Выпуск 1 - Issue 1

Цель: Выбор мест расстановки тензорезисторов и способа обработки их сигналов, обеспечивающих максимальную точность измерения величины вертикальных сил, действующих на боковую раму тележки от колесной пары при движении вагона. Методы: Использованы статистические, аналитические и экспериментальные методы. Выполнены теоретические исследования напряженно-деформированного состояния боковой рамы тележки модели 18-9855 с использованием метода конечных элементов при действии нагрузок на буксовом проеме от колесной пары. Результаты: Определены места установки тензорезисторов и способ обработки получаемых сигналов, обеспечивающих измерения вертикальных сил с погрешностью не более 4 %. Выявлено, что традиционная схема установки тензорезисторов для измерения боковых (рамных) сил, действующих на раму тележки от колесной пары, согласно ГОСТ 33788–2016, при соединении тензорезисторов в два полных моста с четырехпроводной схемой подключения с дальнейшей обработкой сигналов позволяет применить схему одновременно для измерения вертикальных и боковых (рамных) сил. Это дает возможность, не увеличивая количество измерительных каналов в аппаратуре, сократить количество тензорезисторов для измерения рассматриваемых сил при проведении ходовых динамических испытаний. Практическая значимость: Для подтверждения выбора мест расстановки тензорезисторов и способа обработки их сигналов, обеспечивающих максимальную точность измерения вертикальных сил, действующих на боковую раму тележки от колесной пары, рекомендуется разработанный метод проверить экспериментальным путем и при подтверждении теоретически полученных результатов использовать их при проведении ходовых динамических испытаний.

Ключевые слова: Ходовые динамические испытания, коэффициент динамической добавки, рамная сила, боковая рама, нагрузка, места установки тензорезисторов, схема соединения тензорезисторов, цифровое моделирование, масштабный коэффициент, виртуальное испытание.

Контакты: boron49@yandex.ru, rakhimovrv@yandex.ru, abelyankin@railtest.ru

Developing new methods for measuring vertical forces acting on the bogie side frame from the wheelset of a moving wagon Yu. P. Boronenko, R. V. Rakhimov, A. V. Belyankin
DOI: 10.20295/1815-588Х-2020-1-7-22

Summary Objective: Selecting locations of strain gages and the method of processing their signals, ensuring maximum accuracy in measuring vertical forces acting on the bogie side frame from the wheelset of a moving wagon. Methods: Statistical, analytical and experimental methods have been used. Theoretical studies of the stress-strain state of the side frame of a 18-9855 bogie under the action of loads from the wheelset on the pedestal jaw opening have been performed using the finite element method. Results: The installation locations of strain gages and the method of processing the received signals providing the measurement of vertical forces with an error of not more than 4 % have been determined. It has been revealed that the traditional installation layout of strain gages for measuring lateral (frame) forces acting on the bogie frame from the wheelset, according to GOST 33788–2016, when connecting the strain gages into two full bridges with a four-wire connection circuit with further signal processing, allows the layout to be used simultaneously for vertical and lateral (frame) forces measurement. This allows us, without increasing the number of measuring channels in the equipment, to reduce the number of strain gages for measuring the described forces during dynamic line tests. Practical importance: To confirm the choice of locations of strain gages and the method of processing their signals, ensuring the maximum accuracy in measuring vertical forces acting on the bogie side frame from the wheelset, it is recommended that the developed method be verified experimentally and that the theoretically obtained results, upon confirmation, be used when conducting dynamic line tests.

Keywords: Dynamic line tests, dynamic addition coefficient, frame force, side frame, load, strain gauge installation locations, strain gauge connection diagram, digital simulation, scale factor, virtual test.

Contacts: boron49@yandex.ru, rakhimovrv@yandex.ru, abelyankin@railtest.ru

Цель: Синтез моделирующего алгоритма для оценки вероятностных показателей надежности и безопасности устройств и (или) систем железнодорожной автоматики и телемеханики на этапах разработки и доказательства безопасности. Методы: Для решения поставленной задачи предложено использовать метод имитационного моделирования, а модель определена как прямая процессная имитационная, воспроизводящая процессы отказов, обнаружения отказов элементов и восстановления работоспособности системы. Результаты: Даны уточненные с точки зрения синтеза имитационной модели определения маскируемых, защитных, опасных отказов и состояний для основных избыточных структур микропроцессорных систем железнодорожной автоматики. Сформулированы принципы и требования к программному средству построения имитационной модели. В качестве программного средства предложено применять систему GPSS World. С учетом особенностей GPSS World и на основе сформулированных принципов разработан моделирующий алгоритм. Практическая значимость: Предложенный моделирующий алгоритм обеспечивает в дальнейшем простоту реализации GPSS-модели оценки интенсивностей маскируемых, защитных и опасных отказов избыточных структур, используемых для построения систем железнодорожной автоматики.

Ключевые слова: Системы железнодорожной автоматики и телемеханики, показатели надежности и безопасности, имитационная модель, маскируемые и защитные отказы, опасные отказы, моделирующий алгоритм.

Контакты: mds1945@yandex.ru, nasedkin@crtc.spb.com

Tool for evaluation of probability rates of reliability and safety of railway automatic control systems D. S. Markov, O. A. Nasedkin
DOI: 10.20295/1815-588Х-2020-1-23-34

Objective: Synthesis of modeling algorithm to evaluate probability rates of reliability and safety of railway automatic control and telecontrol devices and/or systems at the stage of design and demonstration of safety. Methods: Method of imitation modeling was proposed to solve the task set. The model is determined as a direct process imitation model reproducing processes of failures, failure detection and system recovery. Results: Definitions of camouflaged, protective, dangerous failures and conditions for primary redundant structures of microprocessor-based railway automatic control systems, refined from the point of view of synthesis of imitation model, are provided. Principles and requirements for the software application to build the imitation model are formulated. GPSS World system was proposed as a software application, and a modeling algorithm was developed accounting for its specific features and the formulated principles. Practical importance: The newly developed modeling algorithm ensures in the future simplicity of implementation of a GPSS model for evaluation of intensity rates of camouflaged, protective and dangerous failures of redundant structures used in building railway automatic control systems.

Keywords: Railway automatic control and telecontrol systems, reliability and safety indices, imitation model, camouflaged and protective failures, dangerous failures, modeling algorithm.

Contacts: mds1945@yandex.ru, nasedkin@crtc.spb.com

Цель: Рассмотрение логистического решения для клиента железнодорожной станции по формату «Build-to-suit». Методы: Применяются аналитический, статистический, логистический методы, экономико-математическое моделирование. Были проведены технико-эксплуатационные и экономические расчеты параметров проекта терминально-складского комплекса для крупного клиента-грузовладельца станции. Результаты: Проанализированы альтернативные варианты развития, разработан план комплекса. Практическая значимость: Учет требований клиентоориентированности и инновационной логистики в работе реальной железнодорожной станции позволяет использовать полученные в исследовании результаты на практике.

Ключевые слова: Build-to-suit, грузовой терминал, клиентоориентированность, терминально-складская инфраструктура, проектирование, технико-экономическое обоснование.

Контакты: insight1986@inbox.ru, insight1986@inbox.ru, insight1986@inbox.ru

Build-to-suit solution in the terminal and logistics service segment O. D. Pokrovskaya, K. A. Zabolotskaya, I. D. Novikova
DOI: 10.20295/1815-588Х-2020-1-35-43

Objective: Consideration of a Build-to-suit logistics solution for a client of a railway station. Methods: Analytics, statistics, logistics, economics, and mathematical modeling. Technical, operational and economic calculations of the parameters of the terminal and warehouse complex project for a large customer-cargo owner of a railway station have been carried out. Results: The alternative development options have been analyzed; the complex plan has been developed. Practical importance: Taking into account the customer-focused and innovative logistics approach in the operation of a real railway station allows applying the study findings in practice.

Keywords: Build-to-suit, cargo terminal, customer-focused approach, terminal and warehouse infrastructure, designing, feasibility study.

Contacts: insight1986@inbox.ru, insight1986@inbox.ru, insight1986@inbox.ru

Цель: Экспериментальное исследование и оценка технического состояния асинхронных тяговых электродвигателей (АТЭД) локомотивов с короткозамкнутым ротором. Методы: Используются программно-аппаратный комплекс и методы анализа данных для контроля и диагностики технического состояния АТЭД локомотивов. Результаты: Были исследованы неисправности ротора в АТЭД с короткозамкнутым ротором и асимметрии статора. Проведено снятие осциллограмм тока статора АТЭД при различных аварийных режимах работы. Анализ спектров осциллограмм показал имеющиеся отличия амплитуд нечетных гармоник спектра. Приведена классификация неисправностей АТЭД. Представлены спектры тока ротора АТЭД, которые показывают ряд гармонических составляющих, появляющихся из-за асимметрии статора на разных частотах. Разработана модель для оценки технического состояния АТЭД локомотивов, а также обоснована целесообразность упреждающей диагностики, которая дает возможность заблаговременно выявить дефекты на самой ранней стадии их развития. Практическая значимость: Результаты проведенных исследований могут быть использованы в системе диагностики состояния АТЭД локомотивов в реальном времени.

Ключевые слова: Диагностика, асинхронный тяговый электродвигатель, нейронные сети, неисправности локомотивов, обрыв стержней ротора, локомотив, экстремальные режимы, моделирование, ток статора, ток ротора, частота тока статора.

Контакты: otabek.rustamovich@yandex.ru

Simulation and experimental research of asynchronous traction motor of the locomotive in case of emergency operation mode O. R. Khamidov
DOI: 10.20295/1815-588Х-2020-1-44-54

Objective: Experimental research and Health assessment of asynchronous traction motors (ATED) for locomotives with a square-cage rotor. Methods: Hardware and software package as well as data analysis methods were applied for health monitoring and diagnostics of technical condition of ATED locomotives. Results: Rotor failures were studied in ATED with square-cage rotor and stator asymmetry. Oscillogram recording of ATED stator current was carried out under different emergency operation modes. Spectrum analysis of oscillograms showed variations of odd harmonic amplitudes. ATED rotor current spectra were presented demonstrated by a range of harmonic components which occur due to stator asymmetry at different frequencies. A model for evaluation of technical condition of ATED locomotives was designed. The feasibility of anticipatory diagnostics was justified as it allows for the detection of defects at the earliest stage of their development. Practical importance: The results of the conducted research may be used in the diagnostic system of ATED locomotives on a real time basis.

Keywords: Diagnostics, asynchronous traction motor, neural network, locomotive fault condition, rotor bar interruption, locomotive, extreme modes, simulation, stator current, rotor current, stator current frequency.

Contacts: otabek.rustamovich@yandex.ru

Цель: Разработка основных положений методического сопровождения лабораторных штамповых испытаний армогрунтовых конструкций. Методы: В современных условиях проектирования, строительства и эксплуатации железных и автомобильных дорог повышенное внимание уделяется вопросам применения инновационных геотехнологий, позволяющих разрабатывать и использовать на практике инженерные решения, существенно улучшающие показатели работы сооружений при соблюдении экономических требований. Примером такой перспективной геотехнологии является использование армогрунтовых конструкций. Улучшение деформативных характеристик исходного грунта становится возможным благодаря наличию геоматериалов, несущих армирующую функцию. Теоретические наработки, методика расчета напряженно-деформированного состояния грунтовых массивов дают возможность производить обоснованный выбор параметров армогрунтовых конструкций и рекомендовать их применение в конкретных условиях для решения ряда практических задач. Способ учета армирующих свойств геоматериалов, предполагающий введение в расчет условно однородного эквивалентного слоя, а также разработанная на его основе методика расчета напряженно-деформированного состояния армогрунтовых конструкций обусловливают необходимость проведения лабораторных штамповых испытаний. Результаты: Рассмотрены основные требования к конструкции лабораторного оборудования, учитывающие специфику испытаний; изложен порядок проведения лабораторных штамповых испытаний армогрунтовых конструкций; указаны основные требования, которые должны быть учтены при подготовке и проведении штамповых испытаний армогрунтовых конструкций; приведены данные относительно обработки результатов штамповых испытаний армогрунтовых конструкций. Практическая значимость: Рассмотренные основные положения методического сопровождения лабораторных штамповых испытаний армогрунтовых конструкций могут быть использованы при разработке полноценного методического обеспечения исследования деформативности конструкций из армированного грунта. Обоснованный выбор технических параметров армогрунтовых конструкций существенно расширит возможности по их применению в сфере транспортного строительства, что позволит более эффективно решать ряд практических инженерных задач на современном уровне.

Ключевые слова: Армогрунтовая конструкция, железная дорога, автомобильная дорога, геоматериал, геотехнологии, деформативность, напряженно-деформированное состояние, транспортное строительство, лабораторные испытания, лабораторное оборудование, штамповые испытания, статическая нагрузка, вибродинамическая нагрузка, конструктивные параметры, технические параметры, эквивалентный слой, методика расчета, методология.

Контакты: > bogomolova.n.n@yandex.ru, oldmasterplus@mail.ru

Methodology of plate-bearing tests of reinforced ground structures N. N. Bogomolova, I. N. Zhuravlev
DOI: 10.20295/1815-588Х-2020-1-55-61

Objective: Development of the basic methodological provisions of laboratory plate-bearing tests of reinforced ground structures. Methods: In the current situation in design, construction and operation of railways and highways, increased attention is paid to the use of innovative geotechnologies, which allow developing and applying engineering solutions that significantly improve the performance of structures while complying with economic requirements. An example of such a promising geotechnology is the use of reinforced ground structures. Improving the deformation characteristics of the base soil becomes possible due to reinforcing geomaterials. Theoretical insights, methods for calculating the stress-strain state of soil masses make it possible to select a reasonable set of parameters of reinforced ground structures and recommend their use in specifi c conditions to solve a number of practical problems. The method of accounting for the reinforcing properties of geomaterials, which involves the introduction of a conditionally uniform equivalent layer into the calculation, as well as the procedure developed on its basis for calculating the stress-strain state of reinforced ground structures, necessitate laboratory plate-bearing tests. Results: The basic requirements for the design of laboratory equipment, taking into account the specifi cs of the tests have been discussed; the procedure for conducting laboratory plate-bearing tests of reinforced ground structures have been set out; the main requirements have been indicated that should be taken into account when preparing and conducting plate-bearing tests of reinforced ground structures; the data on processing the results of plate-bearing tests of reinforced ground structures have been provided. Practical importance: The reviewed basic methodological provisions of laboratory plate-bearing tests of reinforced ground structures can be used in the development of full-fl edged methodology for the study of the deformability of reinforced ground structures made. An appropriate choice of the technical parameters of reinforced ground structures will significantly expand the range of their application in the transport construction, which will allow more efficiently solving a number of practical engineering problems up to the latest standards.

Keywords: Reinforced ground structure, railway, highway, geomaterial, geotechnology, deformability, stress-strain state, transport construction, laboratory tests, laboratory equipment, plate-bearing tests, static load, vibrodynamic load, design parameters, technical parameters, equivalent layer, calculation procedure, methodology.

Contacts:

Цель: Установить тенденции развития подвижного состава общественного (рельсового) транспорта в Санкт-Петербурге с начала основания города по настоящее время. Определить наиболее оптимальный перспективный вид городского рельсового транспорта в начале XXI в., наиболее перспективный тип и конструктивные особенности подвижного состава легкорельсового транспорта (трамвая), приспособленного для эксплуатации на маршрутах в Санкт-Петербурге. Методы: Проводилось изучение отчетов, исторических документов по работе транспорта с начала основания города, нормативно-технической документации по проектированию и строительству трамвайных вагонов, технических данных отечественного и зарубежного исторического и современного подвижного состава легкорельсового транспорта. Результаты: Обострившиеся в последние десятилетия транспортные проблемы Санкт-Петербурга можно решить только путем приоритетного развития общественного транспорта, в первую очередь рельсового, который обладает большей провозной способностью. Была рассмотрена целесообразность развития в городе метрополитена, городской железной дороги и легкорельсового транспорта. Самым предпочтительным оказалось развитие легкорельсового транспорта на выделенном (обособленном) полотне с развязками в разных уровнях. Строительство и эксплуатация наиболее целесообразны для связи конечных станций метро с городами Всеволожск, Пушкин, Колпино и др. Практическая значимость: Полученные результаты исследований могут быть применены обучающимися и специалистами при изучении истории транспорта Санкт-Петербурга. Рекомендации по предлагаемому перспективному типажу подвижного состава могут быть использованы специалистами Комитета по транспорту Санкт-Петербурга или ГУП «Горэлектротранса» при приобретении по конкурсам нового подвижного состава для трамвайных парков города.

Ключевые слова: Легковые извозчики, омнибус, конно-железная дорога, паровой трамвай, электрический трамвай, легкорельсовый транспорт, конструкция вагона.

Контакты: 79219751198@yandex.ru, ktexmet@yandex.ru, ktexmet@yandex.ru, dostonkarimov325@gmail.com

Evolution of design of light-rail transport rolling stock in Saint Petersburg A. A. Vorob’ev, A. M. Budiukin, V. G. Kondratenko, D. D. ugli Karimov
DOI: 10.20295/1815-588Х-2020-1-62-70

Objective: Establish the trends in development of rolling stock of public (rail) transport in St Petersburg from the founding of the city through to now. Determine the most optimal prospective type of urban rail transport for early 21st century, and most attractive type and specifi c design features of light-rail transport (tram) rolling stock adjusted for operation on routes in Saint Petersburg. Methods: Study of reports, historical documents on operation of transport since the founding of the city, normative and technical documentation for designing and construction of tram cars, technical data of Russian and international historical and modern rolling stock of light rail transport. Results: Saint Petersburg’s transport problems which became more acute over the last few dozen years can be solved only by priority development of public transport, primarily rail transport, which has higher carrying capacity. Feasibility of developing underground rail (metro), urban railway and light rail transport in the city was considered. The most preferable option was found to be development of light rail transport using designated (separated) roadbed with junctions at different levels. Construction and operation is most practicable to connect final metro stations to the towns of Vsevolozhsk, Pushkin, Kolpino and others. Practical importance: The obtained results of study can be used by students and specialists in the study of history of Saint Petersburg’s transport. Recommendations for proposed prospective types of rolling stock can be used by specialists of the Saint Petersburg Transport Committee or State Unitary Enterprise Gorelektrotrans when conducting competitive tenders for new rolling stock for the city’s tram parks.

Keywords: Cab, omnibus, horse-drawn railway, steam tram, electrical tram, light rail transport, car design.

Contacts: 79219751198@yandex.ru, ktexmet@yandex.ru, ktexmet@yandex.ru, dostonkarimov325@gmail.com

Цель: Представление методологических основ исследования деформативности армогрунтовых конструкций, включающих в себя методики, обоснования, алгоритмы выбора технических параметров конструкций из армированного грунта для дорожного строительства. Методы: Инновационные разработки находят широкое применение при проектировании и строительстве такой важной составляющей дорожной инфраструктуры как земляное полотно. Применение современных геоматериалов позволяет решать задачи по улучшению прочностных и деформативных характеристик грунтов земляного полотна и основания. Спектр геоматериалов, а также широкий круг задач, стоящих перед инженерами-проектировщиками, диктует необходимость полного изучения этих прогрессивных технологий. Проводилось комплексное определение и оценка степени изменения деформативных свойств армогрунтовых конструкций в зависимости от сочетания параметров конструктивного, эксплуатационного и технологического характера. Результаты: Рассмотрены виды, цели, задачи, особенности различных исследований армогрунтовых конструкций, являющихся частью комплексного анализа. Практическая значимость: Методологические аспекты исследования деформативности армогрунтовых конструкций могут быть использованы: при разработке практических рекомендаций по определению рациональных сфер применения армированного грунта в конструкции земляного полотна железных и автомобильных дорог, при определении оптимальных конструктивных, эксплуатационных, технологических параметров работы армогрунтовых конструкций, при изучении возможности внедрения новых видов геоматериалов для армирования грунтовых массивов и при разработке нормативной документации по вопросам применения армогрунтовых конструкций на объектах транспортного строительства.

Ключевые слова: Армогрунтовая конструкция, земляное полотно, геоматериал, геотехнологии, деформативность, напряженно-деформированное состояние, транспортное строительство, лабораторные испытания, штамповые испытания, натурные испытания, конструктивные параметры, эксплуатационные параметры, технологические параметры, методика, методология.

Контакты: oldmasterplus@mail.ru

Methodological aspects of reinforced ground structures’ deformability study I.N. Zhuravlev
DOI: 10.20295/1815-588Х-2020-1-71-76

Objective: Presentation of the methodological foundations of the reinforced ground structures deformability study, including procedures, rationales, algorithms for selecting the technical parameters of reinforced ground structures for road construction. Methods: Innovative engineering is widely used in the design and construction of such an important component of the road infrastructure as the roadbed. The use of advanced geomaterials allows solving the problem of improving the strength and deformation characteristics of roadbed and base soils. The range of geomaterials, as well as a wide range of tasks facing design engineers, necessitate a thorough study of these advanced technologies. A comprehensive determination and assessment of the degree of change in the deformability of reinforced ground structures versus a combination of structural, operational and process parameters have been carried out. Results: The types, objectives, challenges, features of various studies of reinforced ground structures, which are part of a comprehensive analysis, have been considered. Practical importance: Methodological aspects of the reinforced ground structures’ deformability study can be applied in: developing practical recommendations for determining feasible areas of reinforced ground application in the railway and highway roadbed construction; determining the optimal structural, operational, process parameters of the reinforced ground structures’ operation; studying the possibility of using new types of geomaterials for reinforcing soil masses and developing regulatory documentation on the use of reinforced ground structures at transport construction sites.

Keywords: Reinforced ground structure, roadbed, geomaterial, geotechnology, deformability, stress-strain state, transport construction, laboratory tests, laboratory equipment, plate-bearing tests, full-scale tests, design parameters, operational parameters, process parameters, procedure, methodology.

Contacts: oldmasterplus@mail.ru

Цель: Систематизация теоретической и практической базы, а также формирование навыков ведения научных изысканий в области эксплуатации железнодорожного подвижного состава. Методы: Сравнение и анализ показателей оценки качества организации перевозочного процесса в части грузовых перевозок с точки зрения эффективности использования железнодорожного подвижного состава. Рассмотрены и изучены показатели, применяемые в разные периоды деятельности железнодорожного транспорта в различных условиях, в том числе существования приватного парка вагонов. Результаты: Сформирован перечень основных, наиболее универсальных показателей, характеризующих эффективность использования железнодорожного подвижного состава. Показана необходимость приведения этих показателей к современным условиям организации перевозочного процесса в условиях приватного парка подвижного состава. Практическая значимость: Полученные результаты могут быть использованы при разработке правовых, технологических и нормативных условий работы.

Ключевые слова: Железнодорожный транспорт, подвижной состав, показатели эффективности, оборот вагона, порожний пробег, приватный парк.

Контакты: nona-kobozeva@yandex.ru

Railway rolling stock performance analysis N. G. Kobozeva
DOI: 10.20295/1815-588Х-2020-1-77-83

Objective: Systematization of the theory and practice, as well as the formation of skills for conducting scientific research in the field of railway rolling stock operation. Methods: Comparison and analysis of indicators for assessing the quality of the freight traffic process organization in terms of the efficiency of railway rolling stock use. The indicators used in different periods of the railway transport operations in various conditions, including the existence of a private fleet of wagons, have been reviewed and studied. Results: A list of the main and most universal indicators characterizing the railway rolling stock performance has been compiled. The necessity of bringing these indicators in line with up-to-date conditions for the transportation process organization in a private rolling stock fleet has been shown. Practical importance: The fi ndings can be used in the development of legal, process and regulatory working conditions.

Keywords: Railway transport, rolling stock, performance indicators, wagon turnover, empty mileage, private fleet.

Contacts: nona-kobozeva@yandex.ru

Цель: Оценить существующие и перспективные направления по усовершенствованию и увеличению надежности поддерживающих конструкций контактной сети железных дорог, возможность применения полимерных композитных материалов при изготовлении консолей, а также их работоспособность. Методы: Проведен анализ статистических данных состояния поддерживающих устройств контактной подвески. Результаты: Проанализировано состояние консолей, находящихся в распоряжении «Трансэнерго» – филиала ОАО «РЖД», рассмотрены причины нарушения нормальной работы поддерживающих конструкций. Описаны консоли, выполненные из полимерных композитных материалов отечественных производителей, определены их достоинства и недостатки, а также выявлены перспективы применения таких конструкций на контактной сети железных дорог России. Практическая значимость: Результаты работы могут быть использованы при разработке консолей из полимерных композитных материалов для контактной сети железных дорог, а также в качестве теоретического материала для студентов высших учебных заведений.

Ключевые слова: Контактная сеть железных дорог, консоли, изоляторы, отказы, полимерные композитные материалы, стеклопластик, электрическая прочность, механическая прочность, эксплуатация.

Контакты: yukochunov@mail.ru, EvgenVolgin007@yandex.ru

Basic trends and methods of improvement for supporting structures of the railroad catenary system Yu. А. Kochunov, E. S. Volgin
DOI: 10.20295/1815-588Х-2020-1-84-95

Objective: To evaluate current and perspective trends on safety improvement of supporting structures for the railroad catenary system, applicability of polymer composite materials in the production of consoles as well as their efficiency. Methods: Statistical data analysis of the catenary supporting structures was carried out. Results: The condition of consoles available to “Transenergo” – the subsidiary of OAO “Russian Railways” was analyzed, reasons for correct operation failures were considered. Consoles produced from domestic polymer composite materials were described. Their strengths and weaknesses were determined. Application prospects of the above-mentioned structures for the Russian railroad catenary system were pointed out. Practical importance: The obtained results might be used in elaboration of consoles produced from polymer composite materials for the railroad catenary system and as theoretical material for students of higher educational institutions.

Keywords: Railroad catenary system, consoles, insulators, rejection, polymer composite materials, glass fiber reinforced plastic, electric strength, mechanical strength, maintenance.

Contacts: yukochunov@mail.ru, EvgenVolgin007@yandex.ru

Цель: На участках сети ОАО «РЖД» из-за наличия большого количества пассажирских поездов практически отсутствуют грузовые перевозки. Использование на этих участках современных электровозов 2ЭС4К, 2ЭС6 и 2ЭС10 с поездами небольшого веса приведет к неэффективности их использования. Таким образом, в настоящее время для таких участков сети железной дороги необходимы грузовые электровозы с асинхронным тяговым приводом, которые способны были бы работать с поездами массой до 4000 т с большим коэффициентом полезного действия и могли бы увеличивать тяговые показатели, при возникающем росте грузопотока, для работы с поездами массой от 6000 т и выше в составе двух или трех секций. Методы: Проведены сравнение и анализ тяговых и токовых характеристик, коэффициентов полезного действия, электрических схем соединения тяговых электродвигателей, межремонтных пробегов, материальных затрат на техническое обслуживание, трудозатрат на ремонт тепловозов и электровозов, работающих в современных эксплуатационных условиях. Для расчета прочности несущей рамы консольной конструкции базового элемента перспективного электровоза применен метод конечных элементов. Результаты: Для достижения большей экономии энергорасходов для работы с поездами небольшого веса необходимы менее мощные односекционные электровозы, чем двухсекционные 2ЭС10. В случае увеличения массы поезда односекционный электровоз должен быть в максимально короткие сроки преобразован в двух- или трехсекционный. Практическая значимость: Применение электровоза модульной конструкции приведет к возможности за короткое время переформатировать односекционный локомотив в многосекционный вариант, а также позволит быстро отремонтировать его путем замены неисправного модуля на исправный. В качестве базового элемента электровоза принимается рама несущей консольной конструкции нового типа, на которой устанавливается силовое и вспомогательное оборудование, помещенное в пять отдельных функциональных модулей. Внешняя обшивка проектируемых модулей кузова изготавливается из легких и прочных композитных материалов.

Ключевые слова: Электровоз, грузовой, грузонапряженность, весовая норма, односекционный, двухсекционный, масса поезда, модульная конструкция, несущая рама, многосекционный, кабина, функциональный модуль, статическая нагрузка, динамическая нагрузка, безопасность.

Контакты: victor.kruchek@yandex.ru, otabek.rustamovich@yandex.ru

Opportunities, prospects and special features of modular design of the electric freight locomotive in modern operational conditions V. A. Kruchek, O. R. Khamidov
DOI: 10.20295/1815-588Х-2020-1-96-107

Objective: Freight traffic is not available at sections of OAO “Russian Railways” due to a considerable number of passenger trains. The use of such modern electric locomotives as 2ES4K, 2ES6 and 2ES10 with low-weight trains at these sections might prove to be inefficient. Thus, at present freight electric trains with asynchronous power actuator are essential at such sections of the railway net, as the former are capable of effi cient functioning with trains up to 4000 ton and can increase haulage indices in case of freight traffi c growth as well as with trains of 6000 ton and more consisting of two or three sections. Methods: The comparison and analysis of tractive and current characteristics, efficiency factors, electric connection diagrams of traction electric motors, distance run between overhauls, tangible costs on maintenance, labor expenditures on maintenance of diesel and electric locomotives functioning in modern operational conditions. Finite-element method was applied for strength analysis of the overhanging design supporting frame of the future electric locomotive basic element. Results: Less high-powered one-section electric locomotives, compared to two-section 2ES10, are needed for operation with low weight trains in order to reduce power costs. A single-section electric locomotive is to be converted into two or three-section locomotive within the shortest period of time in case of train weight increase. Practical importance: The use of the electric locomotive with modular design will make it possible to convert a single-section locomotive into a multisection one in the shortest period of time. It will also allow quick repair of the locomotive by means of replacing the defective module with a working one. The overhanging design supporting frame of the new type is taken as the basic element of the electric locomotive. Power and supporting facilities placed into five separate functional modules are installed on the above-mentioned frame. The inner skin of the superstructure modules under design is produced from light and durable composite materials.

Keywords: Electric locomotive, freight, traffic volume, tonnage rating, single-section, two-section, train weight, modular design, supporting frame, multisection, cab, functional module, static load, dynamic load, security.

Contacts: victor.kruchek@yandex.ru, otabek.rustamovich@yandex.ru

Цель: Повышение надежности изоляционных конструкций электрооборудования тягового подвижного состава при деповском и заводском ремонтах. Совершенствование ремонта изоляционных пальцев кронштейнов щеткодержателей путем применения технологии инфракрасного нагрева. Методы: Исследования осуществлялись в соответствии с методами теории планирования эксперимента и заключались в сравнении технологий восстановления изоляции по показателям электрической прочности. Результаты: В ходе изучения процесса упрочнения различных изоляционных материалов пропиточными смесями с использованием инфракрасного излучения была выявлена оптимальная система «спектральный состав излучения–жидкий полимер–изоляционная лента» для восстановления изоляционных конструкций тягового подвижного состава. Кроме того, был определен наиболее эффективный источник инфракрасного излучения для упрочнения электроизоляционного лакового покрытия изоляционных пальцев тяговых электродвигателей. Практическая значимость: Проведенные эксперименты позволят усовершенствовать процесс восстановления изоляции обмоток тяговых электрических машин и аппаратов с помощью технологии инфракрасного нагрева, которая сокращает время на выполнение технологического процесса не менее чем в 5 раз и уменьшает затраты электроэнергии, по сравнению с традиционной технологией конвективной сушки, позволяя достичь относительно высокого качества изоляционного слоя. Созданный переносной лабораторный комплекс дает возможность изучить рациональные режимы упрочнения изоляции электрооборудования тягового подвижного состава при применении современных пропиточных электроизоляционных составов. Результаты лабораторных исследований процесса упрочнения изоляционных пальцев инфракрасным излучением играют значимую роль при проектировании и изготовлении производственной установки для ремонта изоляционных пальцев в заводских и деповских условиях.

Ключевые слова: Упрочнение изоляции, инфракрасный нагрев, электрическая прочность, изоляционный палец, спектральный состав излучения, тяговый подвижной состав, электрооборудование.

Контакты: lobycin@mail.ru

Utilization of infrared radiation in strengthening insulation constructions of electrical equipment of traction rolling stock I. O. Lobytsin

Objective: Increasing reliability of insulation constructions of electrical equipment of traction rolling stock during depot and factory repairs. Perfecting repair of insulation studs of brush gear carrier by applying the infrared heating technology. Methods: The study was carried out in accordance with experiment planning methods and consisted of comparison of technologies for restoring insulation by electrical strength indices. Results: In the course of study of the process of strengthening various insulating materials by impregnation compounds with the use of infrared radiation, the system of “spectral composition of radiation–liquid polymer–insulation tape”, optimal for restoration of insulation constructions of traction rolling stock, was identified. In addition, the most efficient source of infrared radiation for strengthening electrical-insulation lacquer coating of insulation studs of traction electrical engines was identified. Practical importance: The experiments will allow perfecting the process of restoring insulation of winding of traction electrical engines and machines by utilization of the infrared radiation technology, which reduces time required for implementation of technological processes at least five-fold, and cuts electrical power costs, compared to traditional convection drying technology, allowing achieving relatively high quality of insulation layer. The newly developed portable laboratory system would allow studying rational regimes of strengthening the insulation of electrical equipment of traction rolling stock in utilization of modern impregnating electrical-insulation formulae. Results of laboratory studies of the process of strengthening insulation studs by infrared radiation have a significant role in designing and production of a production unit for repairs of insulation studs in factory and depot conditions.

Keywords: Strengthening insulation, infrared radiation, electrical strength, insulation stud, spectral composition of radiation, traction rolling stock, electrical equipment.

Contacts: lobycin@mail.ru

Цель: Предложить новые технические решения, в том числе с применением высокопрочных сталей, для создания съемных многооборотных средств для перевозки лесоматериалов на универсальных вагонах-платформах. Методы: Применяется анализ грузоперевозок лесоматериалов на железной дороге во внутреннем сообщении и на экспорт за 2014–2018 гг. Проводятся сравнение существующих конструкций вагонов-платформ и устройств для перевозки лесоматериалов, анализ их преимуществ и недостатков, обзор используемых в машино- и вагоностроении, в частности, высокопрочных сталей. Результаты: Выявлена сезонность в грузоперевозках лесоматериалов по железным дорогам России, диктующая необходимость разработки конструкций съемных многооборотных средств для перевозки данных грузов на универсальных вагонах-платформах. Выявлено отсутствие таких конструкций, обеспечивающих сохранение универсальности вагонов-платформ, на которые они устанавливаются. Предложены направления развития конструкций съемного оборудования для перевозки лесоматериалов, позволяющих надежно крепить их на вагоне, а также обладающих достаточной прочностью при меньшей массе. Практическая значимость: Показана необходимость разработки новых конструкций съемных многооборотных средств для перевозки лесоматериалов на универсальных вагонах-платформах, в том числе с применением высокопрочных сталей, которые дают возможность улучшить технико-экономические характеристики вагонов-платформ. Следует проработать нормативно-техническую базу для внедрения новых высокопрочных сталей в производство съемного многооборотного оборудования, использующегося в вагоностроении.

Ключевые слова: Подвижной состав, съемное многооборотное оборудование, перевозка лесоматериалов, крепление оборудования, высокопрочная сталь.

Контакты: nataly_tanicheva@mail.ru, fedorov281973@yandex.ru, filippova.io@yandex.ru

Removable equipment designed to transport timber: new engineering solutions and application of high-yield-stress steel N. A. Tanicheva, I. V. Fedorov, I. O. Filippova

Objective: To propose new engineering solutions, including the use of high-yield-stress steel, for the design of demountable returnable facilities to transport timber on all-purpose fl at cars. Methods: The analysis of railway timber inner traffic as well as for export from 2014 to 2018 was applied. The comparison of current fl at cars and facilities for timber traffic as well as the analysis of their strengths and weaknesses was carried out. A survey on high-yield-stress steel application in machine and car building was conducted. Results: Due to seasonal prevalence of timber traffic in Russia it is essential to develop the design of demountable returnable facilities to transport the goods in question on all-purpose fl at cars. The absence of the facilities in question which provide for versatility of fl at cars was determined. Directions for the development of demountable equipment designed to transport timber were proposed allowing for safe fastening on a fl at car as well as being durable and low-weight. Practical importance: The necessity to develop new demountable returnable facilities designed to transport timber on all-purpose flat cars was demonstrated. The former included the use of high-yield-stress steel making it possible to improve technical and economic features of fl at cars. It is essential to elaborate regulatory and technical base for the implementation of new high-yield-stress steel in the production of demountable returnable equipment applied in car building.

Keywords: Rolling stock, demountable returnable equipment, transportation of timber, equipment securing, high-yield-stress steel.

Contacts: nataly_tanicheva@mail.ru, fedorov281973@yandex.ru, filippova.io@yandex.ru

Цель: Рассмотреть вопрос о необходимости использования интеллектуальных цифровых технологий при эксплуатации электроподвижного состава (ЭПС) с позиции электробезопасности. Выявить основные закономерности и наметить важнейшие мероприятия по предупреждению поражения током персонала ЭПС, анализируя статистику несчастных случаев при эксплуатации ЭПС, а также степень опасности поражения током в зависимости от местонахождения электрооборудования на ЭПС. Обосновать проведение дополнительных мероприятий для реализации учебного процесса по обучению персонала ЭПС безопасным методам работы, применяя современные технологии обучения и тестирования усвоенных обучающимися знаний по электробезопасности, обеспечивающих достоверную оценку и эффективное управление профессиональными рисками на рабочих местах. Показать необходимость обновления информационных автоматизированных систем, действующих в настоящее время, для повышения электробезопасности. Методы: Проводятся сравнение топографии электротравматизма на ЭПС, а также анализ общих закономерностей и статистики электротравм, связанных с эксплуатацией магистрального ЭПС. Результаты: Установлена необходимость использования интеллектуальных цифровых технологий, с помощью которых в комплексе с исходной и статистической информацией можно добиться снижения уровня электропоражений и выходов из строя электрооборудования на ЭПС. Практическая значимость: Показана необходимость дальнейшего развития инноваций в области профилактики электробезопасности на ЭПС, которые позволят улучшить систему подготовки персонала в области охраны труда, благодаря тренинговым и компьютерным методам. Предложенные интеллектуальные цифровые технологии при эксплуатации ЭПС в области электробезопасности могут быть рекомендованы к практическому использованию.

Ключевые слова: Информационные технологии, интеллектуальные цифровые технологии, электроподвижной состав, электробезопасность, электротравматизм.

Контакты: kimkk@inbox.ru, elena-astanovskaja@rambler.ru

Smart digital technologies in the operation of electric rolling stock from the electrical safety perspective K. K. Kim, E. L. Ryzhova
DOI: 10.20295/1815-588Х-2020-1-129-135

Objective: To consider the need for the use of smart digital technologies in the operation of electric rolling stock (ERS) from the electrical safety perspective. To identify the main patterns and outline the most important measures to prevent electric shock to ERS personnel by analyzing the statistics of accidents during the ERS operation, as well as the electrical hazard depending on the location of the ERS electrical equipment. To substantiate the additional measures for training the ERS personnel in safe working methods, using up-to-date technologies for training and testing the electrical safety knowledge acquired by students that provides reliable assessment and effective management of professional risks in the workplace. To demonstrate the need to update the current automated information systems to improve electrical safety. Methods: Electrical injuries at ERS are compared in terms of topography, while the general trends and statistics of electrical injuries associated with the operation of the trunk electric rolling stock are analyzed. Results: It has been established that the use of smart digital technologies is necessary, which, together with the source and statistical information, would allow reducing the level of electric shock and electrical equipment failures on the ERS. Practical importance: The necessity of further development of innovations in electrical safety maintenance at ERS has been shown, which will improve the personnel labor protection training system through practical training and computer methods. The proposed smart digital technologies to be applied in the operation of ERS as regards electrical safety can be recommended for practical use.

Keywords: Information technologies, smart digital technologies, electric rolling stock, electrical safety, electrical injuries.

Contacts: kimkk@inbox.ru, elena-astanovskaja@rambler.ru

Цель: Изучение влияния алгоритма консенсуса Proof-of-Work, используемого в технологии распределенного реестра, на мировую экологическую систему. Определение причин возникновения негативных факторов и предложение рациональных путей решения существующих проблем. Методы: Выполнен первичный сбор среднегодовых значений потребления электроэнергии в различных странах мира и показателей загрязнения электронными отходами. Произведены обработка полученной информации и сравнительный анализ обработанных данных. Результаты: Определены и графически иллюстрированы повышенное электропотребление, возникающее в результате выполнения компьютерными устройствами сложнейших математических вычислений, а также образование электронных отходов, создаваемых вследствие применения узкоспециализированного оборудования в процессе подтверждения транзакций. В качестве альтернативы рассмотрен более энергоемкий алгоритм консенсуса Proof-of-Stake, используемый в блокчейне Ethereum. Проведен статистический анализ потребления электроэнергии технической платформой, применяющей алгоритм консенсуса Proof-of-Stake, в результате которого продемонстрированы положительные экологические аспекты в рамках технической системы распределенного реестра данных. Практическая значимость: С целью снижения экологических загрязнений, возникающих в результате внутренних процессов технологии распределенного реестра, предложен альтернативный алгоритм консенсуса Proof-of-Stake, не требующий использования специализированных компьютерных устройств для подтверждения транзакций, что способствует уменьшению количества потребляемой электроэнергии и создаваемых электронных отходов.

Ключевые слова: Экология, децентрализация, блокчейн, консенсус, Proof-of-Work, Proof-of-Stake, загрязнение, распределенный реестр, электронные отходы, электропотребление, биткоин, эфириум.

Контакты: antonpopadyuk1997@yandex.ru, ekorsky@mail.ru, titova@pgups.ru

Environmental aspects of blockchain technology illustrated through the example of the Proof-of-Work consensus algorithm A. Yu. Popadyuk, E. K. Korovyakovskiy, T. S. Titova
DOI: 10.20295/1815-588Х-2020-1-136-143

Objective: Studying the influence of the Proof-of-Work consensus algorithm used in blockchain technology on the global environmental system. Determining the causes of threats and suggesting rational solutions to existing problems. Methods: Initial collection of average annual power consumption values in various countries around the world and electronic waste pollution data has been carried out. The received information has been processed and a comparative analysis of the processed data has been performed. Results: The increased power consumption resulting from the complex mathematical calculations performed by computing devices, as well as the generation of electronic waste by the use of highly specialized equipment in the process of transaction confirmation, have been identified and graphically illustrated. As an alternative, the more energy-intensive Proof-of-Stake consensus algorithm used in the Ethereum blockchain has been considered. A statistical analysis of power consumption by a technical platform using the Proof-of-Stake consensus algorithm has been carried out with positive environmental aspects demonstrated within the blockchain engineering system. Practical importance: To reduce environmental pollution resulting from the blockchain technology internal processes, an alternative Proof-of-Stake consensus algorithm is proposed that does not require specialized computer devices to confirm transactions, which provides for reduction of the amount of electricity consumed and electronic waste generated.

Keywords: Ecology, decentralization, blockchain, consensus, Proof-of-Work, Proof-of-Stake, pollution, distributed ledger, electronic waste, power consumption, Bitcoin, Ethereum.

Contacts: antonpopadyuk1997@yandex.ru, ekorsky@mail.ru, titova@pgups.ru

Цель: Разработать метод расчета бесполостных дрен треугольного профиля, усиленных дренажной трубой, в случае двухстороннего впадения в коллектор. Методы: Бесполостные дрены по сравнению с трубчатыми обладают более высокой водозахватной способностью, но уступают трубчатым по отводящей способности. Водоотводящая способность бесполостных дрен может быть увеличена путем введения в них дренажной трубы. Практически на всей длине бесполостной части дрены имеет место переходный режим движения воды, а в трубчатой – турбулентный. Приближенным методом решено дифференциальное уравнение фильтрации для бесполостной части дрены. Также решено дифференциальное уравнение движения жидкости для трубчатой части, имеющей уклон и впадающей в коллектор с двух сторон. Результаты: В результате совместного решения двух дифференциальных уравнений, описывающих движение воды в бесполостной и трубчатой частях дрены, получены расчетные зависимости, позволяющие определить параметры дрен. Приведен пример расчета. Практическая значимость: Данный метод расчета позволяет рассчитать предлагаемую конструкцию. Ранее методики для этого случая в литературе не приводились.

Ключевые слова: Бесполостной дренаж, трубчатый дренаж, треугольное поперечное сечение, гидравлический расчет, переходный режим движения.

Контакты: shtykov41@mail.ru, pol1nom@yandex.ru

Hydraulic calculation of triangular-profile non-cavity drains reinforced by water drain pipe V. I. Shtykov, A. B. Ponomarev

Objective: Develop a method for calculation of triangular-profi le non-cavity drains reinforced by water drain pipe in case of two-way discharging into a collector drain. Methods: Non-cavity drains, compared to drainage pipes, have higher water procuring capability but have lower diversion capacity. Water-diversion capacity of non-cavity drains can be increased by introducing a water drain pipe in them. Practically throughout the length of non-cavity section of the drain transient water movement occurs, and turbulent fl ow occurs in the pipe section. Differential equation for filtration in non-cavity section of the drain is solved by approximation method. Differential equation for fluid movement is also solved for the pipe section which is set at a slant and has two-way discharges to the collector drain. Results: As a result of coordinated solution of two differential equations describing water movement in non-cavity and pipe section of the drain, calculation dependencies allowing calculating drain parameters were obtained. An example of calculation is provided. Practical importance: This calculation method allows calculating the design proposed. Previously, the literature did not have a method for this case.

Keywords: Non-cavity draining, pipe draining, triangular cross-section, hydraulic calculation, transient movement regime.

Contacts: shtykov41@mail.ru, pol1nom@yandex.ru