Известия Транссиба №2(62), 2025

В данной статье рассмотрены методы совершенствования механической части грузовых магистральных электровозов серии 2ЭС6 «Синара» для улучшения показателей их динамических качеств и тяговых свойств. Согласно статистическим данным, за 2024 год случаи выхода из строя механического оборудования электровозов 2ЭС6 находятся на третьем месте по количеству неисправностей, что составляет 8,5 % от общего количества неплановых ремонтов. Данный факт свидетельствует о несовершенстве конструкции механической части и необходимости ее модернизации. С помощью математического моделирования выполнена оценка динамических и тяговых качеств локомотивов с двумя видами рессорного подвешивания буксовой ступени (типовым и модернизированным). Установлено, что при скоростях от 40 до 100 км/ч у локомотива с компенсирующим устройством ускорения кузова в 2 раза, а тележки в 1,8 раза ниже, чем аналогичные показатели локомотива с типовой схемой обрессоривания. Предложена имитационная модель узла подвешивания ТЭД, позволяющая оценить показатели динамической нагруженности типовой и усовершенствованной схем подвешивания ТЭД локомотива 2ЭС6. Результаты моделирования показали, что концентраторами напряжений в корпусе ТЭД являются его опорные узлы, а именно, места крепления поводка и моторно-осевых подшипников. Результаты моделирования соответствуют статистическим данным отказов ТЭД по причине появления трещин в корпусе, что подтверждает адекватность модели. Предложена усовершенствованная конструкция системы подвешивания ТЭД к раме тележки электровоза 2ЭС6 для обеспечения снижения негативного воздействия динамических нагрузок на крепежные узлы ТЭД и механическую часть локомотива. Теоретические исследования усовершенствованной конструкции, проведенные с помощью математической модели, показали, что при скорости локомотива, равной 80 км/ч, максимальные напряжения в контрольных точках ТЭД снижаются в среднем на 30 % по сравнению с типовой схемой подвешивания.

Статья посвящена рассмотрению централизованной архитектуры систем управления и обеспечения безопасности движения поездов, использующих цифровой радиоканал передачи данных, централизованной архитектуры, основанной на применении облачных технологий, а также децентрализованной архитектуры. Полноценная идеальная централизованная архитектура использует принцип размещения на центральном сервере всех алгоритмов системы управления и обеспечения безопасности движения поездов. При централизованной архитектуре на сервере имеется база данных линии с информацией обо всех ее параметрах, включая объекты управления, постоянные ограничения скорости, объекты в пути следования: комплексы технических средств контроля за состоянием подвижного состава, контрольно-габаритные устройства, автоматическая переездная сигнализация и др. Архитектура, использующая облачные технологии, также имеет единую базу данных, но все функции сбора, анализа, обработки данных, а также управления движением поездов сосредоточены на центральной серверной платформе, размещенной в специализированных железнодорожных центрах обработки данных и в едином диспетчерском центре, которые могут быть территориально разнесены и объединены между собой единой сетью передачи данных. В статье рассмотрена децентрализованная архитектура, которая предполагает отсутствие каких-либо логических функций, обеспечивающих безопасность движения на стороне стационарных устройств инфраструктуры. Целью данной статьи является разработка архитектур и обоснование целесообразности их применения. Технические решения, разработанные различными компаниями, отличаются друг от друга алгоритмами реализации, применяемыми интерфейсами, структурными и архитектурными решениями и местными условиями эксплуатации, что является большим неудобством для эксплуатирующего персонала, а также для внесения изменений в аппаратно-программную часть систем при изменении путевого развития и элементов инфраструктуры. Практическая значимость статьи заключается в обосновании целесообразности приведения к единой архитектуре и единому формату данных и единым интерфейсам компонентов системы обеспечения безопасности движения поездов.

Статья посвящена рассмотрению вопроса обеспечения сохранности перевозимых на открытом подвижном составе мелкодисперсных углей за счет минимизации их потерь от выдувания. Разработана и исследована аэродинамическая модель процесса выдувания угля при его перевозке в полувагонах с применением специализированных программных комплексов в области исследования гидрогазодинамики (CFD), которая позволила численно оценить размеры потерь угля от выдувания с использованием данных об аэродинамических параметрах воздушных потоков, обтекающих поверхность груза. Исследование влияния скорости движения поезда на размеры потерь мелкодисперсных углей от выдувания производилось путем моделирования процесса выдувания при варьировании значения скорости поезда от 20 до 140 км/ч, что также позволило установить скорость начала выдувания мелких частиц груза - 40 км/ч. Данное значение скорости согласуется с полученным учеными НИИЖТа в ходе массовых опытных перевозок сыпучих грузов в 60-е - 70-е гг. прошлого столетия, что говорит об адекватности получаемых в ходе моделирования процесса выдувания результатов. Результаты исследования позволили получить численные зависимости размера потерь мелкодисперсных углей от выдувания при изменении скорости движения поезда, что является важным при выборе наиболее эффективных профилактических мероприятий. Дальнейшее уточнение полученных зависимостей для других мелкодисперсных сыпучих грузов видится возможным с использованием разработанной аэродинамической модели процесса выдувания как за счет конкретизации значения критической скорости выдувания отдельного сыпучего груза, так и за счет формирования соответствующей формы поверхности груза, характерной для определенного способа погрузки и параметров модели полувагона, влияющих на высоту погрузки, - не менее важный фактор, определяющий размеры потерь от выдувания.

В статье рассматривается проблема несоответствия инвестиционных вложений в реконструктивные мероприятия и новые проекты развития железнодорожных станций. Непосредственное устранение инфраструктурных ошибок требует серьезных материальных затрат. Авторы предлагают способ снижения негативных последствий от структурных дисбалансов при проектировании станций с помощью имитационного моделирования. В имитационной модели наиболее корректно отображается структура станции и гармонично накладывается технология работы станции, а также учитываются взаимодействие случайных технологических процессов и диспетчерское управление. Это перспективный подход к исследованию транспортных объектов с использованием отечественных разработок в данной отрасли. Так как стоимость транспортной инфраструктуры крайне высока, возникают повышенные требования к методикам расчетов и планирования. В статье описывается важность использования имитационных моделей при проектировании транспортных объектов. Приводятся примеры экспериментов на модели, доказывающие корректность результатов расчетов. Важным моментом является автоматизация процесса построения имитационной модели, благодаря этому исключаются случайные ошибки и неточности, ведущие к некорректным финансовым затратам.

Предмет исследований - подрельсовое основание, содержащее вязкий элемент. Цель исследования - оценка влияния на общую жесткость железнодорожного пути включения в его упругую систему (рельсы, шпалы, балласт и т. д.) вязкого элемента. Конструкция подрельсового основания с вязким элементом описывается обобщенной моделью Максвелла и содержит оболочку, наполняемую ньютоновой жидкостью, в частности, воздухом. Рассматривались пневматические оболочки с разной толщиной. Моделирование проводилось в среде конечно-элементного анализа. Построены математические модели участка пути с подрельсовым устройством, содержащим пневмооболочку. Результаты расчетов показали отсутствие резкого увеличения внутренних силовых факторов и концентрации напряжений в характерных сечениях пути при укладке подрельсового основания с пневматическим элементом. Изменение общей жесткости в вертикальной плоскости не привело к существенному изменению изгибных напряжений в кромках рельсов. При малой толщине оболочки изгибные напряжения в верхней области шпалы уменьшаются до 35 %, а в нижней области шпалы на 15 %. Максимальный рост изгибных напряжений в оболочках до 8 % наблюдается при резком перепаде толщин оболочек. Сжимающие напряжения на шпале в подрельсовой зоне увеличиваются при малой толщине оболочки устройства из-за перераспределения усилий на меньшее количество подрельсовых опор при изменении общей жесткости конструкции. Увеличение толщины оболочек до 40 см приводит к росту механических напряжений до 20 %, что является допускаемым значением с большим запасом. Применение подрельсовых оснований с вязким элементом рекомендуется для временного железнодорожного пути при его укладке взамен балласта и шпал, что позволяет оперативно уложить путь и также оперативно демонтировать его.

Предметом исследования является проблема возникновения «горячей сердцевины» при интенсивном охлаждении железнодорожных рельсов, что является критически важным при подготовке рельсов к закреплению в летний период. В работе выполнено научное обоснование предложенных методов минимизации явления «горячей сердцевины» и методы минимизации данного явления для обеспечения равномерного температурного поля по сечению рельса. Методология исследования включает в себя анализ влияния ограниченной теплопроводности стали на формирование температурного градиента и его негативное воздействие на геометрию рельса, внутренние напряжения и точность закрепления. В ходе работы предложены и обоснованы методы снижения эффекта «горячей сердцевины», включающие в себя управление режимами охлаждения (каскадное и поэтапное снижение интенсивности), расширение зон активного теплоотвода путем многостороннего охлаждения, а также применение комплексного численного моделирования. Результаты исследований показывают, что каскадное охлаждение с паузами позволяет эффективно перераспределить тепло из сердцевины к поверхности, значительно снижая температурные градиенты по сечению рельса, что подтверждается результатами численного моделирования. Поэтапное снижение интенсивности охлаждения предотвращает чрезмерные градиенты на поздних стадиях охлаждения. Комплексное численное моделирование позволяет не только прогнозировать деформации и напряжения, но и визуализировать оптимальные температурные поля, оптимизируя параметры охлаждения для достижения равномерной температуры закрепления. Предложенные методы обеспечивают стабильность и долговечность бесстыкового пути. Эффективное управление внешним теплообменом является ключевым для решения проблемы «горячей сердцевины». Внедрение предложенных стратегий позволяет минимизировать температурные градиенты, снизить риск внутренних дефектов и повысить точность закрепления рельсов, что напрямую влияет на их эксплуатационную прочность и безопасность.

Статья посвящена разработке математической модели прогнозирования потерь времени в железнодорожных контейнерных перевозках. Потери классифицированы в контексте концепции бережливого производства: «muda» (ожидание), «muri» (перегрузка) и «mura» (неравномерность). Взаимосвязь между величиной потерь времени, неравномерностью потока и загруженностью ресурсов исследована с помощью математического аппарата теории графов и теории систем массового обслуживания. Для расчета средней длины очереди и ожидаемого времени задержки контейнеров применена адаптированная формула Полячека - Хинчина. Предложенная формула позволяет прогнозировать средние потери времени, возникающие в процессе доставки контейнера и вызванные перегрузкой транспортных узлов и (или) отдельных терминалов, а также вариабельностью контейнеропотока. Проведена верификация модели на основе реальных данных железнодорожного пункта пропуска Забайкальск, демонстрирующая адекватность прогноза. Вместе с тем повышение точности прогноза требует модификации модели за счет включения дополнительных факторов, влияющих на формирование очереди, таких как: приоритетность обслуживания отдельных потоков, недетерминированный характер скорости обслуживания и иные переменные, не учтенные в текущей версии модели. С использованием модели установлены зависимости времени пребывания контейнера в очереди от степени загрузки узла и коэффициента вариации потоков. Проведенное исследование показало, что влияние вариативности потока на очередь существеннее при высоком уровне загрузки узла, поэтому в условиях дефицита инфраструктуры критически важно обеспечивать снижение неравномерности и неопределенности контейнеропотока. Обоснованы рекомендации по снижению потерь времени, включая повышение пропускной способности, синхронизацию расписаний движения поездов и распределение груза по маршрутам с минимальной нагрузкой. Выводы имеют практическую значимость для участников контейнерного рынка, позволяя прогнозировать сроки доставки и выбирать маршруты с минимальным уровнем логистических рисков и потерь. Результаты могут способствовать повышению общей эффективности функционирования российских железных дорог.

В данной статье подробно проанализированы актуальные вопросы повышения эффективности выполнения грузовых операций с вагонами на грузовых железнодорожных станциях и прилегающих к ним подъездных путях. Основное внимание уделено сокращению избыточного времени простоя вагонов, автомобильного и другого подвижного состава за счет совершенствования технологической последовательности погрузочно-разгрузочных процессов, а также рационализации использования технических средств. В исследовании обоснована необходимость оснащения грузовых фронтов требуемым количеством современных погрузочно-разгрузочных машин для обеспечения своевременной обработки прибывающих в вагонах грузов различных категорий. В соответствии с фактической интенсивностью грузопотока, определяются наиболее загруженные фронты, находящиеся на критическом пути, и предлагается их оптимальное распределение с учетом количества, производительности и загрузки используемых технических ресурсов. Такой системный подход создает реальные предпосылки для своевременного выполнения всех грузовых операций в рамках установленных сроков, минимизирует риски задержек и обеспечивает устойчивый ритм работы станции. В статье предложены направления дальнейшего совершенствования организации локальной работы станции путем построения рационального и сбалансированного суточного графика. Применение методов сетевого планирования позволяет точно определить критически важные операции, задержка которых может вызвать сбои в графике, и обеспечивает надежную координацию всех этапов обработки вагонов. В результате достигается комплексное повышение эффективности управления грузовой станцией и ее производственной деятельности. С целью предотвращения простоев транспортных средств при подаче и уборке этих вагонов целесообразно для более эффективной организации данного процесса осуществлять его с помощью программы Microsoft Project.

В современных условиях работы предприятий транспортной отрасли, где важным аспектом является энергоэффективная организация производственных процессов, важно учитывать характеристики этих процессов, влияющие на потребление энергоресурсов. Статья посвящена обоснованию необходимости учета характеристик различных типов грузовых поездов при организации системы управления расходом энергоресурсов на их тягу. В статье представлены результаты проверки однородности выборок данных о величине удельного расхода электроэнергии на тягу грузовых поездов различного типа по диапазонам величины средней осевой нагрузки вагона в составе на одном из участков работы локомотивных бригад ОАО «РЖД». С помощью метода пошаговой регрессии с исключением переменных были разработаны регрессионные модели для различных типов грузовых поездов, описывающие потребление электроэнергии на тягу. Виды регрессионных уравнений для различных типов грузовых поездов различаются при сравнении их в одинаковых диапазонах величины средней осевой нагрузки. Это подчеркивает важность использования индивидуального подхода к каждому типу поезда при управлении расходом энергоресурсов. Оценка качества регрессионных моделей, созданных на основе данных о поездках каждого типа грузового поезда в отдельности и на основе обобщенных данных о поездках грузовых поездов, показала, что деление данных на кластеры по типам грузовых поездов повышает качество моделей прогнозирования величины удельного расхода на тягу поездов. Таким образом, результаты исследования могут быть использованы для повышения качества деятельности по управлению расходом энергоресурсов на тягу поездов.

Рассматривается актуальность оптимизации тепловой работы и конструкции печных установок с камерным высокотемпературным режимом тепловой обработки металла. Предложена методика их комплексной оптимизации. Комплексная оптимизация печной установки заключается во взаимосвязанной и комплексной оценке влияния каждого элемента ее функциональной схемы на тепловую работу установки. Функциональная схема печной установки включает в себя систему топливоподачи и топливоприготовления, оборудование системы воздухоснабжения с рекуператором для подогрева воздуха, идущего на горение топлива, систему удаления в окружающую среду уходящих из рабочего пространства установки продуктов сгорания топлива с оборудованием для утилизации их низкопотенциальной теплоты. Данная методика комплексной оптимизации печной установки позволяет определять значения оптимальных параметров тепловой работы и конструкции печных установок на основе системного анализа и системного подхода. Данная методика обеспечивает установление оптимального соотношения между расходом топлива, потерями на окисление металла, совокупными затратами на качество тепловой обработки металла, достижение оптимальных пропорций в распределении капиталовложений между отдельными узлами и элементами печной установки, т. е. тем самым достигается оптимизация внутренней структуры печной установки. Предложены функциональная схема печной установки и мнемосхема ее комплексной оптимизации при решении задачи целесообразного ее проектирования.

В статье представлена разработанная методика оптимизации режимов работы водохозяйственного комплекса, учитывающая влияние природного аккумулятора гидроресурса - Каменской поймы. Основу исследования составляет оценка синергетической стоимости гидроресурса как интегрального показателя надежности, экологичности и социально-экономической эффективности. Целью работы является создание методологии, согласующей интересы энергетики, судоходства и экологии для повышения энергоэффективности водохозяйственных систем. Для достижения поставленной цели использованы методы водно-энергетического анализа, расчет гарантированной мощности ГЭС, блок оптимизации режимов работы гидроэлектростанции, а также применение теории предельной полезности и критерия максимизации прибыли (MR = MC). Методология основана на сочетании оптимизационных подходов и экономических принципов, позволяющих учитывать конфликт интересов между различными участниками водохозяйственной деятельности. Научная новизна заключается в предложении уникальных методик, не имеющих мировых аналогов: расчета гарантированной мощности, определения предельных издержек воды и использования кривых безразличия для балансировки интересов водопользователей. Разработанный подход позволяет обосновать тарифы на электроэнергию при заданном объеме выработки, а также решить обратную задачу - определить оптимальный уровень производства мощности при заданном тарифе. Результаты исследования применимы в управлении водохозяйственными системами, особенно в условиях стохастичности источников энергии, таких как гидроэнергетика. Предложенная методика может быть использована для повышения энергоэффективности, обеспечения экологической устойчивости и соблюдения неэнергетических требований при эксплуатации гидротехнических сооружений. Полученные данные подтверждены на примере Новосибирской ГЭС. Выводы демонстрируют высокую практическую значимость предложенных методик, их применимость в реальных условиях функционирования сложных водохозяйственных комплексов и потенциал для внедрения в стратегии устойчивого развития водного сектора.

Рост производственных мощностей требует постоянного увеличения потребления топлива, что ведет к неизбежному уменьшению ископаемого топлива, запасы которого ограничены. По этой причине необходим постепенный переход на использование вторичных энергоресурсов, в частности использование вторичных газов, образующихся в результате производственных процессов. В данной статье рассмотрен вариант применения конверсии природного газа при добавлении его в высокотемпературный поток конвертерного газа с целью снижения его температуры для уменьшения тепловой нагрузки на поверхности нагрева и дальнейшего использования в качестве основного топлива в энергетических агрегатах. С помощью универсального программного комплекса Ansys Fluent была разработана расчетная модель газопровода конвертерного газа с подводом природного топлива, получены контуры распределения состава и температуры топливной смеси, образующейся при химическом взаимодействии газов. Проведены анализ полученной топливной смеси и сравнение эффективности полученного синтез-газа с исходным топливом. Показано, что в результате химической реакции получившийся газ имеет увеличение тепловой эффективности на 64 %. Результаты данного исследования демонстрируют возможность дальнейшего применения образовавшейся топливной смеси в качестве основного топлива для технологических процессов.

В статье рассматриваются вопросы повышения безопасности при выполнении производственных работ вблизи железнодорожных путей, сопряженных с высоким уровнем риска для персонала. Целью настоящей работы является разработка и обоснование перспективной системы оповещения рабочих бригад о приближении подвижного состава, способной повысить эффективность мер безопасности на объектах железнодорожной инфраструктуры. Методологической основой исследования послужили анализ причин несчастных случаев, связанных с недостатками существующих систем оповещения и моделирование сигнала, генерируемого электромагнитным датчиком при прохождении гребня колеса над ним. Для реализации системы предложено использование сети LoRaWAN и радиомодулей LoRa, объединенных с микроконтроллерами Arduino. В рамках исследования разработаны структурная схема системы и рабочий макет, включающие в себя передающие устройства с датчиком обнаружения состава и приемные устройства, интегрированные в сигнальные жилеты работников. В результате работы получена математическая модель сигнала, формируемого при изменении магнитного потока, вызванного приближением колеса к датчику. Доказана зависимость величины электродвижущей силы от положения колеса относительно катушки, являющейся частью конструкции датчика. Построены графики зависимости магнитного потока и индуцируемого сигнала от координаты прохождения. Предлагаемая система может быть применена в качестве основного или вспомогательного средства оповещения при проведении ремонтных и иных работ вблизи путей. Сделан вывод о перспективности разработки для внедрения в систему промышленной безопасности ОАО «РЖД». Предлагаемая система обладает высокой потенциальной эффективностью, может функционировать автономно и независимо от погодных условий, а также служить надежным дополнением к работе сигналистов. Внедрение данной технологии может способствовать значительному снижению производственного травматизма на объектах железнодорожной инфраструктуры.

В данной статье рассматривается вопрос совершенствования системы местного управления и контроля стрелок на железнодорожных станциях на основе беспроводных технологий. Вместо традиционной четырехпроводной схемы управления стрелками предложена система беспроводной связи, основанная на использовании микроконтроллера и радиомодуля LoRa. Специальное приложение, установленное на планшет, обеспечивает авторизацию пользователя с помощью логина, пароля и NFC-карты. Приложение предоставляет функции отображения состояния стрелки, перевода в необходимое положение, отправки управляющих команд, регистрации и архивирования данных. Каждая отправленная команда сохраняется как во внутренней памяти планшета (локальной базы данных), так и в серверной базе данных через интернет. По каждой команде фиксируются дата, имя пользователя, номер стрелки, ее состояние и тип выполненной операции. Разработанная схема и мобильное приложение позволяют управлять стрелками из кабины тепловоза по беспроводной связи. Это создает возможность осуществления маневровых операций без участия маневрового агента. В статье представлены алгоритм работы системы, интерфейс пользователя, схемотехнические решения и основные функции планшетного приложения. Приведены также структурная схема беспроводного управления стрелками и практическая модель, построенная на основе экспериментального макета. При разработке программно-технических решений были проанализированы требования к обеспечению безопасности движения на основе схем управления стрелками, и они были учтены посредством следующих мер: перед переводом стрелки на местное управление автоматически проверяется свободность секции, обеспечивается визуальная индикация положения стрелки на планшете, все команды, передаваемые пользователем, архивируются в локальной и серверной базах данных. Кроме того, возможность дистанционного управления стрелкой позволила осуществлять безопасное управление без участия маневрового агента. Предлагаемый подход технически пригоден для применения в автоматизации железнодорожной инфраструктуры и может быть рекомендован как практико-ориентированное решение.