Введение. Представлены результаты экспериментального исследования теплоизоляционных характеристик вакуумных панелей с использованием цифровой копии стенда. Объектом исследования является вакуумная теплоизоляционная панель, образованная в виде герметичного корпуса в форме параллелепипеда с ребрами жесткости внутри. При пониженном давлении воздуха внутри корпуса удельное тепловое сопротивление таких вакуумных теплоизоляционных панелей становится больше удельного теплового сопротивления современных теплоизоляционных материалов. При использовании таких панелей в качестве теплоизоляции наземных транспортных средств, в частности пассажирских и рефрижераторных железнодорожных вагонов, можно достичь значительного снижения затрат энергии на отопление или кондиционирование внутреннего помещения. Экспериментальное определение тепловых характеристик вакуумных теплоизоляционных панелей из-за их существенной неоднородности сопряжено со значительными затратами времени и использованием дорогостоящего оборудования. Цель исследования заключается в разработке способа определения теплового сопротивления теплоизоляционных материалов с внутренней неоднородностью за минимальное время с приемлемой точностью.

Материалы и методы. Методы исследования сочетают физический эксперимент над тремя опытными образцами вакуумной теплоизоляции и численный эксперимент над 3D-моgелями этих образцов. В частности, для тарировки экспериментального стенда использовался его цифровой аналог — виртуальный стенд, выполненный в виде 3D-модели в программе SolidWorks.

Результаты. Исследование нестационарного теплового процесса на модели стенда в SolidWorks Simulation по-зволило сократить время физического эксперимента до 40 мин и установить значения эффективного коэффициента теплопроводности трех опытных образцов вакуумных теплоизоляционных панелей.

Обсуждение и заключение. Исследование стационарного теплового процесса 3D-моделей опытных образцов вакуумных теплоизоляционных панелей в программе SolidWorks Simulation показало, что расхождение между опытными и расчетными значениями эффективного коэффициента теплопроводности составляет менее 5 %. Предлагаемый метод определения эффективного коэффициента теплопроводности материалов может использоваться при входном и выходном контроле теплоизоляции пассажирского вагона во время капитального ремонта.

Введение. Измерение сил, действующих в сцепках при эксплуатации электропоездов различных категорий и типов (в том числе с разными способами установки сцепных устройств), показало, что уровень сил в сцепках пригородных электропоездов выше, чем в городском экспрессе, несмотря на меньшее количество троганий и остановок, а также наличие на пригородных электропоездах буферов, воспринимающих часть продольных сил. Также на пригородных электропоездах отмечена и большая частость (статистическая вероятность) возникновения этих сил, что определяет большую нагруженность автосцепок на пригородных электропоездах с установкой автосцепки в соответствии с ГОСТ 3475-81, чем на городских электропоездах ЭС2Г, поглощающие аппараты у которых объединены с корпусом сцепки. Основной целью исследования являлось определение на- груженности сцепок электропоездов различных категорий и типов, а также определение параметров поглощающих аппаратов сцепок, в наибольшей степени оказывающих влияние на их нагруженность.

Материалы и методы. Методами исследований являлось опытное измерение продольных сил в межвагонных сцепках электропоездов в условиях эксплуатации со статистической обработкой результатов, анализом влияния показателей поглощающих аппаратов на продольную динамику поезда.

Результаты. Выполнен анализ влияния усилия начальной затяжки на изменение уровня действующих сил и нагруженности сцепных устройств при эксплуатации электропоездов. Установлено наиболее значимое воздействие величины этого усилия на продольную динамику поезда и нагруженность сцепок.

Обсуждение и заключение. Результаты испытаний по измерению уровней сил в сцепках показали, что снижение усилия начальной затяжки положительно влияет на продольную динамику моторвагонного подвижного состава. Достигнутые результаты дают основание для продолжения исследований в различных условиях эксплуатации и проведения поездных испытаний.

Введение. Рассмотрена практика проведения проверок вновь создаваемой конструкции вагона с целью оценки прочности с учетом предельных эксплуатационных нагрузок и схем их приложения, оговоренных в нормативных документах. При оценке статической прочности рамы тележки нормативными документами не предусмотрено рассмотрение ее кососимметричного нагружения. При этом наличие остаточной кососимметричной деформации рамы по условиям механической безопасности подвижного состава не допускается. Особенно восприимчивы к кососимметричным нагрузкам цельносварные рамы тележек. Это говорит в пользу необходимости уточнения расчетных режимов для обеспечения надежности и безопасности использования вагонов в эксплуатации.

Материалы и методы. Для определения схемы нагружения и величины кососимметричной нагрузки применялись расчетно-аналитический метод, методы компьютерного моделирования, выполнена экспериментальная работа на пассажирском вагоне с двухосными тележками с цельносварной рамой, где боковые балки жестко соединены между собой поперечными балками.

Результаты. Обоснован дополнительный расчетный режим «Сход», актуальный при эксплуатации грузовых вагонов с цельносварной рамой тележки. Определены схема нагружения рамы тележки и величины нагрузок, действующих на раму для этого режима, при котором необходимо производить оценку ее статической прочности.

Обсуждение и выводы. При сходе колеса рама тележки цельносварной конструкции подвергается воздействию максимальных кососимметричных нагрузок, что может привести к ее кососимметричной деформации и выходу из строя. Раму тележки цельносварной конструкции необходимо оценивать на статическую прочность в режиме «Сход». Обоснованы коэффициенты перегрузки. Разработка, расчет и оценка конструкции с учетом указанного выше дополнительного режима позволит повысить надежность рамы тележки в эксплуатации и безопасность движения.

Введение. Настоящая статья посвящена изучению современного подхода к проектированию вращающихся электрических машин. Приведен обзор существующих программных пакетов для моделирования электромагнитных и тепловых процессов, использующих численные конечно-элементные методы, призванные прийти на смену анализу сосредоточенных параметров электрических схем замещения. Описан спектр задач, решаемых современными российскими исследователями электрических машин: исследование тягово-энергетических характеристик, анализ электромагнитных помех, шума и вибрации, моделирование и диагностика отказов. Цель исследования — изучить особенности применения современного программного пакета, подходящего для моделирования и визуализации магнитного поля в асинхронном тяговом электродвигателе ДТА-1200А электровоза ЭП20.

Материалы и методы. В исследовании применен численный конечно-элементный метод расчета с помощью прикладного программного пакета, в котором на основе данных из технической литературы, результатов испытаний и справочных материалов была синтезирована двухмерная компьютерная модель тягового двигателя для расчета магнитного поля, и формализован расчет выходных параметров.

Результаты. В результате исследования был успешно апробирован один из существующих программных пакетов. Рассмотрены этапы геометрического построения сечения тягового электродвигателя, принципы задания и измерения физических явлений и возможности программы. Изложены особенности моделирования асинхронных электродвигателей. Исследованы возможности практического применения результатов моделирования магнитного поля для оценки магнитного потока, потокосцепления и потерь электроэнергии в тяговом двигателе. После синтеза компьютерной модели и проведения вычислений результаты компьютерного моделирования методом конечных элементов соотнеслись с теоретическими расчетными и экспериментальными данными.

Обсуждение и заключение. Полученные результаты будут полезны разработчикам электрических машин и исследователям, занимающимся компьютерным моделированием асинхронных электрических машин. На основе представленной и верифицированной расчетной компьютерной модели могут быть выполнены исследования, направленные на улучшение характеристик тяговых электродвигателей, совершенствование и оптимизацию их конструкции, а также создание цифровых двойников электрических машин.

Введение. Рассмотрен актуальный для высокоскоростного железнодорожного сообщения вопрос решения широкого спектра задач по сохранению прочности элементов экипажной части поезда под ударным воздействием частиц балласта, например кусков льда в холодный период года. Твердые предметы поднимаются с поверхности пути в результате аэродинамического взаимодействия с турбулентным воздушным потоком от поезда, следующего с высокой скоростью. Возникают механические повреждения ходовых частей и узлов в их подвагонном пространстве, которые могут оказаться значительными и создать угрозу безопасности движения. Цель данного исследования — оценка вероятности существенных разрушений корпуса редуктора от сторонних предметов, находящихся на пути, и разработка способа защиты.

Материалы и методы. Возможность разрушения корпуса рассчитывается методом численного моделирования в среде MSC.Nastran_SOL700, позволяющей выполнять анализ динамических событий короткой продолжительности с серьезными геометрическими и материальными нелинейностями. Описана методика оценки прочности конструкции корпуса редуктора при динамическом воздействии на него стороннего объекта.

Результаты. Выполнена отработка расчетной методики на упрощенной модели корпуса редуктора; методика применена на моделях, близких к реальному корпусу редуктора. Для этого были рассмотрены две модели задания свойств материала: обычная (General) и модель Купера — Саймондса (Cowper — Simonds), учитывающая зависимость динамических деформаций материала от скорости деформации. Проведена оценка влияния сторонних предметов с разной массой и относительной скоростью на вероятность возникновения повреждения стенок редуктора при разных значениях их толщины.

Обсуждение и заключение. Расчеты подтверждают вероятность разрушения корпусов тяговых редукторов высокоскоростных и скоростных электропоездов при динамическом воздействии на корпус сторонних предметов. Проанализированы конструктивные решения для защиты корпусов тяговых редукторов высокоскоростных поездов от воздействий сторонних предметов и выбран наиболее рациональный вариант. Статья написана на основе доклада авторов, представленного на Московском форуме «XXII Российской конференции MSC Software (HxGN Live Design & Engineering Russia 2021)», прошедшего 16-19 ноября 2021 г.

Введение. Анализируется влияние конструктивных особенностей крестовин с цельнолитым блоком сердечника с усовиками и приварными рельсовыми окончаниями (моноблочная крестовина) на возникновение опасных отказов, связанных с недостатками конструкции. Важным вопросом при проектировании крестовин является распределение напряжений с целью обеспечения равномерной жесткости и исключение возникновения опасных отказов изделия при обеспечении технологичности его производства. Достижение данных целей реализуется за счет рационального расположения продольного силового элемента отливки.

Материалы и методы. Для определения влияния места расположения силового элемента конструкции моноблочной крестовины на коэффициент запаса по усталостной прочности использовалось компьютерное моделирование с помощью системы конечно-элементного анализа ANSYS. Эксплуатационные испытания опытных крестовин прошли на втором главном пути Экспериментального кольца АО «ВНИИЖТ» и на станции Исилькуль Западно-Сибирской железной дороги.

Результаты. Изучено влияние геометрии продольного ребра крестовины и места его расположения на безотказность работы конструкции. По результатам расчетов и подтвердивших их испытаний были предложены окончательные геометрические размеры цельнолитого блока сердечника с усовиками с учетом технологичности производства изделий. Даны рекомендации по проектному расположению продольных ребер моноблочных крестовин при конструировании. Предложенная конструкция моноблочных крестовин принята к серийному производству.

Обсуждение и заключение. Представленная в статье одна из конструкций моноблочной крестовины со сдвоенными продольными ребрами жесткости показала наименьшие эквивалентные напряжения. Такая конструкция позволяет обеспечить работу изделия, исключающую возникновение опасных отказов. Реализация использованных в работе принципов математического моделирования с учетом принятой расчетной схемы позволит в дальнейшем значительно сократить время разработки и постановки на производство крестовин с цельнолитым блоком сердечника с усовиками и приварными рельсовыми окончаниями.

Введение. Исследуется участок курсирования кольцевых маршрутных поездов. Приведены подробное описание и характеристика участка, на их основе он отнесен к человеко-машинным и трудноформализуемым системам. Исследование устойчивости такого рода транспортных объектов не может быть осуществлено с использованием известных критериев и методов. Целью работы стала разработка нового подхода к оценке устойчивости функционирования системы курсирования кольцевых маршрутных поездов, который учитывает особенности и специфику объекта исследования.

Материалы и методы. В статье предлагается для оценки устойчивости курсирования кольцевых маршрутных поездов использовать нейросетевой подход. В качестве исходных данных используется временной ряд изменения грузопотока на участке обращения кольцевых маршрутных поездов, являющийся главным эксплуатационным показателем исследуемой системы. Для моделирования выбран метод искусственной нейронной сети как простой и эффективный инструмент изучения рассматриваемой системы со значениями грузопотока, имеющими случайный характер.

Результаты. Описан подход, основанный на использовании производительности нейронной сети. Данный показатель отражает соответствие результатов моделирования с фактическими данными и позволяет оценить качество модели.

Обсуждение и заключение. Представленный подход может использоваться для оценки устойчивости системы курсирования кольцевых маршрутных поездов.

Введение. Рост грузонапряженности и осевой нагрузки на Восточном полигоне отражается как на состоянии железнодорожного пути, так и на сокращении доступного времени на его техническое обслуживание. Увеличение объемов работ вследствие деформативности пути в сложных условиях эксплуатации существенно усложняет процесс планирования и организации работ по текущему содержанию железнодорожного пути. Одним из основных факторов, влияющих на безопасность и бесперебойность движения поездов, является геометрия рельсовой колеи, нормативное состояние которой обеспечивается за счет проведения работ по текущему содержанию пути. В исследовании рассмотрен вопрос повышения эффективности организации работ по содержанию геометрии рельсовой колеи.

Материалы и методы. Для решения поставленной задачи использовались методы математического моделирования и статистики. Была построена модель организации технологических процессов на основе формализации процесса поступления объемов работ и их выполнения. Определение расчетных трудозатрат, необходимых для устранения выявленных отступлений, осуществлялось на основе результатов оценки состояния пути путеизмерительными средствами с учетом регламентированных норм времени на их устранение.

Результаты. Представлена математическая модель организации технологических процессов содержания геометрии рельсовой колеи, которая позволяет определять необходимый уровень ежедневных трудозатрат на линейном участке для выполнения полного объема работ в регламентирующие сроки, что позволит сократить время принятия решений при планировании работ.

Обсуждение и заключение. Использование данной модели позволит упростить процесс планирования и организации работ на линейном участке дистанции пути, что особенно актуально при высоком уровне неотложных и первоочередных работ на особо грузонапряженных участках. Дальнейшие исследования будут направлены на развитие математической модели, разработку программного продукта и внедрение в единую корпоративную автоматизированную систему управления инфраструктурой.