Известия Транссиба №3(35), 2018

Проведен анализ статистики и последствий продольных аварийных соударений пассажирских поездов с препятствиями на железных дорогах России, предложены основные пути повышения пассивной безопасности отечественного железнодорожного подвижного состава при авариных соударениях. Оценены возможности современных методов исследования динамики рельсовых экипажей, обеспечивающих исследование нагруженности транспортных средств при их соударении. На основе их анализа для исследования принят метод твердотельного компьютерного моделирования. Разработаны твердотельные компьютерные модели аварийных соударений пассажирского поезда с препятствием в виде грузового автомобиля на нерегулируемом переезде. С использованием разработанных моделей исследованы процессы взаимодействия поезда с автомобилем при соударениях с различными скоростями, оценены величины динамических усилий, возникающих в межвагонных соединениях. По результатам моделирования даны рекомендации по снижению нагруженности поезда при продольных аварийных соударениях с препятствиями, которые могут быть использованы при проектировании инновационного пассажирского подвижного состава повышенной безопасности при соударениях, а также для модернизации эксплуатируемых вагонов и локомотивов отечественного производства. Работа выполнена в рамках гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых МК-2881.2018.8.

Проведены сравнительные стендовые испытания акустической эмиссии, возникающей в процессе взаимодействия тормозной колодки с тормозным диском для тормозного блока с неподвижной тормозной колодкой и тормозного блока с плавающей тормозной колодкой. Плавающая тормозная колодка в зависимости от условий торможения занимает оптимальное положение на поверхности тормозного диска, совершая при этом движения колебательного характера вокруг поворотной оси, не проходящей через ее центр масс и параллельной оси вращения тормозного диска. Определена область частот, в которой наблюдаются заметные различия в акустической эмиссии тормозного блока с плавающей тормозной колодкой и с непод-вижной тормозной колодкой. Применена теория нечетких множеств для анализа воспринимаемой органами слуха человека акустической эмиссии, сопровождающей взаимодействие поверхностей фрикционной пары в исследуемой области частот. Обсуждаются результаты сравнительного анализа шумовых характеристик исследуемых тормозных блоков. Сравниваются спектры мощности акустической эмиссии согласно полученной базе экспертной оценки мощности шума, воспринимаемого человеком.

Развитие тягового подвижного состава тесно сопряжено с увеличением максимальной силы тяги по сцеплению колес с рельсами. Негативным фактором в этом аспекте развития является боксование. В статье предложен новый способ защиты от боксования колесных пар электровозов 2(3)ЭС5К «Ермак». Способ подразумевает перераспределение тяговых усилий между колесными парами и минимизацию подсыпки песка. В статье рассмотрены принцип работы противобоксовочной системы и принципиальная схема силовой части, проведено моделирование некоторых режимов боксования колесных пар в программном пакете Multisim.

В данной статье авторами проведено исследование электромагнитных процессов инвертора на базе тиристоров и IGBT-транзисторов электропоезда переменного тока в режиме рекуперативного торможения. Для осуществления поставленной задачи применялся метод составления мгновенных схем замещения и систем дифференциальных уравнений, соответствующие определенному интервалу времени диаграммы выпрямленного напряжения и токов плеч инвертора. На основании проведенного исследования приведены недостатки тиристорного инвертора и преимущества транзисторного.

В статье рассматриваются аэродинамические свойства полозов токоприемников SSS87, предназначенных для скоростного движения электрического подвижного состава. Приводятся спектры обтекания для различных форм контактных пластин. Решение задачи моделирования обтекания полоза токоприемника воздушной средой достигается путем применения методов вычислительной гидродинамики (CFD). Определены аэродинамические коэффициенты, необходимые для расчета аэродинамических характеристик. Построены аэродинамические характеристики полозов токоприемников.

В статье рассмотрен вопрос внедрения инновационных грузовых вагонов в контексте их влияния на формирование и оптимизацию показателей эффективности использования локомотивного парка. Приведены основные критерии инновационности вагонов, обеспечивающие значимый технико-экономический эффект для тягового подвижного состава. Выделены ключевые факторы, влияющие на формирование целевых функций изменения показателей эффективности использования локомотивов в грузовом движении. На основе анализа структурированных факторов влияния могут быть разработаны прикладные стратегии повышения эксплуатационной эффективности использования локомотивного парка.

В конце прошлого столетия ВНИИЖТ выдвинул идею создания инвариантных систем рессорного подвешивания, которое до настоящего времени не реализовано из-за отсутствия механических инверторов. Однако в конце 80-х гг. предыдущего века на базе фермы Мизеса были построены первые инвариантные системы, обладающие одним, но существенным недостатком - огромными распирающими горизонтальными усилиями, что предопределяло большой износ взаимодействующих поверхностей. В то же время школой ученых-механиков профессора М. П. Пахомова было предложено модернизировать контакт с помощью подшипников и фасонного подвижного узла. Это позволило в несколько раз уменьшить указанные выше горизонтальные силы, кроме того, появилась возможность управления силовой характеристикой корректора внешнего возмущения. В статье предложен новый подход к расчету силовых характеристик квазиинвариантных до  систем подвешивания механических объектов, отличающийся от других подходов простотой и логической ясностью и стройностью, однако требующий обеспечить процедуру идентификации силовой характеристики компенсатора внешнего возмущения физическими устройствами.

Из-за непредвиденного ослабления натяга бандажа на колесном центре замена бандажа может производиться раньше закладываемого ресурса, что влечет за собой не только повышение затрат на ремонт, но и длительный простой локомотива. В статье приведены факторы, сгруппированные по характеру возникновения, которые оказывают существенное влияние на прочность соединения «колесный центр - бандаж». В работе основное внимание уделено механическим свойствам материалов сопряжения. Представлены расчеты, демонстрирующие существенное снижение контактного давления при тепловых нагрузках как для нового, так и для изношенного бандажа. Показано, что повышение прочностных характеристик, связанных с возрастанием твердости материалов, может оказать существенное влияние на прочность посадки бандажа на колесный центр. Проведены предварительные расчеты по оценке влияния твердости материалов бандажа и колесного центра на коэффициент трения в соединении. Приведенный в статье анализ влияния механических свойств материалов бандажных колес может быть использован при совершенствовании технологии формирования колесных пар локомотивов, а также при разработке новых материалов, что в свою очередь будет способствовать повышению работоспособности колесных пар локомотивов.

В статье рассматривается проблема диагностирования технического состояния коллекторно-щеточного узла двигателей постоянного тока. Особо отмечена актуальность данной проблемы в двигателях, работающих на железнодорожном транспорте, находящихся в наиболее тяжелых условиях эксплуатации. Приведенные исследования направлены на повышение достоверности диагностирования технического состояния коллекторно-щеточного узла за счет применения нового способа диагностирования состояния коммутации коллекторных двигателей постоянного тока. Предлагаемый способ диагностирования основан на новом принципе обработки диагностической информации об импульсах искрения под щетками. В статье представлены полученные в результате экспериментальных исследований гистограммы распределения интенсивности искрения различных секций обмотки якоря двигателя П31, применяемого для работы в электроприводах компрессоров электровозов и электропоездов. Авторами статьи проведен эксперимент с использованием специально разработанного ранее цифрового прибора контроля коммутации, позволяющего выделить и оцифровать полезный диагностический сигнал напряжения с разнополярных щеток с высокой частотой дискретизации и передать его на ЭВМ для последующей обработки. Анализ результатов проведенного эксперимента показал, что среднее значение площади импульсов увеличивается при повышении интенсивности искрения. Однако при сильном искрении на коллекторе (2 балла) закон распределения становится двухмодальным и, как следствие, резко возрастает среднеквадратическое отклонение значений площадей импульсов. Данный эффект вносит дезинформацию в процедуру диагностирования с применением параметров законов распределения интенсивности искрения. Предложенный способ диагностирования позволяет устранить данный эффект, что отражено на гистограммах, полученных в результате соответствующей обработки диагностического сигнала. На новый способ диагностирования состояния коммутации коллекторных электрических машин получен патент на изобретение Российской Федерации.

Предложен метод прогнозирования показателей системы токосъема при увеличении скорос-тей движения с помощью машинного обучения. Рассмотрены способы получения статистически достоверных данных о контактном нажатии токоприемников электроподвижного состава без необходимости прямого измерения на основе проектных данных и анализа внешних факторов (погодных, эксплуатационных), сопровождающих взаимодействие.

В статье рассмотрены тяговые параметры электровоза двойного питания нового поколения. Представлены существующие схемы участков обслуживания электровозами и локомотивными бригадами на исследуемом полигоне железных дорог. Приведено сравнение основных параметров электровозов постоянного тока и однофазного переменного, эксплуатация которых в настоящее время организована на участках движении с поездами расчетной массы в длительном режиме тяги на подъемах различной крутизны. Представлена схема предполагаемой организации эксплуатации электровоза двойного питания и локомотивных бригад. Рассчитаны тяговые параметры двухсистемного электровоза с учетом плана и профиля пути на предполагаемых участках эксплуатации, удельное основное сопротивление движению локомотива и составу поезда при расчетной скорости движения, удельные ускоряющие и замедляющие силы поезда. При внедрении в эксплуатацию двухсистемных электровозов появится возможность сократить эксплуатируемый парк локомотивов, количество тяговых плеч за счет их удлинения и количество пунктов смены локомотивных бригад, уменьшить время следования грузовых поездов, повысить техническую и участковую скорости, среднесуточный пробег и среднесуточную производительность локомотива, снизить расход электроэнергии на тягу. Эксплуатация таких электровозов способствует развитию полигонных технологий управления перевозочным процессом, улучшению количественных и качественных показателей различных железнодорожных хозяйств.

Статья посвящена вопросу влияния блуждающих токов на подземные металлические сооружения, находящиеся вблизи тяговой рельсовой сети. В статье рассмотрена система, состоящая из тяговой рельсовой сети, заземляющего устройства и двух изолированных подземных проводников, расположенных в зоне влияния блуждающих токов, обусловленных электрифицированным железнодорожным транспортом. Получены аналитические выражения для расчета распределения электрических величин в подземных сооружениях с учетом их взаимного влияния. Выражения получены с использованием интегрального преобразования Хартли, в отличие от Фурье осуществляющего преобразования только в вещественной области. Полученные выражения позволяют определить зоны опасного влияния и величину блуждающих токов, что в последующем используется при проектировании средств защиты подземных сооружений.

В статье рассматривается структура потребления топливно-энергетических ресурсов СП ОАО «РЖД», в том числе показана значительная доля этих ресурсов, затрачиваемых на организацию электроотопления (773,7 млн кВт·ч). Отмечено, что до недавнего времени в отчетности ОАО «РЖД» существовало два различных подхода при определении величины фактического объема электрической энергии, израсходованной электроотопительным оборудованием, не оснащенным индивидуальными приборами учета, базирующимися на расчетно-аналитическом и расчетно-статистическом методах. При этом было установлено, что результаты вычислений по обоим методам имеют значительную разницу между собой (до 100 %). Цель исследования - определение единого подхода, позволяющего максимально точно фиксировать расход электрической энергии в данных условиях. Проанализированы характерные особенности каждого из применяемых методов, проведены сравнительные исследования на ряде объектов четырех железных дорог (Октябрьская, Свердловская, Южно-Уральская, Восточно-Сибирская), характеризующихся различными климатическими характеристиками. Одновременно с этим проводились исследования применимости на практике для нормирования топливно-энергетических ресурсов автоматизированной системы «Стационарная энергетика». По результатам исследований показана величина отклонения фактических расходов электрической энергии от расчетных для обоих применявшихся методов, предложен и подтвержден испытаниями способ определения фактического потребления электрической энергии для нужд отопление на основе предварительного расчета права на расход тепловой энергии с последующим пересчетом в электрическую. Полученные результаты приняты как базовые при актуализации «Методики анализа и планирования расхода электрической энергии на нетяговые нужды в ОАО «РЖД», утвержденной распоряжением ОАО «РЖД» от 22.08.2018 № 1866р, в части определения потребности ресурса на отопление и внесены соответствующие изменения в порядок заполнения данных в корпоративную управленческую отчетность ЭО-10У.

Объектом исследований является горный массив, вмещающий в себя Кузнецовский тоннель, имеющий протяженность 3890 м, наибольшую глубину заложения 355 м, пересекающий перевальную часть хребта Сихотэ-Алинь на линии Комсомольск - Советская Гавань Дальневосточной железной дороги. Целью исследований были детальный анализ инженерно-геологических условий объекта и их влияния на строительство и эксплуатацию тоннеля. Приведенные данные получены как результат полевых исследований, лабораторных опробований физико-механических свойств горных пород, оценки водопротоков в дренажные сооружения и аналитических расчетов. Массив сложен терригенными породами - ритмичным переслаиванием разнозернистых песчаников, алевролитов, гравелитов, конгломератов, которые классифицируются как прочные. Слоистость имеет крутое падение и субширотное простирание, отклоняющееся от оси тоннеля на 20 - 60°. Ось тоннеля пересекает система разломов различной мощности, их суммарная мощность составляет 334 м, что равно 8,5 % от длины тоннеля. Разломные зоны объединяет повышенная трещиноватость, пониженная устойчивость, местами обильные водопритоки, имеющие максимумы в летний период, угроза вывалов, интенсивное окварцевание и сульфидная минерализация. Полученные материалы мониторинга методами регистрации естественных импульсов электромагнитного поля земли (ЕИЭМПЗ) и дипольного электромагнитного профилирования (ДЭМП) позволили сделать вывод о реальной картине по развитию и прогнозу горного давления, а также динамике поступления подземных вод в выработку для безопасного строительства и эксплуатации. Состояние геодинамических условий горного массива характеризуется как стабильное. Имеющиеся данные могут быть использованы как исходные для оценки и прогноза аспектов строительства и эксплуатации второй очереди тоннеля.

Сегодня большая часть мировых товарных и денежных потоков сосредоточена в Азиатско-Тихоокеанском регионе (АТР). Стратегия развития Дальнего Востока основывается на увеличении экспорта в страны АТР, а также росте объема иностранных инвестиций. В сентябре 2018 г. во Владивостоке на IV Восточном экономическом форуме компания АО «ВаниноТрансУголь», резидент Свободного порта в Ванино, представила проект строительства нового угольного терминала для перевалки 12 млн т. Морской порт Ванино продолжает увеличивать свои перерабатывающие мощности, но недостаточная пропускная способность инфраструктуры железнодорожного транспорта является ограничивающим элементом развития транспортного узла. Строительство нового терминала для перевалки угля потребует соответствующее развитие железнодорожной инфраструктуры Ванинского транспортного узла. В условиях увеличения объемов перевалки грузов необходимо решить вопрос о предельном количестве вагонов, которое может быть переработано в системе «железнодорожная станция - морской порт». Авторами данной статьи разработана программа имитационного моделирования, которая позволяет определить пропускную способность железнодорожной составляющей транспортного узла при существующем техническом оснащении и в условиях увеличения загрузки системы «станция - порт». В данной статье представлены результаты имитационного моделирования работы Ванинского транспортного узла при увеличении выгрузки угля на 40 % до 280 вагонов в сутки. Рабочий парк станции Ванино составил 305 вагонов и продолжал увеличиваться, пути станции были заполнены вагонами в ожидании операций. Представлены две группы возможных путей увеличения пропускной способности транспортного уз-ла - инфраструктурно-технические и технологические решения. В условиях ограниченности территориального развития строительство дополнительной железнодорожной инфраструктуры становится невозможным, поэтому можно увеличить пропускную способность транспортного узла за счет изменения специализации причалов порта. Это позволит уменьшить количество вагонов, находящихся на путях станции в ожидании выгрузки, и ускорить процесс обработки подвижного состава. После переоборудования причалов порта рабочий парк станции Ванино составил 230 вагонов и появился резерв пропускной способности для приема дополнительного вагонопотока. С помощью данной программы имитационного моделирования необходимо проанализировать работу ключевых транспортных узлов Дальнего Востока для определения максимального вагонопотока, при котором транспортные узлы будут функционировать устойчиво, в оптимальном режиме.