Введение. Актуальной задачей сегодня является оптимизация взаимодействия подвижного состава и железнодорожного пути. Ее решение позволит увеличить скорость движения поездов, повысить безопасность и срок службы колес и рельсов. На срок службы колес и рельсов значительное влияние оказывают контактные напряжения и давления. Их величина зависит от геометрии колеи, в том числе и от подуклонки рельсов, пятна контакта и упругих свойств контактирующих элементов.

Материалы и методы. Проанализировано влияние подуклонки рельсов на контактные напряжения и давления в системе «колесо — рельс» при различном усилии воздействия колес подвижного состава, а также проведена оценка влияния упругости подрельсового основания на деформации и напряжения в пятне контакта без учета изменения силовых параметров взаимодействия пути и подвижного состава при изменении общей жесткости пути. То есть в этой работе величины усилий, передаваемых от колес подвижного состава на рельсы, являются исходными данными для определения напряженно-деформированного состояния системы «колесо — рельс». Для проведения анализа была разработана конечно-элементная модель для расчета напряженно-деформированного состояния системы «колесо — рельс» при различной степени уплотнения подрельсового основания. Исходя из анализа полученных расчетных данных сделаны выводы о влиянии упругости подрельсового основания и подуклонки на контактные напряжения и давления в системе «колесо — рельс». Также проведена оценка влияния подуклонки рельсов на напряженно-деформированное состояние системы «колесо — рельс» при отклонениях от нормативного положения в пределах допускаемых норм.

Результаты. Результаты расчета демонстрируют, что изменение упругости подрельсового основания слабо влияет на контактные давления и напряжения (без учета влияния на непосредственные силовые характеристики взаимодействия подвижного состава и пути). При этом изменения подуклонки в пределах допускаемых значений от 1/12 до 1/60 приводят к превышению контактными напряжениями предела текучести рельсовой стали, что является одной из причин снижения долговечности материала и, как следствие, уменьшения срока службы рельсов с одновременным возрастанием риска хрупкого излома в зоне экстремальных механических напряжений.

Обсуждение и заключение. Полученные результаты расчета демонстрируют необходимость контроля такого параметра рельсовой колеи, как подуклонка, так как изменение напряженно-деформированного состояния рельсов вследствие изменения подуклонки влияет на срок их службы и безопасность движения в целом. Для контроля этого параметра предлагается использовать автоматизированные и ручные средства диагностики.

Введение. С вступлением в действие новых правил перевозок железнодорожным транспортом скоропортящихся грузов изменилась структура грузопотоков в сторону увеличения объемов перевозок в изотермических специальных транспортных средствах. При их выборе грузоотправителю необходимо знать расчетную величину допустимого срока перевозки скоропортящегося пищевого продукта, в течение которого температура последнего не выйдет за границы интервала установленных температурных условий для перевозки и хранения.

Материалы и методы. Для расчета величины допустимого срока перевозки груза используется величина общего коэффициента теплопередачи кузова специального транспортного средства, определяемая по результатам проведения теплотехнических испытаний методами внутреннего обогрева или охлаждения с применением математических зависимостей, позволяющих учесть расчетное изменение коэффициента теплопередачи во время движения в составе
поезда.

Результаты. Выполнен расчет допустимого срока перевозки бутилированного пива в изотермическом специальном транспортном средстве в летний период для допустимых температур хранения скоропортящегося пищевого продукта от 0 до 10 °С в диапазоне средних скоростей движения состава от 0 до 120 км/ч. В соответствии с результатами расчета допустимый срок перевозки при использовании величины коэффициента теплопередачи, полученной по результатам проведения теплотехнических испытаний, составил 69,4 ч, а при расчете по методике с учетом внешних факторов —57,1 ч, т. е. сократился на 12,3 ч, или ориентировочно на 18 %.

Обсуждение и заключение. Допустимый срок перевозки скоропортящегося пищевого продукта в изотермических специальных транспортных средствах зависит от влияния средней скорости движения на маршруте перевозки, инфильтрации в транспортное средство наружного воздуха и солнечной радиации. Во избежание снижения качества продукта или его порчи грузоотправителю необходимо учитывать указанные обстоятельства при выборе параметров специальных транспортных средств.

Введение. Система воздухоснабжения дизеля предназначена для увеличения подачи воздуха в поршневую часть двигателя, что позволяет повысить его мощность. Система включает агрегат наддува (турбокомпрессор) и охладитель наддувочного воздуха. Поскольку связь их с поршневой частью газовоздушная, это ограничивает диапазон режимов экономичной работы дизеля. В последние годы для повышения топливной эффективности дизеля доводка системы воздухоснабжения велась в направлении повышения коэффициента полезного действия турбокомпрессора и расширения диапазона его экономичной работы. В настоящее время эти резервы исчерпаны. В статье предлагается новое направление повышения топливной эффективности тепловозных дизелей в эксплуатации: управление двумя агрегатами наддува (регистровый наддув) путем последовательного включения каждого для работы дизеля на каждом из двух мощностных режимов — ниже и выше средней мощности.

Материалы и методы. Приведена схема воздухоснабжения дизеля с регистровой системой наддува и дана методика графоаналитического расчета совместной работы агрегатов наддува с поршневой частью двигателя.

Результаты. Обоснованы и выбраны пути повышения топливной экономичности тепловозных дизелей в эксплуатации за счет улучшения характеристик системы воздухоснабжения на режимах ниже средних мощностных. Расчетно-экспериментальным методом получена оценка повышения топливной эффективности тепловоза 2ТЭ25К, оборудованного дизелем с регистровой системой наддува, по сравнению со штатным дизель-генератором 21-26ДГ.

Обсуждение и заключение. Практика создания, исследования и реализации регистровых систем наддува на АО «Коломенский завод» и за рубежом показала, что, несмотря на сложность конструкции, применение таких систем целесообразно, поскольку они обеспечивают существенное увеличение эффективности силовой установки в эксплуатации. Рекомендуется проверить характеристики тепловозного дизеля с предлагаемой регистровой системой воздухоснабжения на стендовом дизель-генераторе с последующей эксплуатационной проверкой на тепловозе.

Введение. В статье рассматриваются вопросы определения скоростей соударения вагонов-цистерн для перевозки опасных грузов 2-го класса на сортировочной горке в порожнем и груженом состояниях, уровня сил, действующих на вагон через автосцепку, а также уровня ускорений, действующих на сливо-наливную, предохранительную арматуру и элементы внутреннего обустройства котла. В настоящее время маневровые операции через сортировочную горку с вагонами для перевозки опасных грузов 2-го класса с классификационным шифром 2112 и номерами ООН 1011, 1965, 1969, 1978 разрешено производить только с маневровым локомотивом с особой осторожностью, без толчков и резких остановок. Такое ограничение не позволяет на автоматизированных сортировочных горках производить роспуск газовых вагонов-цистерн, что усложняет маневровую работу при формировании состава.

Материалы и методы. Проведение испытаний на соударение вагона-цистерны, поочередно оборудованного поглощающими аппаратами классов Т1, Т2 и Т3 с замером скоростей, сил и ускорений.

Результаты. Определены максимально допустимые скорости соударения вагона-цистерны.

Обсуждение и заключение. Принимая во внимание результаты проведенных испытаний, а также требования ГОСТ 32913–2014, можно констатировать, что реализация ранее разработанной технологии по роспуску на сортировочных горках вагонов-цистерн для перевозки грузов 2-го класса опасности, оборудованных поглощающими аппаратами класса Т3, со скоростью подхода не более 3 км/ч соответствует требованиям обеспечения безопасности при роспуске.

Введение. Целью исследования является изучение процесса образования и накопления контактно-усталостных повреждений в зоне сварного стыка и выявление степени влияния наличия и характера деформации поверхности катания рельса в зоне сварного соединения, полученного электроконтактной сваркой, на возникновение и развитие контактно-усталостных повреждений, в том числе на количество циклов до зарождения трещины, которое определяет ресурс сварного стыкового соединения.

Материалы и методы. Для моделирования накопления контактно-усталостных повреждений в поверхностных слоях материала при циклически изменяющемся поле напряжений использован подход, при котором в качестве критерия накопления рассматривается величина амплитудных значений максимальных касательных напряжений. В рамках данного подхода были реализованы следующие этапы: определение параметров распределения плотности вероятности нагрузки от колес на рельсы; решение контактной задачи о качении колеса по рельсу с учетом формоизменения рельса в области смятия; моделирование процесса накопления повреждений.

Результаты. Смятие материала рельса в зоне сварного стыка приводит, с одной стороны, к возникновению дополнительной динамической нагрузки, увеличивающей контактные и внутренние напряжения, с другой — к увеличению площади контакта за счет выполаживания головки рельса, что снижает напряжения при контакте. В зависимости от глубины смятия, начальной поврежденности, характера нагружения процесс накопления контактно-усталостных повреждений может как ускоряться, так и замедляться.

Обсуждение и заключение. Подтверждается необходимость устранения термообработкой зон пониженной твердости в местах сварных стыков, приводящих к образованию седловин, трещин и выкрашиваний. Уменьшение размера разупрочненной зоны до размеров пятна контакта практически исключит образование импульсных неровностей, а в случае их образования при контакте не будет дополнительной динамической нагрузки. Вариантом решения проблемы является интенсификация процесса нагрева при локальной термической обработке после сварки, отказ от отдельной локальной термической обработки рельсов после сварки и совмещение ускоренного охлаждения головок рельсов с общим процессом сварки.

Введение. На большинстве современных скоростных и высокоскоростных электропоездов применяется тяговый привод класса II с жестким или упругим опиранием электродвигателей на раму тележки. На тележках электропоездов платформы Velaro и на электропоезде ЭВС «Сапсан» оба тяговых двигателя жестко опираются на поддон, который упруго связан с рамой тележки в поперечном направлении посредством четырех листовых рессор. Ввиду малой поперечной жесткости подвески при движении поезда поддон с тяговым электродвигателем совершает поперечные перемещения относительно рамы тележки, обусловленные величиной свободного хода поддона. Данная конструкция проявляет себя как динамический гаситель колебаний в определенном диапазоне частот и способствует повышению критической скорости поезда.

Материалы и методы. Для оценки свойств поперечного подрессоривания тягового электродвигателя на раме тележки проведены амплитудно-частотный анализ и исследование свободных и вынужденных горизонтальных колебаний систем упругого и жесткого подвешивания тягового электродвигателя на раму тележки с определением вероятностных характеристик случайных процессов. Для этих целей разработана имитационная 3D-модель моторного вагона высокоскоростного электропоезда в программном комплексе «Универсальный механизм». В результате численного моделирования были получены реализации стационарных и эргодических случайных процессов.

Результаты. Поперечное подрессоривание тягового электродвигателя придает ему функции динамического гасителя колебаний, положительно сказывается на устойчивости экипажа с высокой скоростью, существенно снижает амплитуду и частоту горизонтальных колебаний рамы тележки, а также рамные силы. Максимальный эффект динамического демпфирования достигается при собственной частоте поперечных колебаний тягового электродвигателя, близкой к частоте поперечных колебаний колесной пары.

Обсуждение и заключение. Эффект динамического демпфирования возможно получить в определенном диапазоне собственной частоты поперечных колебаний тягового электродвигателя, зависящей от параметров контакта колеса и рельса, демпфирования горизонтальных колебаний электродвигателя, необходимого для ограничения резонансных амплитуд колебаний. При этом малая жесткость подвески способствует увеличению поперечных и угловых перемещений тягового электродвигателя. Допустимые поперечные и угловые перемещения необходимо регламентировать в зависимости от характеристик зубчатой муфты и параметров экипажной части в целом на этапе проектирования данной конструкции.

Введение. Рассмотрена задача повышения энергоэффективности асинхронного привода, в частности, вспомогательных электрических машин электровоза. Эта публикация является продолжением тематики оптимального управления асинхронными машинами, начатой в No 5, 2021 г. и No 1, 2022 г. в журнале «Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта».

Материалы и методы. Для расчета динамических характеристик асинхронного привода применено программное обеспечение SimInTech российской компании «3В Сервис», предназначенное для моделирования различных прикладных задач. С помощью пакета прикладных программ SimInTech разработана математическая модель предлагаемой системы оптимального векторного управления асинхронным двигателем.

Результаты. Было установлено, что применение разработанной системы оптимального управления позволяет уменьшить потребляемый двигателем ток. Представленные результаты имитационного моделирования подтвердили правильность принятых схемотехнических решений.

Обсуждение и заключение. Предложенная система оптимального управления вспомогательными машинами электровоза предназначена для повышения энергоэффективности привода за счет применения нового алгоритма выбора оптимальной величины потокосцепления ротора, которая позволяет уменьшить величину потребляемого двигателем тока. Представленная структура векторного управления может быть успешно реализована на базе современных микроконтроллеров.

Введение. В современных условиях работа железнодорожного транспорта по обеспечению устойчивого пропуска поездопотоков остается актуальной, и в первую очередь на грузонапряженных направлениях сети ОАО «РЖД». Важной составляющей решения этой проблемы является развитие полигонных технологий, в основе которых лежит гармонизация использования инфраструктуры, локомотивного и вагонного парков. Это требует ликвидации «барьерных мест», что в дальнейшем обеспечит рост участковой скорости на протяженных направлениях железных дорог.

Материалы и методы. Поскольку участковая скорость является важным качественным показателем, позволяющим определить железнодорожные участки и направления, имеющие затруднения в организации стабильного пропуска поездопотоков, в работе был использован метод участковых скоростей, посредством которого можно установить участки возникновения «барьерных мест» и причины их появления.

Результаты. Рассматриваются результаты эксплуатационной работы двухпутного грузонапряженного направления Кошта — Волховстрой-I Октябрьской железной дороги, особенностью которого является стыкование участков с электрической тягой постоянного (железнодорожный участок Волховстрой-I — Бабаево) и переменного (железнодорожный участок Кошта — Бабаево) тока. На станции стыкования оценено влияние обеспечения грузовых поездов локомотивами на участковую скорость продвижения груженых поездопотоков к портам Северо-Запада, определено «барьерное место» и выполнен анализ показателей перевозочного процесса на рассматриваемом направлении. Предложен новый метод резервирования локомотивного парка на станциях стыкования железнодорожных участков постоянного и переменного тока, позволяющий определять необходимый технологический резерв локомотивов в зависимости от установленного норматива участковой скорости с учетом всех оперативных изменений в организации перевозочного процесса и с полной компенсацией дефицита локомотивов.

Обсуждение и заключение. Установлено, что «барьерное место» затрудняет устойчивое продвижение груженого поездопотока. На исследуемом направлении это связано с инфраструктурными ограничениями тягового электроснабжения. Рассмотрены варианты усиления системы тягового электроснабжения за счет гармонизации локомотивных парков переменного и постоянного тока. Предложены мероприятия по устранению «барьерного места», позволяющие добиться значительных технологических эффектов в работе железнодорожного направления.