Создание контактной сети КС‑400 для российских высокоскоростных железнодорожных магистралей

Введение. Рассмотрены основные научно-технические проблемы, возникающие при создании контактной сети КС-400 для российских высокоскоростных железнодорожных магистралей и пути их решения на основе математического моделирования и поэтапных испытаний. При высоких скоростях движения возрастают токовые нагрузки и существенно усложняются условия динамического взаимодействия токоприемников и контактной подвески. Для достижения требуемого качества токосъема необходима тщательная проработка параметров взаимодействующих систем с учетом механических, электрических и тепловых процессов. Цель работы — обеспечить надежную работу узлов и конструкций контактной сети в широком диапазоне эксплуатационных условий.

Материалы и методы. При разработке технических решений по контактной сети использованы методы математического моделирования. Контактная сеть представлена детальной конечно-элементной моделью, токоприемник — моделью, построенной на основе методов многотельной динамики. Моделирование выполняется в пространственной нелинейной постановке задачи. Расчет динамики производится во временной области методом прямого интегрирования уравнений по времени. Контактная задача о взаимодействии контактной сети и токоприемника реализована методом штрафа. Подтверждение соответствия параметров контактной сети и ее отдельных элементов нормативным требованиям выполняется посредством механических, ресурсных, электрических, тепловых и других видов испытаний.

Результаты. Параметры узлов и конструкций контактной сети КС-400 определены по результатам математического моделирования. Показано, что показатели качества токосъема находятся в нормируемых пределах. Приведены особенности технических решений контактной сети КС-400, рассмотрены основные этапы ее разработки и сооружения.

Обсуждение и заключение. К настоящему времени выполнен значительный объем проектных, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию контактной сети КС-400 для российских высокоскоростных магистралей. Изготовлены опытные образцы изделий, построен опытный участок контактной сети на Экспериментальном кольце АО «ВНИИЖТ», выполняются необходимые испытания. Для подтверждения эксплуатационной совместимости КС-400 с другими подсистемами железной дороги и проверки показателей качества токосъема при взаимодействии с токоприемниками высокоскоростного электропоезда запланированы испытания на опытном 

1. БурковА.Т., СероносовВ.В., КудряшовЕ.В., СтепанскаяО.А. Физические основы проектирования электротяговых сетей высокоскоростных железнодорожных магистралей // Транспорт Российской Федерации. 2015. №2 (57). С. 36–41. EDN: https://www.elibrary.ru/twphab.

2. Хананов В.В., Попов С.В., Кудряшов Е.В., Чередников Д.И., Бухаров В.А. Схемные решения и варианты конструкций контактной сети на экспериментальном участке Калашниково – Лихославль // Токосъем и тяговое электроснабжение при высокоскоростном движении на постоянном токе. Cб. науч. тр. ОАО «ВНИИЖТ». М.: Интекст, 2010. С. 19–32.

3. Балабанов Г.Н., Кудряшов Е.В., Артемов М.А., Кашкин Н.В. Технические решения по контактной сети высокоскоростной магистрали Москва – Казань // Железнодорожный транспорт. 2018. №6. С. 27–33. EDN: https://www.elibrary.ru/xpuibf.

4. Finner L., Poetsch G., Sarnes B., Kolbe M. Program for catenary-pantograph analysis, PrOSA statement of methods and validation according EN 50318. Vehicle System Dynamics. 2015;3(53):305–313. https://doi.org/10.1080/00423114.2014.958501.

5. Massat J.-P., Balmes E., Bianchi J.-Ph., Van Kalsbeek G. OSCAR statement of methods. Vehicle System Dynamics. 2015;3(53):370–379. https://doi.org/10.1080/00423114.2015.1005016.

6. Oumri M., Leouatni M., Chentouf S.-A., Rachid A. INPAC a new simulation tool for the prediction of dynamic interaction between the pantograph & the catenary. International Conference on Railway Technology: Research, Development and Maintenance. April 2016. Paper 0123456789. URL: https://www.researchgate.net/publication/317091290_INPAC_a_new_simulation_tool_for_the_prediction_of_dynamic_interaction_between_the_pantograph_the_catenary (access date: 19.09.2025).

7. Tur M., Baeza L., Fuenmayor F. J., García E. PACDIN statement of methods. Vehicle Systems Dynamics. 2015;3(53):402–411. https://doi.org/10.1080/00423114.2014.963126.

8. Zhou N., Lv Q., Yang Y., Zhang W. Statement of methods. Vehicle Systems Dynamics. 2015;3(53):380–391. https://doi.org/10.1080/00423114.2014.982136.

9. Collina A., Bruni S., Facchinetti A., Zuin A. PCaDA statement of methods. Vehicle Systems Dynamics. 2015;3(53):347–356. https://doi.org/10.1080/00423114.2014.959027.

10. Bruni S., Ambrosio J., Carnicero A. et al. The results of the pantograph–catenary interaction benchmark. Vehicle Systems Dynamics. 2015;3(53):412–435. https://doi.org/10.1080/00423114.2014.953183.

11. ПаранинА.В., Ефимов Д.А., БатрашовА.Б. Взаимодействие токоприемника высокоскоростного подвижного состава и контактной подвески в различных условиях эксплуатации // Транспорт Урала. 2022. №3 (74). С. 94–99. EDN: https://www.elibrary.ru/tqlfyg.

12. Смердин А.Н., Голубков А.С., Жданов В.А. Совершенствование методики исследования волновых процессов в контактной подвеске на основе конечно-элементной модели // Известия Транссиба. 2011. №1 (5). С. 30–37. EDN: https://www.elibrary.ru/ndyuep.

13. Григорьев Б.С., Головин О.А., Викторов Е.Д., Кудряшов Е.В. Математическое моделирование механического взаимодействия токоприемников и контактной подвески для скоростных электрифицированных железных дорог // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2012. №4 (159). С. 155–162. EDN: https://elibrary.ru/plukbh.