Известия Транссиба №4(52), 2022

Колесная пара и ее составные элементы (ось и колесо) являются объектами технического регулирования. Поэтому для установления назначенного срока службы по ресурсу в соответствии с ТР ТС 001/2011 и периодичности освидетельствования с учетом параметров живучести элементов подвижного состава в соответствии с РД ВНИИЖТ 27.05.01-2017 необходимо провести оценку эксплуатационной нагруженности, получаемой по результатам ходовых испытаний, с учетом прочностных характеристик детали, которые рассчитываются при проведении стендовых испытаний. В настоящее время для оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) в различных машиностроительных конструкциях широкое распространение получил метод тензометрирования, который позволяет с высокой точностью оценить их работоспособность. Однако определение НДС колесной пары является не только сложной задачей ввиду постоянного вращения и перемещения колесной пары относительно тележки, но и затратной из-за применения специальных бесконтактных измерительных комплексов. Создание динамической модели посредством современных программных комплексов позволяет определять НДС элементов колесной пары путем создания динамических моделей как системы абсолютно твердых и упругих тел, связанных силовыми элементами и шарнирами. Для подтверждения адекватности получаемых параметров при моделировании проводят верификацию по результатам ходовых динамико-прочностных испытаний. Таким образом, с использованием полученной модели подвижного состава и пути можно проводить оценку ресурса, живучести и оптимизацию основных элементов подвижного состава. На примере модели грузового полувагона получена диаграмма зависимости распределения амплитуд динамических напряжений от частоты их возникновения в колесе и с учетом результатов ранее проведенных стендовых испытаний стандартных образцов и натурных колес, определен период живучести с момента зарождения трещины в колесе и до его излома, а также дана оценка коэффициента запаса по живучести.

Статья посвящена исследованию влияния ветровой нагрузки на аэродинамическую составляющую сопротивления движению грузового поезда. Полученные результаты способствуют пониманию влияния аэродинамического сопротивления на расход топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) на тягу поездов. В статье показана высокая значимость рассматриваемой проблемы для Российских железных дорог (ОАО «РЖД»), сделаны выводы из анализа статистических данных маршрутов машинистов, работающих на участке Палласовка - Верхний Баскунчак, который является подверженным ветровым нагрузкам. При помощи приложения SOLIDWORKS создана модель поезда с локомотивом и полувагонами в сцепе на железнодорожной насыпи, а с помощью расширения SOLIDWORKS Flow Simulation смоделирована ветровая нагрузка, разная по скорости, изменяющаяся под углом от 0 до 90 º. Получены значения силы аэродинамического сопротивления движению на поезд в целом и на каждую единицу подвижного состава в отдельности. Методами теории тяги поездов выполнена оценка влияния аэродинамического сопротивления на расход топлива на тягу. На основе полученных значений сил аэродинамического сопротивления и картин распределения воздушных потоков сделаны выводы о влиянии загрузки полувагона на увеличение сопротивления движению. Сделаны выводы о влиянии ветровой нагрузки на каждую единицу подвижного состава в поезде. Установлено, что при направлении ветра под углом к оси пути сила ветрового воздействия увеличивается по сравнению со случаем, когда угол между осью пути и вектором скорости равен нулю. Данные эксперимента об увеличении сопротивления от ветровой нагрузки подтверждаются теоретическим расчетом и практической обработкой маршрутов машинистов. Данная статья демонстрирует необходимость отдельного нормирования ТЭР при возникновении ветровых нагрузок, может быть полезна при дальнейшем детальном изучении аэродинамического сопротивления грузовых поездов.

Одним из свойств надежности электроснабжения электроподвижного состава железных дорог является безотказная работа системы тягового электроснабжения в различных режимах ее работы. Для послеаварийных и вынужденных режимов работы системы тягового электроснабжения характерно снижение показателей нагрузочной способности. С целью обеспечения пропускной и провозной способности участка железной дороги по устройствам тягового электроснабжения предлагается рассмотреть применение устройств накопления электроэнергии на электроподвижном составе и в системе тягового электроснабжения. Исследования, проводимые отечественными и зарубежными учеными, позволяют оценить эффективность альтернативных решений по повышению надежности электроснабжения, к которым относятся различные варианты применения устройств накопления электроэнергии на электроподвижном составе и в системе тягового электроснабжения. В настоящей статье представлены результаты обзора указанных решений, предложена имитационная модель системы тягового электроснабжения и электроподвижного состава с устройствами накопления электроэнергии на базе различных аккумуляторов и суперконденсаторов. Моделирование изменения режимов работы системы тягового электроснабжения выполнено с учетом управления состоянием коммутационных аппаратов. Результаты расчетов позволяют оценить падение напряжения на выходе накопителей электроэнергии, в том числе с учетом экспоненциальной зоны разрядной характеристики аккумуляторов, оценить изменение напряжения для заданной электротяговой нагрузки в зависимости от энергоемкости накопителя, выполненного на основе наиболее распространенных типов аккумуляторов и суперконденсатора.

В настоящее время в тормозной системе эксплуатируемых вагонов существует проблема нехватки тормозного нажатия колодки на колесо, необходимого для движения поезда с установленной скоростью согласно нормативной документации. Это связано с тенденцией роста массы поездов и максимальной загрузки вагонов при неизменной массе тары, что требует расширенного диапазона регулирования давления в тормозном цилиндре воздухораспределителем или авторежимом в зависимости от загрузки вагона. Для решения этой проблемы были произведены расчеты тормозного коэффициента вагонов, оборудованных воздухораспределителями № 483, которые показали недостаточность оснащенности тормозами грузового вагона для следования в составе поезда с установленной скоростью. В ходе инженерных исследований выяснилось, что увеличение жесткости пружины груженого и среднего режимов может увеличить регулировочный диапазон воздухораспределителя и частично решить проблему нехватки тормозного нажатия. Таким образом, предлагается пересчитать жесткость регулировочной пружины. Произведены расчеты жесткости штатных и предлагаемых пружин. Заново рассчитан тормозной коэффициент с учетом увеличившейся жесткости пружины. В итоге этот коэффициент увеличился, что позволяет снять ограничения по скорости. Предложенный способ модернизации воздухораспределителя можно осуществлять на всех видах ремонта, что облегчает процесс внедрения.

Рассмотрена конструкция гидростатического привода вентилятора системы охлаждения дизелей пассажирских локомотивов серии ТЭП70 в/и. По результатам анализа неисправностей узлов и деталей системы охлаждения тепловозов установлено, что основными причинами выхода из строя гидростатического привода вентиляторов являются разрушение корпуса и перегрев подшипников гидромотора, утечка масла в месте установки резиновой диафрагмы и потеря жесткости пружины терморегулятора. Причинами возникновения перечисленных неисправностей чаще всего являются нарушение температурных режимов работы и низкий ресурс деталей. В статье рассмотрены вопросы по повышению эффективности работы гидростатического привода вентилятора системы охлаждения дизелей локомотивов. Увеличения ресурса гидромотора можно достичь путем исключения холостого режима из времени его работы, так как он связан жесткой муфтой с ведущим валом от дизеля. Обеспечение независимости работы гидромотора относительно работы дизеля возможно с помощью изменения конструкции гидропривода вентилятора путем установки промежуточного звена для передаточного момента вращения вала только в период необходимой полезной работы при достижении определенной температуры масла. Для повышения надежности работы терморегулятора рассмотрена возможность установки дополнительного резинового кольца с повышенной силой натяга для безаварийной работы терморегулятора при достижении максимального давления и при снижении вязкости масла. Неисправность терморегулятора часто ведет к самым серьезным последствиям, вплоть до выхода локомотива из строя, где наиболее частой причиной является потеря жесткости пружины терморегулятора, с последующим заеданием золотника, что влияет на перенаправление потока масла, и, как следствие, высока вероятность повышения температуры масла и (или) воды в системе. Рассмотрены основные неисправности гидропривода вентилятора и способы их решения, что позволит значительно повысить надежность работы и эффективность работы пассажирских локомотивов.

Статья посвящена описанию требований к точности контрольных приспособлений и разработке методов обеспечения заявленной размерной точности методами размерного анализа. Перечислены условия обеспечения точности схемы сборки, определения размерной цепи и размерного анализа размерной цепи при сборке контрольного приспособления, а также основные причины возникновения погрешностей при сборке и пути их устранения. Кроме того, представлены последствия влияния нерегламентированных зазоров в сопряжениях деталей контрольного приспособления на точность измерений, рассмотрены различные виды сборочных размерных цепей, задачи, решаемые при расчете размерной цепи. В работе приведена составленная размерная цепь технологического процесса сборки средства измерений для контроля соосности вкладышей моторно-осевых подшипников тяговых электродвигателей локомотивов, которая представляет размерную цепь первого типа и является цепью с линейными размерами и расположенными вертикально параллельными звеньями. Цель работы заключается в обосновании рассчитанных допусков и предельных отклонений звеньев сборочной размерной цепи, обеспечивающих требуемое значение замыкающего звена для правильного функционирования собираемого средства измерений. В работе описываются выбор замыкающего звена размерной цепи, выбор составляющих размерную цепь звеньев, расчет предельных отклонений замыкающего звена, обеспечивающих требуемую точность измерений при эксплуатации контрольного приспособления и расчет предельных отклонений составляющих звеньев размерной цепи по методу «максимума-минимума». Таким образом, в статье представлено решение проектной задачи размерного анализа, заключающейся в определении точности составляющих звеньев размерной цепи при сборке контрольного приспособления по известному рассчитанному допуску замыкающего звена и его предельным отклонениям.

В настоящей статье рассматривается возможность применения в энергетической схеме автономного локомотива (тепловоза) гибридного источника энергии, который представляет собой дизельный двигатель внутреннего сгорания и тяговый накопитель энергии, выполненный в исполнении литий-ионной аккумуляторной батареи. Цель работы заключается в описании эффективности работы тягового накопителя энергии в режиме тяги и в режиме запуска дизельного двигателя внутреннего сгорания. При этом штатная свинцово-кислотная аккумуляторная батарея исключается из схемы вагона и заменяется тяговой аккумуляторной батареей. Методами численного моделирования в статье рассмотрены возможность запуска дизельного двигателя внутреннего сгорания тяговой литий-ионной аккумуляторной батареей, возможность увеличения момента тяговых электродвигателей и технические характеристики локомотива при включении литий-ионной тяговой аккумуляторной батареи в качестве дополнительного источника энергии в режимах тяги. Актуальность полученных результатов заключается в получении данных по увеличению весовой нормы поезда при использовании на тепловозе гибридного источника энергии. Результаты работы демонстрируют эффективность применения тяговой аккумуляторной батареи при использовании в режиме тяги и при запуске дизельного двигателя и улучшение при этом эксплуатационных характеристик локомотива. Выводы работы содержат в себе анализ полученных результатов математического моделирования применения тяговой аккумуляторной батареи.

Предметом исследований является оценка эффективности разных режимов энергооптимального управления движением грузового поезда унифицированной массы грузовыми электровозами переменного тока серии «Uz-El» с асинхронными электродвигателями на равнинном участке Коканд - Андижан Узбекской железной дороги. Цель исследования: обоснование основных показателей эффективности локомотивов электрической тяги с учетом заданного графика движения при помощи различных вариантов оптимального режима управления движением грузового поезда с унифицированной массой состава на реальном равнинном участке Узбекской железной дороги. Методы и методологию исследования составляют теоретические основы локомотивной тяги, математическая теория оптимального управления объектом, а также язык программирования С# (C Sharp) с разработкой макетных приложений в среде программирования Microsoft Visual Studio 12.0. В результате проведенного исследования получены энергооптимальные кривые, кинематические параметры движения грузового поезда и параметры основных показателей энергетической эффективности исследуемого электровоза для разных вариантов тягового расчета на реальном равнинном участке Коканд - Андижан Узбекской железной дороги. Полученные кинематические параметры движения грузовых поездов с унифицированной массой состава и параметры показателей эффективности использования исследуемых электровозов могут быть использованы в локомотивном депо Коканд, которые позволят разработать режимные карты вождения грузовых поездов этими электровозами в зависимости от уровня сложности профиля пути и различных условий организации железнодорожных перевозок грузов.

Предметом рассмотрения настоящей статьи является тяговый электродвигатель тепловоза. Тяговый электродвигатель (ТЭД) - основной элемент передачи мощности, следовательно, от его надежности зависит и надежность тепловоза в целом. Рассмотрены основные причины отказов тяговых электродвигателей в эксплуатации. На основании анализа статистических данных можно утверждать, что наиболее повреждаемой частью тягового электродвигателя является его якорь. В условиях введения новых классов нагревостойкости изоляции новым стандартом - ГОСТ 2582-2013 - обеспечение надежности якоря особенно актуально. Установлены причины наиболее распространенных отказов ТЭД в эксплуатации: нарушение целостности изоляции обмотки острыми краями крайних листов пакета железа сердечника якоря при укладке обмотки в пазы сердечника, вибрация крайних листов пакета железа сердечника якоря при воздействии электромагнитных сил с частотой, кратной числу полюсов электродвигателя, несовершенство системы крепления лобовых частей обмотки якоря, несоответствие коэффициентов температурных линейных удлинений меди обмоток, изолирующих ее материалов и стального сердечника якоря. Результатом анализа конструкции серийных ТЭД явились предложения по совершенствованию конструкции узлов, наиболее подверженных отказам. Для устранения пробоев изоляции якорей в эксплуатации предложены новая конструкция нажимных шайб и усовершенствованная технология пропитки якорей серийно выпускаемых тяговых электродвигателей тепловозов. Предлагаемые конструктивные решения могут быть использованы как при создании новых конструкций ТЭД для перспективных тепловозов, так и при модернизации серийных конструкций. Таким образом, применение предложенных конструктивных и технологических решений позволит повысить надежность ТЭД тепловозов.

В настоящей статье рассмотрен процесс изнашивания материала гребня бандажа колеса при движении локомотива в кривой заданного радиуса. Методология проведения рассматриваемого в данной статье исследования заключалась в том, что на основе выражения для глубины проникновения головки рельса в материал гребня бандажа было рассмотрено движение колеса по внутреннему рельсу в кривой. При этом учитывалось, что точка контакта на гребне бандажа будет двигаться по грани рельса с проскальзыванием и что область контакта является довольно узкой поверхностью с границей, близкой к эллипсу. Получены формулы для расчета скорости и пути проскальзывания точки контакта гребня бандажа колеса локомотива с рельсом. В результате исследования были выведены уравнения для оценки таких величин, как объем, интенсивность и скорость изнашивания бандажа (в расчете на один оборот колеса). Показано, что полученные в результате проведенной работы выражения могут быть использованы для расчета интенсивности износа гребня бандажа при движении локомотива в кривой заданного радиуса. Величина износа материала гребней бандажей колесных пар может определяться на основе полученных уравнений индивидуально для конкретной серии локомотива и заданного полигона его эксплуатации.

В данной статье рассмотрена проблема потери упругих свойств рельсовых скреплений Pandrol Fastclip в процессе эксплуатации. Исследования связаны с прогнозированием динамики изменения упругих свойств прижимных клемм скрепления Pandrol Fastclip в процессе их длительной эксплуатации и предусматривается создание методов управления (регулирования) нажатием клемм скрепления на подошву рельсов, что гарантирует безопасность движения поездов с установленными скоростями. На базе проведенных исследований разработана конструкция устройства, повышающего усилие нажатия клемм скрепления на подошву рельсов. Это устройство обеспечит получение оптимальных параметров прикрепления рельсов к подрельсовому основанию на всех этапах эксплуатации железнодорожного пути. При этом не будет необходимости проводить замену дорогостоящих импортируемых упругих клемм скрепления Pandrol Fastclip в случаях снижения упругости клемм в действующем пути. Результаты исследований актуальны для десятков зарубежных железных дорог, где эксплуатируются модификации скрепления Pandrol Fastclip: Pandrol Fastclip FC, Pandrol Fastclip FCA, Pandrol Fastclip FE, Pandrol 350, Pandrol SFC, Pandrol 1520 и др. Предлагаемая технология проведения работ по повышению уровня технического состояния конструкции промежуточного рельсового скрепления не потребует предоставления «окон» в графиках движения поездов, что не повлияет на провозную и пропускную способность железнодорожного пути и не будет влиять на задержки графиковых поездов.

На основе предложения формирования железнодорожного пути оперативного развертывания без балласта с применением подрельсового основания с вязкоупругим элементом, принудительно наполняемым жидкостью Ньютона и укладываемым на неподготовленную поверхность без балласта, приводится пример расчета взаимодействия колеса и рельса с этим элементом на основе энергетического метода. Обосновывается возможность применения конструкции подрельсового устройства для оперативной укладки железнодорожного пути в сложных условиях на неподготовленную поверхность без балластного слоя пути. Рассматривается упругое динамическое воздействие колеса на рельс с начальными скоростями по подрельсовому основанию в виде короба с оболочками, уложенного на неподготовленную поверхность. Кинетическая энергия колеса, ударяющего о рельс, уложенный на предлагаемое подрельсовое основание, переходит не только в потенциальную энергию деформации, но и в энергию волновых и колебательных процессов. Для повышения точности решения задачи динамического воздействия учитывается переход части энергии в энергию местных деформаций в контактной области колеса с рельсом. В течение короткого промежутка времени после касания колеса с некоторой скоростью все элементы рельса приобретают некоторую скорость деформации. Предполагается, что в момент касания колеса рельс не изменяет свою первоначальную форму, а уменьшение скорости колеса происходит за счет местного деформирования контактирующих тел; данный период удара будет длиться до выравнивания скоростей двух тел, после чего начнется изменение формы срединной поверхности рельса, моделируемого балкой типа Бернулли - Эйлера. Поскольку кинетическая энергия колеса переходит в потенциальную энергию изгиба, при расчете масса ударяемого тела учитывается как нагрузка колеса на рельс.

В данной статье приведены перспективные и широко используемые в транспортном строительстве способы усиления земляного полотна с применением геотекстиля в качестве армирующей и разделяющей прослойки. Предложено осуществить укладку покрытий из геотекстиля вручную в зонах рельсовых стыков уравнительного пролета бесстыкового пути по 6 - 10 шпал в каждую сторону от стыка, всего 12 - 20 шпал, где предусмотрено введение скоростного и высокоскоростного пассажирского движения. Даны основные технические требования и ограничения по геометрическим размерам к геотекстилю при усилении основной площадки земляного полотна. Приведена технология укладки армирующих геотекстилей вручную при необходимости усиления небольшого участка железнодорожного пути при текущем обслуживании и ремонте железнодорожного пути. Описана последовательность выполнения основных работ по устройству покрытий из геотекстиля вручную в технологические «окна». Экспериментально были проведены работы по устройству покрытий из геотекстиля вручную в зонах рельсовых стыков уравнительного пролета бесстыкового пути по 6 шпал в каждую сторону от стыка на железнодорожных участках Ташкентской дистанции пути (ПЧ-2). Предложена конструкция по усилению основной площадки земляного полотна в зонах рельсовых стыков. Приведены основные требования по контролю качества выполнения строительных работ в конструкциях с применением прослойки из геотекстильных материалов.

В статье рассмотрены вопрос взаимодействия пути и подвижного состава и связь факторов, оказывающих влияние на комфорт проезда пассажиров. Приведены примеры показателей комфорта проезда пассажиров и рассмотрены возможные причины возникновения в пути отступлений геометрии рельсовой колеи. Проанализированы результаты опытных поездок и приведены данные, получаемые штатными средствами диагностики. Построены натурные неровности в плане и профиле на анализируемых участках, где были превышены показатели комфорта. Приведенные данные демонстрируют применение дополнительного индикатора взаимодействия пути и подвижного состава, который целесообразно учитывать для выявления отступления геометрии рельсовой колеи при проведении работ по текущему содержанию пути, поскольку в пути остаются неровности или сочетания неровностей, оказывающие повышенное динамическое воздействие. Стоит отметить, что в настоящее время не все неровности регистрируются, а соответственно такие неровности не устраняются. Используя показатель «комфорта проезда пассажира», рассчитываемый по ускорениям, возникающим в элементах подвижного состава, можно определять места и отступления геометрии рельсовой колеи, влияющие на динамические характеристики подвижного состава, вызывающие повышенные показатели комфорта.

В статье показана актуальность проблемы шумового загрязнения окружающей среды железнодорожным транспортом. Цель исследований - оценить расчетными и инструментальными методами соответствие существующих уровней шума на селитебной территории вблизи железнодорожных путей санитарным нормам, предложить комплекс шумозащитных мероприятий и обосновать их акустическую эффективность. Применяемые методики измерений и расчетов эквивалентных и максимальных уровней шума подвижного состава соответствуют требованиям нормативных документов. Учтены особенности распространения и экранирования звуковых волн в существующей застройке, фоновые шумы, интенсивность движения поездов различных категорий на рассматриваемом участке. Представлены результаты измерений, расчетов и оценок шума, создаваемого грузовыми и пассажирскими поездами, моторвагонным подвижным составом на территории жилой застройки в г. Омске. Установлено значительное превышение предельно допустимых эквивалентных и максимальных уровней шума в жилой застройке. Сравнение расчетных и измеренных значений шума, учитывая стандартную неопределенность расчетных методов и расширенную неопределенность измерений, показало вполне удовлетворительную сходимость полученных результатов и подтвердило значительное превышение санитарных норм шума. Предложен комплекс мероприятий по снижению шума железнодорожного подвижного состава в источнике возникновения и на пути его распространения в сложившейся жилой застройке. Габариты насыпей двух участков железнодорожных путей могут позволить установку экранов малой высоты - до 38 см, геометрия которых спроектирована так, чтобы по отражению излучаемого подвижным составом шума они были по меньшей мере эквивалентны стандартной шумозащитной стенке высотой 2 м. Для участка путей, расположенного в выемке, предлагается установка шумозащитного экрана высотой 6 м и протяженностью не менее 1 км, выполнен расчет его акустической эффективности.

В статье рассмотрены вопросы применения технологии замены инвентарных рельсов на рельсовые плети бесстыкового пути. Для производства работ по замене рельсовых плетей в качестве ведущих машин выбраны экскаваторы на комбинированном ходу, которые в последние годы широко применяются при производстве работ для текущего содержания и ремонта железнодорожного пути. В работе представлены результаты сравнительный оценки применения технологии замены рельсовых плетей с использованием навесных оснасток и с использованием пары тележек. Для выбора наилучшей технологии для производства работ по замене рельсовых плетей разработана методика оценки экономической эффективности применения той или иной технологии. Основным показателем в расчетах являлись приведенные эксплуатационные расходы, учитывающие себестоимость машины за единицу работы, затраты на перебазировку машины, на задержку поездов, на заработную плату монтеров пути и на разрядку рельсовых плетей. По результатам расчета установлено, что работу по замене рельсовых плетей при фронте работ до 4 км экономически выгодно проводить по технологии с использованием пары тележек, при фронте работ более 4 км замену рельсовых плетей целесообразно проводить по технологии с использованием навесных оснасток. Максимальный экономический эффект при использовании технологии с применением навесных оснасток достигается при фронте работ 10 км. Сравнение результатов работ по двум технологиям дает основание заключить, что при трехчасовом «окне» объем выполняемых работ по технологии с применением навесных оснасток в 1,7 раза превышает объем работ, выполняемых по технологии с применением пары тележек.