Известия Транссиба №3(51), 2022

В статье рассмотрены динамические процессы колебательной системы «вагон - путь», сформирована ее математическая модель и установлены ее особенности. Произведен анализ существующих подходов к рассмотрению влияния диссипативных сил на устойчивость подвижного состава, выявлены их недостатки. При составлении уравнений динамического процесса важно при рассмотрении кинетической и потенциальной энергии исходить из их точных выражений, т. е. учитывать связь между обобщенными координатами, что позволит детально рассмотреть процесс колебаний подвижного состава. Найдена зона автопараметрического резонанса. Установлено, что силы сухого трения не препятствуют параметрическому резонансу. Составлены динамические уравнения с учетом сил рассеяния, возникающих в местах контакта элементов конструкции вагона. Определено влияние сил сухого трения на критический коэффициент параметрического возбуждения. Определены области динамической неустойчивости вагона при движении по железнодорожному пути с различными характеристиками. Выявлены особенности поведения системы при влиянии сил сухого трения. Установлено, что силы сухого трения не уменьшают амплитуду подпрыгивания и могут привести к увеличению колебаний боковой качки за счет перекачки энергии.

Предметом рассмотрения статьи являются автоматизированные функции управления локомотивом на примере электровозов с целью оценки современного этапа развития интеллектуальной функциональности бортовых систем управления. В литературе часто говорят о создании «умного», или «цифрового» локомотива. Однако правильней говорить о внедрении кибернетических систем с обратными связями. Такие системы были на локомотиве с самого начала их появления и предназначались для автоматизации управления паром, позже для управления автоматическими тормозами. Эти системы автоматики были механическими и пневмомеханическими. С появлением электровозов внедряются электрические системы автоматики на базе электрических аппаратов, релейных схем, которые со временем заменяются на диодные, транзисторные схемы управления. Позже стали использоваться цифровые и аналоговые микросхемы. Современный этап развития автоматики связан с бортовыми микропроцессорными системами управления. Автором предлагается интеллектуальные функции локомотива разбить на семь направлений, по каждому из которых оценить их реализацию: автоведение поезда, управление приводом и тормозами, диагностика, сбор аварийных схем, обеспечение безопасности движения поездов, управление комфортом работы локомотивной бригады. Энтропию пространства интеллектуальных функций предлагается оценить по доработанной формуле Шеннона, где кроме вероятности востребованности функции за одну поездку учитывать степень повышения автоматизации процесса управления. В результате анализа показано, что интеллектуальные функции локомотива развивались уже в XIX в., на сегодняшний день степень их реализации можно оценить в 60 %, а полную реализацию можно ожидать к середине XXI в. Результаты расчета сведены в две таблицы и один динамический график. Сделан вывод о том, что «интеллектуальный» локомотив есть этап эволюционного развития автоматизированных систем управления локомотивом.

Выполнение расчетов показателей работы системы тягового электроснабжения в установившихся режимах ориентировано на решение широкого круга задач, связанных с выбором параметров силового оборудования тяговых подстанций, размещением линейного оборудования, сечения контактной подвески, сравнением вариантов по технико-экономическим показателям. В настоящее время появление различных регулируемых устройств в системе тягового электроснабжения обусловливает необходимость совершенствования методов и алгоритмов расчета, используемых в различных программных комплексах. В настоящей работе рассмотрены вопросы построения схем замещения при моделировании работы системы тягового электроснабжения в установившихся режимах с учетом устройств автоматического включения-отключения резервного преобразовательного агрегата тяговой подстанции и накопления электроэнергии. Представлены соответствующие схемы замещения и фрагменты алгоритмов расчета, учитывающие характеристики и режимы работы указанных устройств. Применение предложенных схем замещения позволяет учесть в расчетах различие внешних характеристик преобразовательных агрегатов, оценить соответствие уставок автоматики уровню электротяговой нагрузки и влияние работы устройства на уровень напряжения на шинах подстанции и в контактной сети, нагрузочную способность тяговых подстанций, а для устройства накопления с учетом зарядной и разрядной характеристик дополнительно оценить влияние на эффективность применения рекуперативного торможения. Предложенные алгоритмы работы устройств предназначены для совершенствования методов расчетов показателей системы тягового электроснабжения. В работе предложен усовершенствованный метод расчета показателей системы тягового электроснабжения, основанный на одновременном проведении тягового и электрического расчета, базирующийся на базе данных расчетов, выполненных для различных условий следования электроподвижного состава на участке железной дороги.

Система планово-предупредительного ремонта и обслуживания обеспечивает работоспособное состояние тягового подвижного состава (ТПС). Предметом исследования выступает распределение отказов тяговых электродвигателей по причине пробоя изоляции на территории СЛД Дальневосточное и Приморское за 2019 год. Целью исследования является определение возможности оптимизации норм межремонтных пробегов по рассматриваемому узлу для снижения количества заходов локомотивов на неплановый ремонт. В работе рассматривается нормальный закон распределения отказов тяговых электродвигателей (ТЭД), определение коэффициентов Старджесса, Пирсона и другие методы математической статистики и теории надежности технических систем. В статье определен элемент, лимитирующий нормы межремонтных пробегов тяговых электродвигателей, получено теоретическое распределение отказов тяговых электродвигателей по причине снижения сопротивления изоляции его обмоток. В рамках исследования проведена оптимизация норм межремонтных пробегов по условиям проведения ТР-1 относительно тяговых электродвигателей. В результате анализа причин отказов установлено, что большее количество случаев постановки локомотивов на неплановый ремонт приходится на первый интервал пробега локомотивов по причине некачественного проведения диагностики при ТР-1 по факту измерения сопротивления обмоток изоляции. Большинство отказов, приходящихся на первый период эксплуатации, не связано с изменением надежности рассматриваемого узла. При рассмотрении двух нормальных пиков отказов, приходящихся на интервалы наработки 14 - 21 и 28 - 35, обусловливается необходимость оптимизации норм межремонтных пробегов. Практическая значимость исследования заключается в возможности использования варианта оптимизации норм межремонтных пробегов для корректировки норм периодов проведения технического обслуживания и ремонта в рамках конкретных депо.

В статье рассмотрены технические решения, позволяющие повысить качество системы жизнеобеспечения в пассажирских вагонах поездов дальнего следования (ПВПДС), в частности, в системах водоснабжения и вентиляции, обеспечиваюших безопасные и комфортные условия проезда пассажиров. Качество воды в вагоне определяется условиями заправки исходной водой на промежуточных станциях, на которое может оказывать негативное влияние санитарное состояние емкости для ее хранения. В настоящее время в системе вентиляции устанавливаются фильтры, эффективность которых в условиях пандемии сомнительна. При написании статьи использовались научные труды и разработки отечественных и зарубежных ученых, современные концепции организации комфортных условий в ПВПДС, а также методические и нормативно-справочные материалы по данной тематике. Эффективность предложенного метода подтверждена в ходе экспериментальных исследований, результаты которых использованы при реализации инвестиционного проекта «Чистая вода» ОАО «РЖД». Предложены технические решения повышения качества системы жизнеобеспечения с применением технологии озонирования. Их реализация позволит системе жизнеобеспечения работать как в режиме очистки и обеззараживания воды, так и стерилизации воздушной среды в ПВПДС. Условием эффективного использования является наличие сжатого воздуха для работы эжектора в режиме подачи озоно-воздушной смеси, необходимой для очистки и обеззараживания воды и воздуха в вагоне. Озонирование производится раздельно в автоматическом режиме. Применение метода озонирования для решения задач жизнеобеспечения в пассажирских вагонах является перспективным направлением, учитывая его универсальность, а следовательно, и возможность использования на объектах инфраструктуры с целью обеззараживания и стерилизации помещений, замкнутых объемов и производственных технологических емкостей.

Предметом исследования являются теоретические и практические аспекты применения оптических технологий для бесконтактных измерений геометрических параметров колесной пары вагона в ходе эксплуатации и осуществления ремонта. Цель исследования - разработка методики и технологий контроля геометрических параметров деталей вагона при помощи оптического линейного сканера, а также способов обработки результатов натурных испытаний применения оптических технологий контроля. В статье проанализирована проблематика применения стандартизованных методик контроля технического состояния при помощи ручного измерительного и контрольного инструмента в контексте принятой технологии технического обслуживания и эксплуатации грузовых вагонов. В результате исследования проведен обзор состояния вопроса применения оптических методик контроля на железной дороге, выявлены сильные и слабые стороны различных вариантов реализации методик измерений и разработаны методика и компьютерная программа для автоматизации создания цифрового двойника исследуемого объекта (профиля продольного сечения поверхности катания колесной пары). По цифровому двумерному изображению теневой картины профиля колеса вычисляются координаты точек линии контура сечения объемного колеса в области поверхности катания. Для определения координат огибающей сечения применяется ступенчатая функция, максимально приближенная к светотеневому изображению контура колеса. После обработки изображений результат выдается программой в виде таблицы с вычисленными координатами сечения профиля и визуализируется при помощи синтезированного по координатам профиля колеса в окне программы. Точность применяемой методики зависит от разрешения изображения, получаемого линейным сканером. Методику и программу можно применять в дальнейшем для натурных испытаний проектируемого оборудования для размерного контроля деталей вагона.

В настоящей статье c помощью программного обеспечения установлена взаимосвязь между структурой материала тормозной колодки и распределением температуры теплового напряжения на ней. Пространственно-временные распределения тепловых напряжений были аналитически определены для поверхностного слоя фрикционного элемента на основе модели трехсекционной тормозной колодки с незафиксированными краями. В настоящее время колодочный тормоз широко используется для грузовых поездов. Он преобразует динамическую энергию в тепловую, используя трение между колодками и колесом, а затем рассеивает тепловую энергию через теплообменник. Данный процесс включает в себя теплообмен, конструктивные особенности, механические характеристики, свойства материала и др. В статье особое внимание уделяется тормозному давлению колодки, режиму торможения, материалу тормозных колодок и другим факторам. Моделирование тепловых эффектов является наиболее важным при проектировании деталей и узлов транспортных средств. Тепловые исследования являются актуальным этапом в изучении тормозных систем именно железнодорожных транспортных средств, где нужно тормозить большие массы, так как тепловая нагрузка на заторможенное железнодорожное колесо преобладает по сравнению с другими видами нагрузок. В данной работе исследовано тепловое напряжение на фрикционном элементе колодки при торможении. При фрикционном торможении процесс трения тормозной колодки и колеса происходит в точках фактического контакта. Тепловой поток от точек фактического контакта распространяется по всей геометрической площади колодки.

В статье поставлена задача определения уровня динамической нагруженности в подсистеме «тележка - поводок - тяговый электродвигатель» для снижения динамического воздействия в системе «локомотив - путь». Модель вертикальных колебаний тягового подвижного состава, полученная на основе уравнения Лагранжа второго рода, в виде системы из четырнадцати дифференциальных уравнений позволяет оценить нагруженность узлов локомотива в эксплуатации, интегрируется с помощью прикладного пакета MathCAD. В качестве спектральной плотности случайных возмущений выбрана аппроксимация случайных возмущений с использованием спектральной плотности неровности пути профессора А. И. Беляева. Составлена более подробная расчетная схема экипажа и с целью упрощения расчета в рамках инженерной погрешности используется одномассовая дискретная модель пути. Ввод симметричных координат позволяет получить из исходной системы дифференциальных уравнений упрощенную систему с характеристическими уравнениями с простыми корнями, следовательно, собственные частоты колебаний подпрыгивания кузова, тележки и колесной пары будут определены с минимальной погрешностью. Передаточная функция определяется по формулам Крамера. С помощью ЭВМ рассчитаны значения и построены графики амплитудно-частотных характеристик вертикальных перемещений, максимальных ускорений кузова, тележки, тягового электродвигателя и колесной пары рассматриваемого электровоза. Проведен сравнительный анализ результатов расчета и эмпирических данных. На основании сравнительного анализа можно утверждать, что рассмотренная математическая модель колебаний электровоза 2ЭС6 «Синара» является адекватной и позволяет определить динамическую нагруженность локомотива для всего диапазона эксплуатационных скоростей. Поставлена задача изменения существующей конструкции системы подвешивания тягового электродвигателя рассматриваемого электровоза и математического анализа колебаний его узлов в дальнейших исследованиях.

В статье представлены статистические исследования сигналов акустического контроля при диагностировании силовых трансформаторов системы электроснабжения железных дорог. Статистическая обработка данных акустического контроля производилась на примере трансформаторов с различным уровнем состояния изоляции. Приведены сравнения гистограмм экспериментального распределения амплитуд и доминантных частот сигналов с ближайшими теоретическими законами распределения, выполненными в программе STATISTICA по данным контроля, полученным из автоматизированной системы СЦАД-16 (система цифровой акустической диагностики). Проведенные исследования показали тесную корреляцию дефектов, зарегистрированных акустическим методом, с распределением сигналов в виде законов распределения случайных величин. Показано, что для силовых трансформаторов с механическими колебаниями как при прохождении поезда, так и на холостом ходу распределение амплитуд и доминантных частот зарегистрированных сигналов соответствует равномерному закону. Распределение амплитуд и доминантных частот не является сосредоточенным вокруг определённого среднего значения. Для силовых трансформаторов, содержащих частичные разряды, причиной которых является ухудшение изоляционных свойств обмоток, находящихся под действием высокого напряжения, наилучшее приближение как амплитуд, так и доминантных частот показало логнормальное распределение. Сигналы являются сосредоточенными вокруг характерно выраженного среднего значения. При прохождении поезда акустическая система регистрирует как высокочастотные сигналы от частичных разрядов (ЧР), так и низкочастотные сигналы от колебаний корпуса. В законе распределения присутствуют две составляющие - равномерной и логнормальной плотностей распределения. Таким образом, по виду распределения зарегистрированных сигналов, их амплитуде и доминантной частоте можно определить наличие дефектного состояния изоляции силовых трансформаторов. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-38-90231.

Вопросы, связанные с износом рельса и бандажа колеса локомотива, всегда вызывают повышенный интерес как у эксплуатационных служб, так и у научных работников. Знание влияния технических и эксплуатационных факторов на интенсивность износа материалов контактирующих тел позволило бы сэкономить материальные и финансовые ресурсы. Предлагаемая статья посвящена определению одного из этих параметров, а именно - глубины вдавливания материала головки рельса в материал гребня бандажа колеса. Силовое взаимодействие гребня бандажа и головки рельса происходит в основном на уровне неровностей в области контакта. Износ материала контактирующих тел будет определяться глубиной внедрения неровностей в области контакта и скоростью относительного скольжения. Важным параметром для оценки величины и характера износа служит глубина относительного проникновения контактирующих тел. При этом величина смятия одного из контактирующих тел равна глубине проникновения в него другого тела. Выполнены расчеты главных радиусов кривизны поверхностей головки рельса и гребня бандажа в точке их контакта и определены размеры области контакта. В итоге получены выражения для расчета глубины взаимного проникновения материалов гребня бандажа и головки рельса. Материал головки рельса имеет более глубокое проникновение в материал гребня бандажа. Силовой контакт гребня бандажа и рельса происходит в основном в пределах пластической деформации их материалов. Получены формулы для определения величины сближения контактирующих тел и наибольшего нормального напряжения в зоне контакта. Произведена оценка величин смятия материала головки рельса и гребня бандажа, что позволяет судить о процентном соотношении их износа. При силовом контакте износ гребня бандажа колеса значительно выше износа головки рельса.

В данной статье были рассмотрены существующие в настоящее время способы определения коэффициента трения скольжения трибологической пары любой инженерно-технической системы. Коэффициент трения является одним из основных параметров, характеризующих работу трибологических пар. Устойчивая и эффективная работа трибологических пар в подобных системах наряду с высокими прочностными и усталостными характеристиками является не только основой безопасности, но и перспективным направлением с точки зрения экономических выгод при проектировании и эксплуатации различных устройств и систем. Соответственно эта область исследования является весьма актуальной для железнодорожной отрасли, в частности, для подвижного состава. Обусловливается это большим количеством пар трения в разных узлах пассажирских и грузовых вагонов, а также локомотивов, обеспечивающих безопасное и бесперебойное движение подвижного состава в целом на железных дорогах. Трибологические процессы важны как непосредственно при осуществлении движения, так и для осуществления бесперебойных процессов торможения. В этом вопросе на первый план выходит фактор определения и анализа коэффициента трения скольжения. Одной из таких пар трения является система «колодка - колесо», представляющая собой исполнительный орган тормозной системы железнодорожного поезда. Оптимизация контакта в этой системе является одним из определяющих факторов роста тормозной эффективности при осуществлении торможения, увеличении рабочего ресурса элементов пары трения, сокращении вероятности возникновения дефектов. Поиск новых подходов к изучению вопросов трения является непосредственным катализатором научно-технического прогресса в инженерной отрасли.

Статья посвящена исследованию эффективности применения новых выпрямительно-инверторных преобразователей электровозов переменного тока с коллекторным тяговым приводом. Рассмотрены аспекты организации тяжеловесного движения по электрифицированным железным дорогам Сибири и Дальнего Востока России с учетом обеспечения пропускной и провозной способности. Отмечается, что задача обеспечения пропускной и провозной способности электрифицированных участков железных дорог по устройствам электроснабжения в значительной мере зависит от величины напряжения в контактной сети. Предметами исследования являются параметры системы тягового электроснабжения 25 кВ, 50 Гц при работе электровозов с выпрямительно-инверторными преобразователями на базе тиристоров и IGBT-транзисторов. Для сравнительной оценки эффективности применения электровозов с выпрямительно-инверторными преобразователями на базе IGBT-транзисторов относительно параметров существующих электровозов с выпрямительно-инверторными преобразователями на базе тиристоров выполняется количественная оценка уровня напряжения, токов и потерь напряжения в тяговой сети переменного тока. Произведен анализ осциллограмм кривых тока и напряжения тиристорного и IGBT-транзисторного выпрямительно-инверторных преобразователей. Для сравнительной оценки предложено использовать коэффициент подобия кривых тока электровозов с различными типами выпрямительно-инверторных преобразователей, рассчитанный методом эквивалентной синусоиды. Построение векторных диаграмм токов и напряжений в контрольных точках системы тягового электроснабжения переменного тока выполнялось при помощи графоаналитического метода, в результате рассчитаны напряжения и потери напряжения в контрольных точках тяговой сети. Численно доказывается, что электровозы с новыми выпрямительно-инверторными преобразователями на базе IGBT-транзисторов имеют в три раза меньшие суммарные потери напряжения в тяговой сети по сравнению с аналогичными показателями работы тиристорного преобразователя.

Вопросы повышения эффективности основной деятельности компании ОАО «РЖД» в настоящее время актуальны и значимы. Согласно положениям основных стратегических документов компании ключевые показатели эффективности использования локомотивов должны улучшаться к 2025 г. и на перспективу до 2035 г. Статья посвящена анализу проблем и предложениям по совершенствованию управления электровозами, выполняющими большую часть перевозочной работы на железных дорогах РФ. Выполнен анализ возможностей улучшения основных эксплуатационных показателей локомотивного комплекса через повышение эффективности организации работы электровозов. Одним из ключевых показателей эффективности локомотивного комплекса является среднесуточная производительность электровозов. Для улучшения данного показателя необходимо увеличивать объемы работы, приходящейся на единицу тягового электроподвижного состава. В работе отмечены два пути достижения этого. Во-первых, качественное улучшение перспективных локомотивов, повышение их тяговых свойств, а во-вторых, совершенствование технологии управления тяговыми ресурсами. Показано, что для достижения целевых ориентиров компании ОАО «РЖД» необходима обязательная реализация второго направления, а именно внедрение и совершенствование полигонных технологий управления тяговыми ресурсами с переходом на удлиненные плечи работы электровозов. Отмечены основные требования и условия для осуществления данных технических решений.

Управление интермодальными перевозками является сложным и ответственным процессом. При осуществлении международных и межконтинентальных контрейлерных перевозок традиционно используется железнодорожный транспорт. Задача железнодорожного транспорта заключается в обеспечении транспортировки по так называемым «сухопутным мостам» - сухопутным участкам, на которых маршрут начинается или заканчивается или через которые он проходит транзитом. Несмотря на значительный уровень компьютеризации и информатизации, уровень задержек доставки грузов в области контрейлерных интермодальных перевозок не уменьшается. Неудовлетворительная скорость продвижения контрейлерных поездов является существенным фактором возникновения этих задержек. Данная проблема является общей, а не только предстает перед интермодальными операторами, эксплуатирующими Сибирский и Евразийский континентальные сухопутные мосты, которые проходят соответственно по территории России и Казахстана и для доставки товаров из Японии, Южной Кореи и Тайваня в страны Восточной Европы. Названная проблема касается также и Американского, и Канадского сухопутных мостов, через которые японские товары попадают к потребителям в США и Канаде и через порты Германии и Нидерландов к потребителям в Западной Европе. Такая ситуация сложилась вследствие отсутствия действенных подходов к построениям систем управления, которые бы демонстрировали высокий уровень эффективности в условиях неопределенности, которая является естественной составляющей перевозочного процесса.

В условиях санкционной политики западных стран основными экономическими партнерами России и потребителями товарных потоков становятся страны Азиатско-Тихоокеанского региона (АТР). По итогам восьми месяцев 2022 г. товарооборот между Российской Федерацией и Китайской Народной Республикой (КНР), по данным Главного таможенного управления КНР, увеличился на 31,4 % и составил 117,2 млрд долларов [1]. Китайская Народная Республика граничит с южными регионами Дальнего Востока России - Амурской областью, ЕАО, Приморским, Забайкальским и Хабаровским краями. В Хабаровском крае расположено девять пограничных пунктов пропуска: воздушные, речные, смешанные, автомобильные, морские, что позволяет формировать новые мультимодальные транспортные маршруты по доставке внешнеторговых грузов. Целью настоящей статьи является рассмотрение альтернативных вариантов мультимодальной транспортировки внешнеторговых грузопотоков через транспортную сеть Хабаровского края и перегрузочные пункты Амурского бассейна. Задачами данного исследования являются анализ объемов внешнеторгового товарооборота между Россией и Китаем, разработка технологических схем перевозки контейнеров на направлении « речные порты КНР - Хабаровский речной порт (РФ) - наземный транспорт - западные регионы», рассмотрение перспективных маршрутов транспортировки внешнеторговых грузов через грузопассажирские пункты пропуска «Покровка - Жаохэ» и остров Большой Уссурийский Амурского бассейна. Предметом данного исследования является транспортно-логистическая инфраструктура международных мультимодальных маршрутов Амурского бассейна. В данной работе использованы теоретические методы исследования, включая системный анализ и синтез информации. В статье рассматриваются характеристика терминально-логистической инфраструктуры речных портов Амурского бассейна и динамика перевозки контейнеров речным транспортом из портов Китая на терминалы Хабаровского речного порта, дано технико-технологическое обоснование организации постоянной зоны таможенного контроля на станции Хабаровск II, описаны преимущества использования пограничного пункта пропуска «Покровка - Жаохэ» как элемента альтернативного мультимодального маршрута транспортировки контейнеров. В заключительной части статьи представлено описание имитационной модели работы смешанного (автомобильно-речного) пункта пропуска при наличии таможенно-транзитных терминалов для оценки пропускной способности пограничных пунктов пропуска Дальневосточного округа.