Введение. Развитие силовой электроники и информационных технологий способствует развитию и внедрению на подвижном составе частотно-регулируемого электропривода как для тяговых двигателей, так и вспомогательных машин электровоза. Данная публикация является продолжением темы исследований управления асинхронными машинами вспомогательного электропривода локомотивов переменного тока («Вестник Научноисследовательского института железнодорожного транспорта», 2021, №5; 2022, №1; 2023, №1).

Материалы и методы. Для моделирования динамических процессов в модальном регуляторе асинхронного двигателя использован программный продукт SimInTech отечественной компании «3В Сервис», позволяющий методом имитационного моделирования исследовать работу асинхронного привода.

Результаты. Было установлено, что используемый метод модального управления позволяет при управлении асинхронным двигателем задавать время и характер переходных процессов. Результаты имитационного моделирования системы автоматического регулирования подтвердили перспективность применения данного метода.

Обсуждение и заключение. Представленные результаты моделирования системы автоматического регулирования асинхронного привода, в которой применен метод модального управления, выявили возможность значительно сократить время переходных процессов. Это достигается за счет применения в модальном регуляторе безынерционных обратных связей по потокосцеплению и угловой скорости вращения ротора двигателя.

Введение. Сцепление колес электровоза с рельсами определяют различные параметры (кинематические и энергетические), от которых зависят масса и скорость движения поезда, расход энергии и т. п. В условиях вождения грузовых поездов повышенной массы и длины актуальность проблемы сцепления колес электровоза с рельсами значительно возрастает, особенно при использовании мощных тяговых электродвигателей, в том числе бесколлекторных. Для принятия обоснованных решений по увеличению массы и скорости движения поездов, сокращению энергозатрат на тягу и общему снижению эксплуатационных расходов необходимо иметь четкое представление об основных закономерностях процессов в зоне сцепления колес электровоза с рельсами и их параметрах.

Материалы и методы. В работе с использованием системного подхода, методов математического анализа и энергетического баланса рассмотрены основные закономерности процессов в зоне сцепления колес электровоза с рельсами, их кинематические и энергетические параметры. При рассмотрении данных процессов приняты некоторые допущения: диаметры колес электровоза одинаковые, давление всех колес на рельсы в любой момент времени и в каждой точке пути одинаковое, колебания колесных пар отсутствуют и т. п. Эти допущения не оказывают существенного влияния на конечные результаты, но значительно упрощают получение необходимых аналитических выражений.

Результаты. Получены числовые значения параметров сцепления колес электровоза с рельсами, которые согласуются с экспериментальными данными.

Обсуждение и заключение. Предложены принципы анализа и система логически обоснованных и взаимосвязанных кинематических и энергетических параметров сцепления колес электровоза с рельсами, выявлены основные закономерности изменения этих параметров. Результаты исследования могут быть использованы для научно обоснованного принятия решений по практическому применению параметров сцепления колес электровоза с рельсами.

Введение. Внедрение подвижного состава с повышенными осевыми нагрузками делает вопрос оценки силового воздействия колес на железнодорожный путь более острым и актуальным. В специальной литературе описывается достаточно много методов измерений боковых сил и бокового износа с различной степенью точности. Однако вопрос о том, как правильно расположить измерительные устройства по длине круговой части кривой, на каком расстоянии друг от друга, с какой частотой производить измерения силовых параметров в течение срока эксплуатации данных рельсовых нитей, остается открытым. В статье рассмотрены вопросы воздействия колес полувагонов с осевой нагрузкой 25 тс на нагруженность и изнашивание рельсовых нитей в кривых разного радиуса.

Материалы и методы. Для анализа и детализации суммарных нагрузок от каждого колеса вагонов на рельсовые нити на втором главном пути Слюдянской дистанции пути Восточно-Сибирской дирекции инфраструктуры (на спуске) были выбраны две кривые (R298 и R565 м) с почти одинаковыми уклонами и сопоставимыми параметрами эксплуатации. Были выполнены испытания по измерению нагрузки на рельсы на двух опытных участках пути, а также проведены измерительные проезды диагностического комплекса инфраструктуры «Спринтер-Интеграл» (АО «Фирма ТВЕМА») по опытным кривым.

Результаты. Обработке и анализу подлежали данные, полученные для полувагонов с осевой нагрузкой 25 тс (245, 3 кН). Установлено, что из всех колес, прошедших по участку в кривой R298 м, 58% действуют на внутренний рельс с направлением наружу рельсовой колеи и 42% — внутрь. На внутренний рельс действует средняя боковая сила 37,9 кН, направленная наружу, и 30,9 кН, направленная внутрь. Аналогичные данные были получены и для кривой R565 м. Сопоставление эпюр бокового износа и боковых сил, полученных для обеих кривых, показало синхронность их изменений.

Обсуждение и заключение. Для более полного анализа результатов воздействия колес на рельсы необходимо оценивать воздействие боковых сил, что особенно важно для кривых участков пути.

Введение. При неустановившемся движении поезда возникают резкие перемены величины силы тяги, сопровождающиеся колебательными и иногда ударными относительными движениями вагонов. При этом автосцепки испытывают нагружение, что является одной из причин их обрывов. Цель исследования — определение величин и характера изменения продольно-динамических межвагонных сил, возникающих при трогании поезда с места и трогании в случае невыдержки времени полного отпуска тормозов (при действии тормозных сил в хвостовой части).

Материалы и методы. Для расчета продольных сил, возникающих при трогании поезда с места, применяется численное моделирование. Цифровая многомассовая модель каждого поезда представляет собой систему твердых тел, соединенных упруго-вязкими связями. Разработана упрощенная модель автосцепного устройства, учитывающая жесткость и вязкость поглощающего аппарата, а также зазоры в ударно-тяговых приборах.

Результаты. Выполнены численные эксперименты трех режимов движения: трогания поезда с места; трогания поезда в случае невыдержки времени полного отпуска тормозов последнего вагона (принято, что последний вагон неподвижен); трогания поезда в случае неполного отпуска тормозов в последней трети поезда при действии переменных тормозных сил. В результате моделирования для каждого вида виртуального эксперимента были установлены характер и величина изменения продольных межвагонных сил: при установившемся режиме движения и при переходном, наиболее нагруженном режиме движения.

Обсуждение и заключение. Для рассматриваемых поездов максимальная межвагонная нагрузка при трогании в случае неподвижности последнего вагона превышает в среднем в два раза максимальную межвагонную нагрузку, возникающую при трогании поезда после полного отпуска тормозов. Определено, что неполный отпуск тормозов в последней трети поезда в выбранных условиях увеличивает максимальную продольную нагрузку на 2,22–6,23%.

Введение. В настоящее время на пассажирских вагонах с системой кондиционирования воздуха используется редукторно-карданный привод от средней части оси колесной пары типа WBA-32/2 немецкой фирмы Flender или его аналоги отечественного производства. Разработка и начало применения данного привода относятся к середине 60-х гг. прошлого века. Статья посвящена разработке и испытаниям генераторно-приводной установки нового поколения для пассажирских вагонов.

Материалы и методы. Проведен анализ многолетней эксплуатации привода по данным железнодорожных служб, занимающихся техническим обслуживанием и ремонтом пассажирских вагонов с кондиционированием воздуха. Были проведены стендовые испытания для опытной партии основных узлов генераторно-приводной установки, таких как редуктор, муфты и генератор.

Результаты. Была создана моноблочная генераторно-приводная установка, включающая в себя редуктор, генератор, предохранительную и эластичную муфты. Вся конструкция данной установки размещается на рамных тележках с помощью трех опорных элементов системы подвеса.

Обсуждение и заключение. Проведенные расчетно-экспериментальные исследования показали, что новая моноблочная генераторно-приводная установка обладает параметрами, значительно превышающими показатели серийных аналогов. Для размещения генераторно-приводной установки нового поколения на серийные тележки пассажирских вагонов была доработана конструкция тележек моделей 68-4066 и 68-4096. Проведенный расчетнографический анализ показал, что генераторно-приводную установку нового поколения можно разместить на рамные скоростные тележки модели 18-6960.

Введение. Длительная эксплуатация локомотива и требования безопасности обусловливают необходимость разработки методических подходов для обоснования продления ресурса его базовых узлов, функционирующих в условиях нагружения переменными нагрузками.

Материалы и методы. Проведены стендовые ресурсные испытания рам при их циклическом нагружении вертикальными и горизонтальными поперечными силами. Рассчитан ресурс рамы тележки и промежуточной рамы для наиболее нагруженных зон их конструкций, в которых при циклическом нагружении могут возникать локальные накопления усталостных повреждений, приводящие к разрушению усталостного типа. В расчете использованы результаты стендовых испытаний на усталость.

Результаты. Показано, что представленные рамы соответствуют установленным требованиям ГОСТ Р 55513–2013 в части обеспечения минимальных коэффициентов запаса прочности по сопротивлению усталости. Предложена методика оценки остаточного ресурса рам тележек и промежуточных рам.

Обсуждение и заключение. Исследования показали, что расчетный срок безопасной эксплуатации рам тележек и промежуточных рам восьмиосного тепловоза составляет не более 56 лет от даты постройки. По истечении данного срока допускается повторное проведение научно-исследовательской работы с целью определения остаточного ресурса его базовых частей. Приведенная методика испытаний может быть применена для оценки остаточного ресурса рам тележек и промежуточных рам, имеющих в своей конструкции локальные зоны возникновения и накопления усталостных повреждений, которые могут приводить к разрушениям усталостного типа.

Введение. Анализируются причины появления и развития дефектов крестовин с цельнолитым блоком сердечника с усовиками и приварными рельсовыми окончаниями (моноблочная крестовина), работающих в условиях тяжеловесного и интенсивного движения. Выход из строя таких крестовин обусловлен процессами зарождения и развития трещин, а также выкрашиванием металла на поверхности катания. Одним из эффективных методов повышения ресурса крестовин является упрочнение их поверхности катания энергией взрывной волны.

Материалы и методы. Исследование микроструктуры металла опытных крестовин проведено с помощью металлографического комплекса на базе микроскопа Zeiss Axiovert 25 с программным обеспечением Thixomet Pro. Для химического травления поверхности образцов использовался реактив из 4%-го раствора азотной кислоты в дистиллированной воде. Твердость упрочненного слоя определялась по методу Бринелля в соответствии с ГОСТ 9012–59 на твердомере ТШ-2М.

Результаты. Установлено, что причиной образования дефекта по коду ДС.30Г.2 (в соответствии с Классификатором дефектов и повреждений элементов стрелочных переводов) может являться не только наличие оксидных плен и неспаев в металле, но и недостаточные прочностные характеристики конструкции крестовин, которые должны быть исключены на стадии постановки продукции на производство; повышенные динамические нагрузки, на которые не рассчитано соответствующее изделие. Микротрещины, образующиеся при дальнейшей эксплуатации в перенаклепанном слое металла у поверхности катания (без удаления дефектного слоя), приводят к расслоению металла и выкрашиванию. Таким образом, при проведении обточки крестовин необходимо наряду с удалением наплывов предусматривать удаление всего дефектного слоя. Исследования показали, что технология взрывного упрочнения поверхности катания крестовин наиболее эффективна.

Обсуждение и заключение. На основании полученных результатов сделаны выводы о возможности повышения ресурса крестовин за счет применения предварительного упрочнения поверхности катания.

Введение. Целью исследования является оценка пропускной способности Северомуйского участка Байкало-Амурской магистрали (БАМ). Выбранный участок является типовым для БАМа и состоит в основном из однопутных перегонов. Одна из станций является участковой (на ней осуществляется смена вида локомотивной тяги), на участке проложены пути через горный перевал и тоннель, что влечет за собой возможность организации нескольких маршрутов движения поездов. На раздельных пунктах, как правило, выполняются однотипные операции, в частности пропуск с остановкой и без остановки, технический осмотр, смена бригад, а на перегонах — пропуск. При этом на их продолжительность влияют внешние воздействия, которые возникают случайным образом, в частности погода, поломки, человеческий фактор.

Материалы и методы. Использованы методы математического и компьютерного моделирования. Для построения математической модели движения поездов по участку применены положения теории массового обслуживания. В ней изучаются объекты, в которых регулярно выполняются однотипные операции, а их продолжительность не детерминирована. К таким объектам и относятся железнодорожные системы. Для анализа получаемых моделей использовано имитационное моделирование.

Результаты. Построена математическая модель движения поездов по Северомуйскому участку в виде сети массового обслуживания с двумя входящими потоками заявок. С ее помощью проведено несколько вычислительных экспериментов. На основе их результатов определены узкие места в инфраструктуре участка и оценена эффективность введения частично пакетного графика движения поездов на нем.

Обсуждение и заключение. Установлено, что на данный момент Северомуйский участок имеет запас пропускной способности, и поездопоток на нем может быть увеличен с текущих 23 до 27 пар поездов в сутки. Показано, что введение частично пакетного графика приводит к снижению задержек поездов на участке, но требует модернизации некоторых станций и не позволяет увеличить поездопоток выше обозначенного уровня. Таким образом, можно сделать вывод о том, что применение частично пакетного графика на данном участке нецелесообразно, и для существенного (в разы) повышения его пропускной и провозной способности необходимо создание двухпутного сообщения.