В статье рассматривается влияние прогибов бруса на величины нормальных напряжений и положение нейтральной оси при внецентренном растяжении стержня постоянной жесткости с прямолинейной осью. Методами сопротивления материалов получено математическое выражение кривой изогнутой оси бруса в двух главных плоскостях изгиба (инерции сечения), построенное на основании приближенного дифференциального уравнения упругой линии, и возможное к применению, которое можно применять в практических инженерных расчетах. Полученное выражение кривой изогнутой оси бруса используется для учета реального эксцентриситета приложения силы по отношению к линии центров тяжести поперечных сечений, изменяющегося измеряемого при увеличении или уменьшении приложенной нагрузки. Определены пределы применимости представленной математической модели и численно указаны ограничения предельных физических величин, при соблюдении которых математическая модель является адекватной. Физическая сторона задачи основана на линейном поведении материала, подчиняющемуся подчиняющегося закону Гука, поэтому в рамках статьи полагается, что максимальные напряжения в материале нагруженного бруса не превышают предел пропорциональности. На основании метода конечных элементов проведен численный эксперимент, учитывающий геометрическую нелинейность задачи, в ходе которого получены величины расхождений результатов расчета с аналитическим решением и приведены величины этих расхождений. Все результаты расчета представлены в виде диаграмм, построенных в относительных координатах (что подчеркивает качественную сторону задачи), изображающих показывающих изменение исследуемых величин по длине бруса при различных их гибкостях и разных уровнях среднего нормального напряжения.
Современные технологии. Системный анализ. Моделирование
2020. — Выпуск 4(68)
Содержание:
Эксплуатационная надежность определяет эффективность использования любой машины. Важным ее показателем является отсутствие отказов. Отказ носит кумулятивный характер, возникает внезапно, но подготовка его в процессе эксплуатации происходит постепенно. Диагностирование позволяет устанавливать предполагаемый момент отказа и способствует устранению причин его возникновения. Наибольшее распространение в настоящее время на дорожных и строительных машинах получили гидроцилиндры двустороннего действия с односторонним штоком. Известные методы их диагностирования основаны на контроле параметров герметичности. Однако с ростом типоразмера гидроцилиндра резко возрастает число отказов по причине прочностных разрушений несущих элементов, т. е. потери гидроцилиндром несущей способности, под которой подразумевается способность противостоять эксплуатационным нагрузкам без возникновения в его несущих длинномерных элементах критических напряжений, приводящих к появлению у них остаточных деформаций. Исследования несущей способности гидроцилиндра основаны на описании деформации гидроцилиндра в условиях продольно-поперечного нагружения, установления координат наиболее опасного сечения и определении в нем напряжений. Диагностическую информацию о несущей способности рекомендуется получать путем непрерывного контроля в процессе эксплуатации угла несоосности штока и гильзы (корпуса) гидроцилиндра, либо его прогиба до приложения продольного сжимающего усилия в процессе технического обслуживания дорожных и строительных машин, либо полного прогиба, работающего продольно, и поперечного нагруженного гидроцилиндра. При этом прямое диагностирование по последнему параметру обладает большей точностью и достоверностью, нежели косвенное диагностирование по двум предыдущим. Отсюда, особый интерес вызывают экспериментальные исследования прогиба гидроцилиндра непосредственно в условиях эксплуатации дорожных и строительных машин различного типоразмера.
Ключевые слова
В современном машиностроении активно внедряются изделия, содержащие элементы из композиционных и металлических материалов. Соединение таких изделий выполняется с помощью болтов или заклепок. При формировании отверстий в композиционных материалах существует риск возникновения дефектов типа «расслоение». В связи с этим цель данного исследования заключается в изучении ресурсных характеристик углепластика, имеющего подповерхностное расслоение вокруг отверстия, вызванного внешним воздействием. Рассматривается оригинальный способ нанесения дефектов на образцы, обеспечивающий высокую повторяемость зоны повреждения. В статье сравниваются полученные результаты повторно-статических испытаний бездефектных образцов, образцов с расслоениями и образцов, подвергнутых ремонту. Предложена методика проведения статических и цикловых испытаний на сервогидравлических испытательных машинах с использованием специальной четырехточечной оснастки для нагружения образцов. Статические и цикловые испытания были проведены на универсальной сервогидравлической испытательной машине «Shimadzu» (Япония). Во время испытаний образцы подвергались неразрушающему ультразвуковому контролю на всех этапах при помощи ультразвукового комплекса «ELISA» фирмы «GMI» (Франция). В ходе исследований проведены статические прочностные испытания образцов, на основе которых были подобраны диапазоны нагружения для циклических испытаний, разработана методика и оснащение для нанесения идентичных дефектов на образцах, разработана методика ремонта повреждений, проведены циклические испытания. В результате прошедших испытаний было выявлено, какое влияние дефект типа «расслоение» и его последующий ремонт оказывают на долговечность изделий из углепластика, получена зависимость роста размера зоны дефекта от количества циклов нагружения. Даны рекомендации по технологиям ремонта расслоений. Предложены альтернативные способы инжектирования смолы с использованием специальных оснасток в зону дефекта типа «расслоение».
Ключевые слова
В статье развиваются новые подходы в формировании методологического базиса в оценке свойств колебательных структур на примерах механических колебательных систем с сосредоточенными параметрами, которые используются в качестве расчетных схем технических объектов технологического и транспортного назначения. Рассматриваются особенности системного подхода в оценке динамических взаимодействий элементов механических колебательных систем. Развиваются методы оценки свойств механических колебательных систем на основе характеристик, зависящих от коэффициентов форм движения парциальных систем в режиме свободных колебаний. Введено понятие частотной функции, отражающей особенности соотношения потенциальной и кинетической энергии системы. В приложении к механическим колебательным системам с двумя степенями свободы предложен и разработан алгебраический метод построения частотной функции, зависящей от коэффициента связности, отражающей динамические особенности механической колебательной системы. Для модельного примера показано, что построенная частотная функция совпадает с частотной энергетической функцией, полученной в рамках методов структурного математического моделирования. Разработан метод построения частотных функций для оценки особенностей динамических свойств механических колебательных систем, отображающих свойства связности форм колебательных движений элементов. Установлена зависимость между характеристикой упругих элементов и распределением коэффициентов форм, определяющих экстремальные значения частотной функции. Рассмотрен ряд форм частотных функций для различных вариантов механических колебательных систем, включая предельные параметры жесткости, определяющие степень связности массоинерционных элементов системы. Приводятся результаты решения на модельных примерах.
Ключевые слова
По разработанной новой технологии процесса маслонаполнения полимерных и композиционных материалов создана автоматизированная система управления процессом маслонаполнения полимерных и композиционных материалов с использованием электротермической обработки для равномерного и выборочного нагрева образца за исключением жидкой среды (масло). С появлением этой технологии маслонаполнения встал вопрос, о том, сколько времени необходимо для полного наполнения полимерного образца жидким пластификатором. Исходя из этого было принято решение провести исследование теплообмена полимерного образца ПА6 с моторным маслом М-8В при маслонаполнении. Для этого составлена схема экспериментально-исследовательской установки для электротермического маслонаполнения и проведено обоснование выбранных параметров, состоящее из двух этапов: сушки до выполнения определенного условия и самого маслонаполнения. Для данной схемы произведен конечно-разностный расчет теплообмена полимерного образца и моторного масла без учета пропитки в программном комплексе «Solidworks Flow Simulation 2017» и с наполнением жидким пластификатором маслом М-8В в тело образца. Результат показали, с каким градиентом изменяется температура полимерного образца по всему объему при маслонаполнении с учетом пропитки и без нее. Полученные результаты будут использованы для сравнительного анализа с экспериментальными значениями.
Ключевые слова
Элементы тормозной системы, предназначенной для обеспечения безопасности движения транспортных средств, в процессе эксплуатации подвергаются значительным динамическим нагрузкам. В связи с этим актуальной является задача анализа контактного взаимодействия деталей дискового тормоза. В работе рассматривается напряженно-деформированное состояние тел, моделирующих элементы тормозной системы, которые находятся в динамическом контактном взаимодействии при работе тормоза. В среде пакета ANSYS/LS-DYNA созданы конечно-элементные модели тормозного диска и колодки, взаимодействующих по поверхности, имеющей форму сектора круга. Выполнены расчеты напряжений и деформаций деталей дискового тормоза при заданном законе сближения тормозного диска и колодки, сопровождающемся вращением тормозного диска. Приведены распределения эквивалентных по Мизесу пластических деформаций, касательных напряжений в тормозном диске и колодке вблизи области контакта для случаев внедрения колодки в неподвижный тормозной диск и при его вращении. Получены зависимости пластических деформаций в тормозном диске, колодке и системе в целом для различных угловых скоростей вращения диска. Показано, что увеличение скорости вращения диска приводит к существенному росту пластических деформаций. Проанализировано влияние статического и динамического коэффициентов трения на изменение напряженно-деформированного состояния. Установлено, что увеличение статического коэффициента трения не приводит к заметному росту пластических деформаций соприкасающихся деталей. Применение разработанной методики решения контактной задачи об упругопластическом взаимодействии деталей тормозной системы дает возможность оптимизации ее конструкции.
Ключевые слова
В статье показано, что основой плавнорегулируемой зубчатой передачи является составное полисекторное зубчатое колесо с изменяемой геометрией и разделяющимся силовым потоком. С зубчатыми колесами подобной конструкции могут быть скомпонованы как рядовая, так и двухколесная планетарная плавнорегулируемая передача, причем непременным условием существования рядовой передачи является наличие промежуточного зубчатого колеса, что усложняет ее конструкцию. В более перспективной, которой и следует отдавать предпочтение, планетарной плавнорегулируемой передаче зубчатые венцы сателлита могут быть расположены как соосно, так и оппозитно, а в форме составного полисекторного колеса целесообразно выполнять центральное зубчатое колесо. Конструкция составного полисекторного зубчатого колеса основана на двух принципах, обеспечивающих развитие технического объекта: принцип фрагментации, в силу которого зубчатый венец колеса представлен в виде набора зубчатых секторов с синхронно изменяемым вылетом относительно оси вращения, и принцип разделения силовых потоков, позволяющий при наличии упругой связи между элементами различных потоков избежать поломок передачи при непрерывном изменении ее передаточного отношения. Необходимость упростить конструкцию плавнорегулируемой передачи требует отказа от геометрического замыкания находящихся в зацеплении элементов и перехода к их силовому замыканию при использовании циклоидально-цевочного зацепления. В результате создаются объективные предпосылки для уменьшения массы и габаритов зубчатой плавнорегулируемой передачи как элемента трансмиссии транспортного средства, обеспечивается удовлетворительная управляемость передачи механизмом, не требующая больших энергетических затрат, а также ее компонуемость за счет соосности ведущего и ведомого валов при обеспечении необходимых режимов движения транспортного средства.
Ключевые слова
Обращение тяжеловесных поездов на дорогах Российской Федерации позволяет существенно повысить провозную способность дорог, обеспечивает своевременную доставку руды, угля, минеральных удобрений, нефтепродуктов из мест их добычи к местам переработки или погрузки на суда. Увеличение веса поезда может быть реализовано двумя способами: наращиванием длины поезда до 100 условных вагонов и более и увеличением нагрузки на ось. В России вес поезда увеличивается преимущественно за счет его длины. Участки тяжеловесного движения есть на большинстве железных дорог России, указан полигон тяжеловесного движения, протяженность которого более 21 тыс. км. В статье рассматриваются особенности эксплуатации железнодорожного пути в условиях движения тяжеловесных длинносоставных поездов, отмечается их влияние на состояние объектов инфраструктуры, дается анализ общих проблем, характерных практически для всех участков тяжеловесного движения на дорогах страны. Подробно исследуются проблемы верхнего строения пути и земляного полотна. Приведены данные о дефектах и деформациях земляного полотна на полигонах тяжеловесного движения. Изучены особенности эксплуатации «тяжеловесного» железнодорожного пути на Свердловской железной дороге. Особое внимание уделяется горным участкам с затяжными подъемами, на которых движение поездов повышенного веса возможно только с подсыпкой песка под колеса локомотива. Автор выдвигает предположения о необходимости разработки нормативной документации по конструкции железнодорожного пути и его техническому обслуживанию в условиях тяжеловесного движения, подготовки объектов инфраструктуры к организации тяжеловесного движения.
Ключевые слова
На отечественных электровозах формирование трехфазного напряжения, необходимого для работы асинхронных двигателей вспомогательных машин, выполняется с помощью симметрирующих конденсаторов и резисторов системы преобразования числа фаз. Выполненное в работе исследование системы преобразования числа фаз, применяемой на электровозе в настоящее время, создает несимметричное напряжение и токи в обмотках статора трехфазных асинхронных электродвигателей. Наличие угловой и амплитудной несимметрии токов и напряжений при преобразовании однофазного напряжения в трехфазное приводит к отказам асинхронных двигателей и недопустимому нагреву обмоток повышенными токами. Исследование несимметрии напряжений и токов в обмотках статора электродвигателя выполнено при помощи метода симметричных составляющих с использованием прямой и обратной последовательностей. Для каждой из систем последовательностей напряжений и токов электромагнитные процессы в фазах подобны, что позволяет воспользоваться однолинейными схемами для каждой последовательности и выполнять расчеты для одной фазы. Реализация метода симметричных составляющих выполнена с применением математической программы «Matlab» в среде Simulink. Расчеты симметричных составляющих выполняются с использованием комплексов действующих линейных напряжений на выходе системы преобразования числа фаз. Результатами расчета по этому методу являются коэффициенты несимметрии по прямой и обратной последовательности, которые позволяют оценить разницу между фактическими значениями коэффициентов несимметрии по прямой и обратной последовательности и максимально допустимыми для нормальной работы электродвигателей значениями коэффициентов несимметрии. Исследование работы электропривода и расчеты производились при различных допустимых напряжениях контактной сети. Определен благоприятный режим работы асинхронного электродвигателя, работающего при помощи штатной системы преобразования числа фаз при номинальном напряжении на токоприемнике электровоза.
Ключевые слова
В местах пересечения трасс электрифицированных железных дорог переменного тока с высоковольтными воздушными линиями электропередачи возникают электромагнитные поля сложной структуры, отличающиеся повышенным уровнем напряженностей. Такие поля могут создавать помехи, нарушающие функционирование электронного оборудования и систем телекоммуникаций. Кроме того, возможно негативное воздействие на персонал, обслуживающий объекты железнодорожной инфраструктуры. В статье представлены результаты компьютерных исследований, выполненных применительно к сложной тяговой сети 25 кВ, параллельно которой проходила линия электропередачи 220 кВ. В состав тяговой сети входила линия с заземленной фазой, провода которой были смонтированы на опорах контактной сети. Проведено моделирование электромагнитного поля в месте ортогонального пересечения описанной многопроводной тяговой сети с линией электропередачи 500 кВ. Рассматривались две режимные ситуации: нормальный режим работы линии электропередачи 220 кВ с передачей мощности 25+j16 МВ·А и обрыв одной фазы на отправном конце с передачей той же суммарной мощности. Расчеты напряженностей электромагнитного поля выполнены в программном комплексе «Fazonord». По результатам моделирования построены объемные диаграммы, наглядно иллюстрирующие сложную структуру возникающих электромагнитных полей. Такие диаграммы помогут принимать обоснованные решения по защите персонала и электронного оборудования (в частности устройств железнодорожной автоматики и телемеханики) от негативного воздействия электромагнитного поля. При нормальном режиме работы максимумы напряженностей электрического поля для рассмотренного пересечения превышают допустимые значения для электротехнического персонала. Напряженности магнитного поля находятся в допустимых пределах. При обрыве фазного провода линии электропередачи 220 кВ наблюдается увеличение напряженностей магнитного поля для координат, расположенных на оси, перпендикулярной трассе дороги и лежащих в диапазоне 0-30 м. Исследования выполнены при финансовой поддержке по гранту государственного задания Минобрнауки России на тему «Повышение качества электрической энергии и электромагнитной безопасности в системах электроснабжения железных дорог, оснащенных устройствами Smart Grid, путем применения методов и средств математического моделирования на основе фазных координат».
Ключевые слова
В связи с планируемым существенным увеличением объема грузоперевозок к 2025 г. по Восточному полигону остро стоит проблема ликвидации лимитирующих межподстанционных зон, ограничивающих пропускную способность участков железных дорог. Эта проблема решается путем усиления системы тягового электроснабжения различными способами: внедрением компенсирующих устройств, увеличением сечения контактной подвески, монтажом дополнительных постов секционирования. Кроме того, поэтапно осуществляется усиление системы внешнего электроснабжения. Одна из основных целей реализации этих мероприятий - повышение уровня напряжения в контактной сети для пропуска поездов повышенной массы с необходимыми межпоездными интервалами.Однако в имеющейся системе тягового электроснабжения есть «скрытые» резервы для повышения уровня напряжения в контактной сети, которые не потребуют значительных капитальных вложений. К таковым можно отнести проверку симметрии напряжения в питающей линии электропередачи и реализацию при необходимости перефазировки подключения тяговых трансформаторов к ее фазам.В данной работе выполнено моделирование систем внешнего и тягового электроснабжения участка З - Ж Восточного полигона. Результаты моделирования подтвердили наличие несимметрии напряжения в питающей линии электропередачи при пропуске тяжеловесных поездов. Для решения выявленной проблемы предложено произвести перефазировку подключения тяговых трансформаторов. Результаты реализации предложенного варианта фазировки подтвердили эффективность мероприятия, поскольку это привело как к повышению напряжения в контактной сети, так и к улучшению качества электроэнергии в питающей линии электропередачи.
Ключевые слова
Стрелочные переводы железнодорожных путей подвержены атмосферным воздействиям особенно в зимний период. Между их подвижными частями может скапливаться конденсат, снег, лед, что вызывает нарушение работоспособности стрелок. Сбои в работе стрелочных переводов связаны с безопасностью движения железнодорожного транспорта. Обеспечение безотказной работы стрелок реализуется двумя способами - очистка от атмосферных осадков и обеспечение заданного теплового режима, препятствующего образованию снега и льда. Первый способ связан с временными затратами на очистку и вызывает нарушение графика движения поездов. Второй способ требует наличия дополнительных источников энергии для его реализации, но при этом не будет влиять на режим движения подвижного состава. В статье предложен новый способ защиты стрелочных переводов от снега и льда, основанный на обеспечении требуемого теплового режима, полностью исключающий необходимость прекращения движения поездов на период очитки стрелок. Применение предложенного способа наиболее рационально для путевых хозяйств в северных и приравненных к ним регионах России. Устройство обогрева, созданное на основе предложенного способа, апробировано на ответственных участках стрелочных переводов Зеленогорской дистанции пути Октябрьской железной дороги (Санкт-Петербург и Ленинградская область). Предложенный способ обеспечения работоспособности стрелочных переводов защищен патентом РФ.
Ключевые слова
В статье рассматривается проблема поведения земляного полотна железных дорог в геодинамически активных районах на примере участка Транссибирской магистрали Восточно-Сибирской железной дороги Бирюсинск - Горхон. При анализе схемы разломноблоковой структуры юга Восточной Сибири становится очевидным, что Транссибирская магистраль зачастую пересекает участки с тектоническими нарушениями. При изучении литературы по эксплуатации инженерных сооружений, прослеживается влияние подвижек в зонах тектонических нарушений на такие сооружения, как тоннели, трубопроводы, гидроэлектростанции, резервуары, насыпи. Проанализированы существующие нормативные документы, учитывающие воздействие экзогенных и эндогенных геологических процессов на железнодорожный путь. Представлена классификация тектонических движений земной коры и различных типов тектонических разрывов: сбросов, взбросов, надвигов, сдвигов и покровов. Рассмотрены основные дефекты и деформации земляного полотна, исследованы нормативные документы по проектированию и эксплуатации земляного полотна. Ясно, что влияние тектонических подвижек на земляное полотно никаким образом не отображается в нормативных документах. Выполнен сравнительный анализ расположения участков деформаций земляного полотна с участками пересечения железнодорожным путем зон с тектоническими нарушениями. На основании этого сравнения сделан вывод о совпадении участков деформированного земляного полотна с зонами тектонических нарушений. Сделано заключение о снижении эксплуатационных показателей земляного полотна в зонах тектонических нарушений, а также доказана необходимость совершенствовании нормативной базы для проектирования и эксплуатации земляного полотна в таких зонах.
Ключевые слова
Транспортно-эксплуатационное состояние автомобильных дорог и уровень развития автодорожного комплекса не в полной мере отвечают современным требованиям региональной экономики, что существенно сдерживает социально-экономическое развитие. В работе определено состояние автодорожного комплекса Кемеровской области - Кузбасса. Вычленены основные причины несоответствия автомобильных дорог нормативным требованиям к транспортно-эксплуатационному состоянию и особенности функционирования современного автодорожного комплекса региона. Для решения задачи, повышения технического уровня и эксплуатационного состояния автомобильных дорог, в работе предлагается привлечение частных инвестиций в инфраструктурные проекты с помощью механизмов государственно-частного партнерства. Задача решена на примере объекта - Кольцевая автодорога города Новокузнецка (южный обход). Для решения задачи предложен дополнительный набор индикаторов для оценивания проектов государственно-частного партнерства в автодорожном комплексе. Разработаны сценарии повышения технического уровня и эксплуатационного состояния Новокузнецкой кольцевой автомобильной дороги, реализуемые с применением механизма государственно-частного партнерства. Выполнено моделирование сценариев и решена задача предпочтительного выбора проектов повышения технического уровня и эксплуатационного состояния Новокузнецкой кольцевой автомобильной дороги из множества альтернативных мероприятий по пяти индикаторам методом иерархий. Рассмотренная в данной работе методика решения задачи выбора проектов государственно-частного партнерства при планировании распределения ресурсов в автодорожном комплексе, содержащая дополнительный инструментарий в виде набора индикаторов, позволяет использовать её для решения задачи выбора варианта проекта, максимально удовлетворяющего всем требованиям, заявленным заказчиком с учетом уровня инвестиционных возможностей.
Ключевые слова
В статье рассматриваются вопросы компенсации негативного влияния обратного тягового тока на работу устройств железнодорожной автоматики, в частности на работу электрических рельсовых цепей и автоматической локомотивной сигнализации. Выясняются причины появления асимметрии обратного тягового тока в рельсовых нитях, анализируются последствия ее влияния на работу устройств автоматики и исследуются пути решения указанной проблемы. Один из вариантов решения проблемы - доработка и модернизация приемных локомотивных устройств с целью обеспечения компенсации помех и улучшения качества фильтрации сигналов на входе приемной локомотивной аппаратуры. При наличии асимметрии обратного тягового тока в рельсовых нитях суммарный магнитный поток в сердечнике путевого дроссель-трансформатора является отличным от нуля, в результате чего индуцируется напряжение составляющей обратного тягового тока во вторичной сигнальной обмотке, оказывающее негативное воздействие на работу рельсовой цепи. Поэтому другим, относительно простым и легче реализуемым способом решения указанной проблемы является компенсация помех непосредственно за счет изменения и улучшения конструкции путевых дроссель-трансформаторов, эксплуатируемых в настоящее время и вновь разрабатываемых. На основе проведенных исследований и с учетом анализа достоинств и недостатков существующих решений в этой области авторами предложено устройство, предназначенное для компенсации магнитного потока путевого дроссель-трансформатора, возникающего при асимметрии обратного тягового тока, которое позволяет свести к нулю суммарный магнитный поток. Предложенный способ защищен патентом Российской Федерации на изобретение.
Ключевые слова
Сегодня структура потоков поездов и вагонопотоков имеет значительные колебания по периодам времени, а временные промежутки в движении поездов на отдельных направлениях сети увеличиваются. Вместе эти критерии вызывают ряд рисков для ОАО «Российские железные дороги», оказывающих влияние на стабильное выполнение обязательств по перевозке грузов и пассажиров. Освоение дополнительных объемов перевозочной работы возможно за счет инвестиций в инфраструктуру. Альтернативным способом увеличения провозной способности железнодорожных линий могут выступать, например, технологические решения: оптимизация вагонопотоков (изменение плана формирования); увеличение гарантийных участков безопасного проследования вагонов; удлинение участков обращения локомотивов или участков работы локомотивных бригад. Решением большинства проблемных вопросов может стать организация работы локомотивов на тяговых плечах протяженностью до 400-450 км. Целью данного исследования является анализ эффективности изменения технологии работы локомотивных бригад на удлиненном тяговом плече Тайшет - Зима для улучшения показателей работы станции Нижнеудинск. Для оценки влияния вождения грузовых поездов на увеличенном тяговом плече работы локомотивных бригад Тайшет - Зима на функционирование станции Нижнеудинск была сформирована цифровая модель станции в программном обеспечении для автоматизированного построения план-графика работы станции, разработанном НИИ информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте. Разработка имитационной модели дала возможность определить качественные параметры работы станции Нижнеудинск, а также оценить экономическую эффективность работы «до» и «после» принятия технологических решений. Анализ параметров работы станции позволил сделать вывод, что с учетом увеличения протяженности тягового плеча работы локомотивных бригад на участке Тайшет - Зима, время простоя вагонов, следующих транзитом, сократилось, что, в свою очередь, положительно сказалось на затратах, необходимых для содержания эксплуатируемого парка локомотивов (их числа) и локомотивных бригад.
Ключевые слова
В статье проведено исследование статистических данных, обуславливающих актуальность повышения тормозной эффективности поездов. Рассматриваются особенности моделирования процесса фрикционного торможения железнодорожного подвижного состава. Проведен краткий обзор международных публикаций по вопросам исследования фрикционных тормозов различных видов транспорта. Рассмотрена методика определения коэффициентов трения тормозной колодки о колесо для железнодорожного подвижного состава. Проанализированы особенности методики определения коэффициента трения, оказывающие влияние на точность моделирования фрикционного торможения. По проведенному анализу сделан ряд выводов. Предпологается, что у изношенной колодки может измениться коэффициент трения и тормозная сила из-за увеличения температуры в зоне контакта с колесом, так как колодка в процессе изнашивания теряет порядка 80 % от первоначальной массы и 25 % площади теплообмена с окружающей средой, а это существенно изменяет энергетический баланс и температуру в зоне трения. Таким образом, можно объяснить, почему у поездов с одинаковым тормозным нажатием и другими равными условиями торможения в эксплуатации разный тормозной путь. Вследствие исследования сделан вывод, что температура колодок учитывается в формулах коэффициента трения, но только для случаев торможения, при которых скорость движения постоянно уменьшается, и поезд стремится к остановке. Нельзя с уверенностью применять данный коэффициент для моделирования длительного торможения с неизменной скоростью, так как температура колодок начнет увеличиваться и, несмотря на постоянное значение нажатия и скорости, коэффициент трения начнет существенно изменяться. В результате проведенные теоретические исследования и сделанные выводы позволят в дальнейшем более глубоко изучить процессы торможения и факторы, влияющие на тормозной путь поездов.
Ключевые слова
Функционирование экономической и непроизводственных отраслей любого региона невозможно без транспортно-технологической системы. Она представляет собой взаимосвязь различных видов транспорта при осуществлении технологических процессов. Эти отношения включают местоположение пунктов отправления / прибытия, пространственно выражающее спрос, потоки между ними и инфраструктуру. Все компоненты транспортно-технологической системы подчинены одной цели - удовлетворение потребности в передвижении пассажиров, грузов и информации на основе комплексного взаимодействия с окружающей средой. В результате анализа исследований взаимодействия отдельных элементов системы было выявлено, что не существует единой модели для всех типов взаимодействия. Представлена схема классификации транспортно-технологической системы, которая состоит из материальных (физических) объектов (участники движения и грузовые потоки), самого транспортного процесса и регулирования деятельности. На основе систематизации свойств и факторов, влияющих на результаты и параметры транспортного процесса, описана модель уровней взаимодействия элементов системы, которая может быть применена для всех видов транспорта. С целью оценки важности уровней взаимодействия параметров транспортного процесса был рекомендован метод двойного сравнения, который позволяет сравнивать взаимодействия элементов не одновременно, а попарно и при этом учитывать важность взаимодействия одного элемента по сравнению с другим. В результате можно сделать вывод, что классификация материальных элементов транспортно-технологической системы может быть использована для описания любого взаимодействия, а предложенный метод двойного сравнения позволяет заменить качественные показатели, задаваемые экспертами, на количественные. Это значительно сокращает трудоемкость расчетов и делает возможным использование полученного решения для планирования транспортного процесса.
Ключевые слова
В статье представлены результаты аналитико-математического исследования использования шунтирующего разрядного («девятого») плеча на базе современных полностью управляемых полупроводниковых приборов с целью оптимизации управления тиристорными плечами тяговых преобразователей и повышения энергетических показателей электровозов переменного тока. Разрядное плечо устанавливается в цепь выпрямленного тока силовой схемы параллельно катодной и анодной шинам преобразователя и выполняет функцию альтернативного контура протекания тока в обход тиристорных плеч, что позволяет осуществлять их оперативное выключение. Приводится описание технической проблемы, на решение которой направлен предлагаемый способ управления. Дается краткая историческая справка по изобретениям-предшественникам предлагаемого технического решения. Изложены достигнутые результаты, перечислены обусловленные техническими ограничениями недостатки изобретений. В работе описываются предлагаемый способ управления тиристорными плечами преобразователей с использованием разрядного плеча на IGBT-транзисторах, а также протекающие в силовой схеме электромагнитные процессы на примере аналитических диаграмм, приводится таблица управляющих импульсов нового алгоритма управления. Представлены результаты математического моделирования технического решения в комплексной модели системы «тяговая подстанция - контактная сеть - электровоз» в среде имитационного моделирования Matlab Simulink. Результаты моделирования позволяют сделать вывод о работоспособности предлагаемого способа управления и достижении существенного повышения коэффициента мощности электровоза в режиме рекуперативного торможения на всем диапазоне регулирования напряжения (скорости).
Ключевые слова
В статье проанализирован европейский опыт использования механизмов по управлению рисками в области обеспечения безопасности движения на железнодорожном транспорте. Безопасность и надежность перевозочного процесса на железных дорогах государств-членов Евросоюза гарантирована построением эффективных систем менеджмента безопасности движения, опирающихся на инструменты риск-менеджмента. В европейской практике управления безопасностью на железнодорожном транспорте управление рисками является обязательным элементом Системы менеджмента безопасности движения. Главной целью системы риск-менеджмента в области безопасности движения является снижение существующих уровней рисков до установленного допустимого значения и дальнейшее поддержание достигнутых значений. Для этого разработан комплекс мер по управлению риском, которые выполняются всякий раз, когда изменение условий эксплуатации или появление новых данных порождают новые риски транспортных происшествий и событий. Европейская система риск-менеджмента является отправной точкой управления безопасностью железнодорожных систем государств-членов Евросоюза, где управление рисками осуществляется на протяжении всего жизненного цикла железнодорожной системы, начиная с этапа проектирования до завершения ее эксплуатации. На железнодорожном транспорте государств-членов Евросоюза применяется общая система риск-менеджмента, которая представляет собой модель количественной оценки рисков, основанную на сценариях опасных событий. Данная модель оценки риска базируется на изучении причин и следствий с использованием техник «анализ дерева отказов» и «анализ дерева событий» для представления каждого опасного события. Европейская модель оценки рисков гибкая и может быть легко адаптирована для оценки и мониторинга риска безопасности других элементов.
Ключевые слова
В статье обозначена проблема распределения грузопотоков в мультимодальной сети с учетом аспектов транспортной системы в выбранном сетевом представлении. Сетевые модели позволяют прогнозировать потоки, моделируя физическую сеть на уровне детализации страны или большого региона. Спрос на транспортные услуги является экзогенным и может быть получен расчетным путем, методом наблюдения или других источников. Рассмотрены перспективы интеграции с эконометрическими моделями спроса. Акцент делается на сетевом представлении с учетом перегрузки в статической модели, предназначенной для использования в сравнительных исследованиях или для многопериодного анализа с дискретным временем. Мультипродуктовая модель сформулирована в общем виде, позволяя, включать как выпуклые, так и асимметричные функции стоимости. Тем не менее, некоторые допущения, сделанные в отношении структуры функции стоимости, упрощают и позволяют решать задачи большого размера в разумные сроки. Алгоритм решения сводится к следующим процедурам: выбирается сетевое представление для интеграции вариантов транспортировки и перегрузки; затем формулируется модель многоцелевого назначения и анализируются функции средней и предельной стоимости. Далее вычисляются кратчайшие пути с затратами на транспортировку в выбранной сети, демонстрируется эффективность и оценивается апробация модели. Модель стратегического планирования грузопотоков, подходит для международных и региональных систем грузоперевозок. Новые аспекты модели - это способ представления сети, спецификация требований, алгоритм решения математического программирования, адаптация алгоритма кратчайшего пути и использование численного анализа.
Ключевые слова
Основные задачи железнодорожной отрасли ориентированы на снижение затрат, связанных с эксплуатацией и ремонтом технологического оборудования, решение которых возможно за счет разработки технических средств, оптимально учитывающих природно-климатические, географические и технические условия эксплуатации. В данных условиях эксплуатации развитие локомотивной тяги предусматривает модернизацию существующего парка тягового подвижного состава, совершенствование выпускаемых локомотивов, разработку концептуально новой платформы линеек инновационных локомотивов, замену оборудования на более надежное и современное. На основании отчетов и статистических данных показателей работы локомотивного ремонтного депо Улан-Баторской железной дороги авторами выполнен анализ надежности эксплуатации тепловозов серии 2ТЭ116УМ, ввиду их большего процентного отношения к другим сериям локомотивов эксплуатируемого инвентарного парка дороги. Выявлено, что на долю повреждений электрической части электродвигателей приходится более 70 % от общего количества неисправностей. Разработка технического решения, использование которого позволит минимизировать количество отказов вспомогательных машин и оборудования тепловоза данной серии, является целью представленной статьи, для реализации которой рассмотрены основные конструкционные особенности электродвигателей, схема их подключения и наличие элементов защиты для определения «слабых» мест и обоснования предложенного технического решения.
Ключевые слова
Корпоративная система профессионального обучения крупной транспортной компании ОАО «РЖД» обеспечивает потребность технологического процесса в квалифицированном персонале. Управление процессом обучения происходит в сложной многоуровневой иерархической системе. В структуре системы присутствует множество элементов, предназначение которых определяется функциональными потребностями производственного процесса. При этом сама система обучения персонала для транспортной деятельности относится к человеко-машинному типу, так как в состав её элементов входят различного рода автоматизированные системы со своими базами данных и сетями передачи информации. С каждым годом по мере развития вычислительной техники и технологий в информационной среде информационная система постепенно трансформируется в направлении усиления значимости безлюдных технологий, основанным на принципах искусственного интеллекта. Симбиоз человека-машинных ресурсов в различных системах управления в транспортной отрасли определяется не только достижениями в развитии техники и технологий, но и большей степени экономической целесообразностью их внедрения в уже работающие процессы. Автоматизация организации процесса профессионального обучения персонала является, с одной стороны, фактором повышения эффективности и управляемости транспортной компании в целом, а с другой, элементом, требующим адаптации к внутренней среде в части взаимодействия с другими элементами системы управления компанией и специальными инструментами управления процессом перевозок. В статье рассмотрены подходы к повышению эффективности системы профессионального обучения работников железнодорожного транспорта, основанные на применении автоматизированных систем, выполняющих не только процессы обработки информации, но и планирования, инструментов устранения проблем взаимодействия между элементами системы управления компанией в процессе профессионального обучения.
Ключевые слова
В статье рассматривается проблема образования дефицита специализированного подвижного состава на территории Республики Беларусь, исследуются пути ее решения. Описываются особенности конструкции нижней и верхней рамы вагонов-самосвалов моделей 31-638, 31-656 и 31-661, установленные в ходе изучения конструкторской документации. Изучается специфика эксплуатации вагонов данного типа. Предложен подход к оценке остаточного ресурса вагонов-самосвалов после длительной эксплуатации, учитывающий основные физико-механические характеристики металла и специфику эксплуатационных нагружений таких вагонов. Представлены схемы обследования технического состояния несущей конструкции вагонов-самосвалов методом ультразвуковой толщинометрии. Приведены результаты обследования 186 единиц вагонов-самосвалов методами неразрушающего контроля: визуальный контроль и ультразвуковая толщинометрия. Описаны зоны верхней и нижней рамы вагона-самосвала, установленные путем технического диагностирования, подверженные образованию дефектов в большей степени. Кроме того, проанализированы нормативные режимы нагружения конструкции кузова вагона-самосвала. Проведен расчет несущей металлоконструкции вагона-самосвала с учетом реального физического состояния металлоконструкции кузова отобранного типового представителя, находящегося в наихудшем техническом состоянии. Представлен детальный анализ напряженно-деформированного состояния конструкции кузова вагона-самосвала. На основании результатов моделирования разработана схема наклейки тензометрических датчиков для проведения натурных испытаний вагона. Описан объем натурных контрольных испытаний (включающих режимы нагружения, характерные специфике эксплуатации вагонов данного типа), которым будет подвергнут отобранный типовой представитель вагона-самосвала с наихудшим техническим состоянием и локальным коррозионным износом.
Ключевые слова
В связи с развитием транспорта возрастает номенклатура подвижного состава, применяемого на Белорусской железной дороге. В настоящее время эксплуатируются двухсекционные электровозы БКГ1 и односекционные БКГ2 (белорусско-китайский грузовой). Установление особенностей действия тормозных систем электровоза БКГ1 и управления тормозами при вождении грузовых поездов в различных условиях эксплуатации, разработка основных правил эксплуатации тормозного оборудования электровозов БКГ1 вызвало необходимость проведения испытаний по совместному их действию с электровозами ВЛ80С. Исследование процессов служебного и экстренного торможений и отпуска в грузовых поездах различных длины и веса, проверка проходимости тормозной системы электровозов в процессе моделирования возможных ситуаций в эксплуатации при электронном и пневматическом режимах управления позволили произвести сравнение характеристик работы тормозов поезда при управлении с электровозов БКГ1 и ВЛ80С, получить при расшифровке записей комплексного унифицированного локомотивного устройства безопасности практические результаты и сделать выводы, которые позволили совершенствовать техническое обслуживание электровозов, что в качестве изменений и дополнений было законодательно закреплено в Правилах технического обслуживания тормозного оборудования и управления тормозами железнодорожного подвижного состава, предназначенных для использования службами, связанными с эксплуатацией, содержанием и ремонтом тормозного оборудования локомотивов.
Ключевые слова
Понимание природы возникновения поперечных усилий в зависимости от условий эксплуатации - приоритетная задача, поскольку от возможностей удержания стабильного положения рельсошпальной решетки балластом во многом зависит стабильность и бесперебойность работы железнодорожного пути. Современные технические требования, предъявляемые к балластному слою, недостаточны, поскольку не способны обеспечить качество балластного материала на протяжении всего срока службы. Это подтверждается недавними научными исследованиями сотрудников из различных регионов. Авторы, в свою очередь, проанализировали ситуацию на свердловском полигоне. Анализ результатов геологических исследований балластного слоя показал, что требуемой фракции балласта практически нет. Для описания фактического гранулометрического состава введено понятие «средняя фракция» балластного материала, определено значение такового для пути, находящегося на стадии начала капитального ремонта. Для изучения поведения балластной призмы под внешними нагрузками с учетом фактического гранулометрического состояния балласта разработан лабораторный стенд. Проведены серии испытаний общим количеством более четырехсот экспериментов. На основании полученных эмпирических зависимостей поперечных усилий от внешних нагрузок разработана модель поведения балласта в элементарном сечении. На базе результатов натурного моделирования подготовлены компьютерные модели балластного материала с высокой степенью достоверности и лабораторного стенда с учетом характеристик лабораторной модели. Проведены нагружения в расширенном диапазоне внешних сил. По результатам моделирования определены значения коэффициентов влияния эмпирических зависимостей поперечных усилий балласта от вертикальных нагрузок для различных фракций щебня. Представленные лабораторная и компьютерная модели позволяют прогнозировать состояние балластной призмы в процессе эксплуатации.
Ключевые слова
Высокоскоростные железнодорожные магистрали - это инженерно-технические системы, включающие в себя очень сложные и затратные объекты капитального строительства. Поэтому одним из самых значимых факторов снижения рисков неэффективного инвестирования в строительство высокоскоростных железных дорог является модель прогнозирования перевозок, позволяющая с требуемой точностью давать надежную оценку перспективных объемов пассажирских и грузовых перевозок. Целью исследования авторов является изучение проблемы математического моделирования прогнозирования пассажиропотоков и разработка математической модели прогнозирования пассажирских перевозок для высокоскоростных железнодорожных магистралей с учетом особенностей социально-экономического развития регионов Российской Федерации. В статье представлен ретроспективный анализ решения проблемы математического моделирования пассажиропотока российскими и зарубежными учеными. Так как пассажиропоток формируется под влиянием большого количества различных факторов, то на основе анализа научных работ, посвященных прогнозированию пассажирских перевозок, были определены наиболее значимые: численность населения, среднедушевой доход, валовой внутренний и региональный продукты. При этом по отношению к последнему ученые имеют неоднозначные мнения о степени его влияния. В связи с этим авторы исследовали с помощью корреляционно-регрессионного анализа влияние на пассажиропоток основных разделов валового регионального продукта на направлениях проектируемых высокоскоростных магистралей Москва - Санкт-Петербург и Москва - Казань. Полученные авторами результаты и анализ работ современных ученых показали, что в условиях рыночных отношений возросла сложность прогнозирования размеров и структуры пассажиропотоков из-за динамичности и неопределенности спроса населения на перевозки в разных видах транспорта по причине конкуренции на рынке транспортных услуг.
Ключевые слова
В статье представлена методика оценки долговечности стрелочных переводов проекта 2750 и их элементов на железобетонном основании, которая основана на использовании данных эксплуатационных испытаний стрелочных переводов на Транссибирской магистрали в течение жизненного цикла. Результаты исследований параметров жизненного цикла стрелочных переводов проекта 2750 на участке О-Н представлены отдельно для первого и второго путей, имеющих разную грузонапряженность, с выделением стрелочных переводов, лежащих на диспетчерских съездах, по которым поезда следуют в основном по прямому направлению с установленными скоростями и на ответвлениях приемо-отправочных путей со скоростью не более 50 км/ч. Из результатов исследований следует, что ресурс стрелочных переводов проекта 2750 на железобетонном основании в 3 раза больше нормативной наработки. Средний срок службы металлических частей стрелочного перевода на 1 пути составляет в среднем 6,5 лет и 760 млн т брутто наработки тоннажа, и на 2 пути соответственно 8 лет и 640 млн т брутто наработки. Крестовины же 1 пути служат примерно 1 год, а 2 пути - 1,5 года. На основании полученных данных построена модель стоимости жизненного цикла стрелочного перевода. При этом принято, что жизненный цикл стрелочного перевода начинается с капитального ремонта, продолжается до следующего капитального ремонта. В промежутке выполняются работы по замене изношенных и дефектных элементов стрелочных переводов, шлифовка элементов, регулировка рельсовой колеи по шаблону и уровню.
Ключевые слова
Строительство новых или реконструкция существующих железнодорожных линий требует значительных инвестиций, которые распределены во времени. Разрабатываемые варианты, которые подлежат сравнению, как правило, отличаются между собой не только техническими параметрами, но и разным распределением необходимых инвестиций по годам строительства или реконструкции. Приведение к сопоставимому виду разновременных затрат имеет огромное значение при обосновании и выборе окончательного варианта. Существующий подход приведения к сопоставимому виду затрат рассредоточенных во времени денежных затрат на новое строительство и реконструкции действующих железнодорожных объектов занижают реальную эффективность вариантов в виду использования коэффициента дисконтирования. Его применение не показывает лицу, принимающему решение реальных денежных потоков (результатов и затрат) инвестиционных проектов. В статье предлагается другой способ приведения разновременных затрат к сопоставимому виду при сравнении вариантов проектирования новых или реконструкции существующих железнодорожных объектов с многоэтапными инвестициями. Приведены формулы для определения критерия эффективности инвестиций с учетом фактора времени, экономически рационального года завершения переустройства и срока целесообразного отдаления инвестиций. Отличительной особенность предлагаемого способа сравнения вариантов строительства и реконструкции железнодорожных объектов является учет нормативной прибыли, полученной за период, предшествующий году вложения инвестиций в соответствующий этап строительства или реконструкции. Определение эффективности инвестиций, сравнение вариантов нового строительства и реконструкции железнодорожных объектов предложенным в статье способом соизмерения затрат с учетом фактора времени позволит повысить обоснованность выбора лучшего варианта инвестиционных проектов.