведены лабораторные и полевые испытания грунтов; даны рекомендации по особенностям строительства транспортных объектов, включая возведение земляного полотна, с использованием различных вариантов технических и конструктивно-технологических решений. Целью статьи является обобщение опыта освоения северных территорий за счет развития транспортных коммуникаций и апробации новых конструктивно-технологических решений по сооружению земляного полотна на опытно-экспериментальном участке трассы. Представленный в настоящей статье подход может быть использован для формирования эффективной Высокоширотной российской транспортной системы в Арктической зоне РФ с прогнозированием трендов ее развития.

Железнодорожный переезд является системой взаимодействия железнодорожного и автомобильного транспорта. Обеспечение безопасности движения на железнодорожных переездах является важной государственной задачей. Несмотря на ежегодное сокращение числа железнодорожных переездов и оснащение их современными системами сигнализации и ограждения, количество дорожно-транспортных происшествий на железнодорожных переездах Российской Федерации, включая случаи с человеческими жертвами, остается значительным. Предметом исследования являются факторы, влияющие на работу и безопасность железнодорожных переездов. Целью работы является определение факторов, имеющих максимальное влияние на безопасность работы железнодорожных переездов Российской Федерации. Для исследования использовались: блок-схемы факторов, влияющих на работу железнодорожного переезда; априорный анализ методом экспертных оценок; расчет коэффициента конкордации Кендалла для отдельных групп факторов; сортировка факторов по средней оценке экспертов. В статье приведены данные о числе дорожно-транспортных происшествий на железнодорожных переездах Российской Федерации за период с 2005 по 2020 г., количестве железнодорожных переездов разных категорий на 2020 г. Предложена гипотеза о том, что основной причиной дорожно-транспортных происшествий на железнодорожных переездах является несоблюдение правил дорожного движения водителями автотранспорта. На основании схемы ответственного технологического процесса построена блок-схема факторов, имеющих влияние на работу железнодорожного переезда. Факторы, имеющие влияние на работу железнодорожного переезда, разделены на четыре группы. Рассчитаны коэффициенты конкордации Кендалла для отдельных групп факторов. Построено распределение факторов, оказывающих воздействие на работу железнодорожного переезда, по средней оценке экспертов для отдельных групп факторов. Распределение показало достоверность выдвинутой гипотезы. Учет веса факторов при разработке методов, повышающих безопасность работы железнодорожных переездов, позволит сократить количество дорожно-транспортных происшествий на железнодорожных переездах. Полученные в исследовании результаты могут использоваться как при модернизации существующих железнодорожных переездов, так и при разработке новых организационных и технических мероприятий по повышению безопасности на железнодорожных переездах.

В настоящее время в России наблюдается активное развитие промышленности, что требует большого количества энергетических ресурсов. В то же время существует несколько препятствий на пути обеспечения всех потребителей необходимым объемом и, главное, качеством энергии. Прежде всего это вызвано техническим состоянием оборудования как потребителей, так и производителей энергии и отсутствием программ реализации мероприятий, направленных на повышение энергетической эффективности. В настоящее время полноценная оценка энергоэффективности производства многих предприятий затруднительна по причине отсутствия единого физико-математического аппарата и универсальной критериальной оценки энергетической эффективности предприятий. Это приводит к тому, что правильная оценка показателей энергетической эффективности и потенциала энергосбережения в полной мере невозможна. Большинство существующих методик оценки показателей энергетической эффективности носят ограниченный характер и позволяют произвести оценку только одного или нескольких показателей, не предусматривают увязку всех показателей в единое целое. Кроме того, отсутствует критерий оценки энергетической эффективности, единый для всех составляющих систем теплоснабжения. Перспективными направлениями современных исследований в области систем теплоснабжения становятся совершенствование способов оценки энергетической эффективности систем теплоснабжения посредством использования научно обоснованного критерия энергетической эффективности системы теплоснабжения промышленных предприятий и создание унифицированных методики и алгоритма оценки показателей энергетической эффективности систем теплоснабжения различного состава и устройства. Отдельное внимание уделяется оценке достоверности исходных данных. Выполнение этой оценки возможно с помощь корреляционного метода. На практике широко применяется корреляционно-регрессионный анализ для прогнозирования потребления тепловой энергии. Этот подход можно использовать и при оценке достоверности исходных данных с использованием шкалы Чеддока. В ходе исследований применены методы конструктивных и поверочных расчетов, экспериментальные и аналитические исследования, метод корреляционного анализа, статистические методы исследования. В результате исследований разработана единая, обобщенная методика оценки показателей энергетической эффективности системы теплоснабжения предприятия. Создан алгоритм, позволяющий дать комплексную оценку энергетической эффективности системы теплоснабжения промышленного предприятия и оценить потенциал энергосбережения.