Использование метода неравновесных режимов при испытаниях кузовов пассажирских вагонов для оценки и мониторинга их теплотехнического состояния

Введение. Теплотехнические показатели кузова пассажирского вагона строго нормируются, а  их  отклонение в  сторону ухудшения от  нормы приводит к  существенному перерасходу потребляемой энергии, что отражается на увеличении себестоимости перевозки пассажиров. С течением времени, из-за отличающихся условий и полигонов эксплуатации, у каждого кузова серийного вагона величина коэффициента теплопередачи становится индивидуальной, как и тепловые потери через ограждения кузовов. Целью статьи является разработка нового методического подхода на основе коэффициента теплопередачи ограждающих конструкций, который позволит оценивать теплотехническое состояние кузова с меньшей трудоемкостью, более оперативно и не только при заводском выпуске вагона, но и после его ввода в эксплуатацию.

Материалы и методы. Расчеты величин среднего коэффициента теплопередачи ограждающих конструкций кузовов вагонов на  стоянке выполнены по  результатам проведенных теплотехнических испытаний кузовов пассажирских вагонов с применением стандартизированного метода равновесных режимов, а также с использованием метода неравновесных режимов.

Результаты. Сравнение расчетных величин среднего коэффициента теплопередачи кузовов четырех пассажирских вагонов, полученных в результате проведения серии теплотехнических испытаний по стандартизированной методике с  аналогичными значениями, рассчитанными при использовании метода неравновесных режимов, не превысили 3%.

Обсуждение и заключение. При проведении теплотехнических испытаний кузовов пассажирских вагонов на основе метода неравновесных режимов величина среднего коэффициента теплопередачи ограждающих конструкций вагона может быть определена в производственных условиях за 11 ч без ущерба для точности, что в 7–8 раз быстрее по сравнению с используемым в настоящее время стандартизированным методом. Применение метода неравновесных режимов позволяет организовать контроль нормативного теплотехнического показателя кузова и после ввода вагона в эксплуатацию на протяжении жизненного цикла, открывая возможности для планирования объемов энергопотребления вагонным парком.

1. Клюка В.П., Стариков А.П., Кузьменко Д.Ю., Попов А.А. Испытание пассажирских вагонов железных дорог на теплоустойчивость // Известия Транссиба. 2015. № 2 (22). С. 6–12. EDN: https://elibrary.ru/udyich.

2. Стариков А.П., Кузьменко Д.Ю. Определение теплотехнических свойств пассажирского вагона // Инновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на транспорте: материалы научной конференции. Омск: ОмГУПС, 2016. С. 290–297. EDN: https://elibrary.ru/wlohsr.

3. Балалаев А.Н., Козеев Я.И., Паренюк М.А. Опыт экспрессанализа качества теплоизоляции стенок пассажирского вагона // Наука и образование транспорту. 2023. №1. С. 17–22. EDN: https://elibrary.ru/qciexq.

4. Балалаев А.Н., Паренюк М.А. Прибор для оценки качества теплоизоляции пассажирских вагонов // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2023. Т. 82, №3. C. 189–197. https://doi.org/10.21780/2223-9731-2023-82-3-189-197. EDN: https://elibrary.ru/ryhcqe.

5. Селезнев А.В., Ворон О.А. Применение тепловизионного контроля ограждающих конструкций вагонов // Труды Ростовского государственного института путей сообщения. 2013. №2. С 113–116. EDN: https://elibrary.ru/rvqihz.

6. Жариков В.А., Китаев Б.Н., Разаренова Л.В. Методика определения расхода энергии на отопление пассажирских вагонов // Всерос. НИИ ж.-д. трансп. М.: Транспорт, 1994. 24 с.

7. Самошкин С.Л., Мейстер А.О., Юхневский М.А. Методические вопросы определения среднего коэффициента теплопередачи кузовов пассажирских вагонов // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2019. Т. 78, №6. С. 344–350. https://doi.org/10.21780/2223-9731-2019-78-6-344-350. EDN: https://elibrary.ru/atitcr.

8. Бартош Е.Т. Энергетика изотермического подвижного состава. М.: Транспорт, 1976. 303 с.

9. Kriha J. Instationäre Zustände bei messungen der Wärmedurchgangszelf auf Kühlfarzeugen und Bahältern, deren Auswirkung und Berechnung. Kältetechnik. 1965;(8):239–244.

10. Теймуразов Н.С., Науменко С.Н. Ускоренные методы оценки коэффициента теплопередачи кузовов изотермических транспортных средств // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2009. №5. С. 18–21. EDN: https://elibrary.ru/kwpryl.

11. Zang J.B., Cai M.W., Gao N.P. Numerical simulation of body heat transfer coefficient test of a railway vehicle. Advanced Materials Research. 2011;291–294:1713–1721. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.291-294.1713.

12. Shi S., Gao H.X., Li M., Liu B. Calculation of coach body heat transfer coefficient for the high-speed railway train in China. Advanced Materials Research. 2013;805–806:562–569. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.805-806.562.

13. Hofstädter R.N., Zero T., Dullinger C., Richter G., Kozek M. Heat capacity and heat transfer coefficient estimation for a dynamic thermal model of rail vehicles. Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems. 2017;23(5):439–452. https://doi.org/10.1080/13873954.2016.1263670.

14. Мейстер А.О., Юхневский М.А. Определение среднего коэффициента теплопередачи кузовов пассажирских вагонов // Проблемы и перспективы развития вагоностроения: тезисы VI науч.-практич. конф., 18–19 декабря 2014 г. Брянск: БГТУ, 2014. С. 93–95.