Статья: КРИОГЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ НАСЫПЕЙ ВОСТОЧНОГО УЧАСТКА БАМА И СЦЕНАРИИ РАЗВИТИЯ ДЕФОРМАЦИЙ (2024)

Мобильное лазерное сканирование нашло широкое применение на железных и автомобильных дорогах. Одним из направлений его использования на железных дорогах является контроль габаритов приближения строений. Определение габаритов таким способом повышает производительность полевых работ. При этом обработка полученных данных и определение габаритов - трудоемкий процесс. В некоторых случаях при выполнении работ на железнодорожном пути измерение и оценка габаритов должны выполняться в реальном времени. Для определения и оценки фактических габаритов приближения строений в реальном времени разработана система контроля габаритов приближения строений (СКГ) на базе лидара, технического зрения и компьютерного обучения. Работа СКГ основана на измерении координат окружающего пространства в заданном секторе и селективном выделении из облака точек координат объектов железнодорожной инфраструктуры, которые заданы в цифровом проекте и внесены в базу данных. Компьютерное обучение позволяет создавать математическую модель объекта и при натурных измерениях распознавать образ, что дает возможность определять габариты в реальном времени. Один проход системы по участку пути обеспечивает определение геометрии рельсовой колеи и фактических габаритов приближения строений. Результаты испытаний СКГ показали высокую степень устойчивости системы к внешним факторам, стабильность работы и обеспечение требуемой точности измерений. СКГ на железных дорогах предназначена для приемки в эксплуатацию железнодорожных путей после окончания ремонтных работ, выявления и оценки негабаритных мест, выполнения исполнительных съемок и операционного контроля в процессе ремонта.

В статье выполнен анализ физико-механических характеристик грунтов земляного полотна в зонах расположения железобетонных водопропускных труб на основании изысканий, проведенных на одной из важнейших для Сибирского региона автомобильных дорог. Определены физико-механические характеристики грунтов земляного полотна в зонах расположения железобетонных водопропускных труб и объединены в инженерно-геологические элементы, приведены графики зависимости коэффициента уплотнения грунта от глубины проходки шурфа и динамического сопротивления грунтов, сопоставлены значения физико-механических характеристик грунтов и состояние дорожного покрытия в зонах расположения железобетонных водопропускных труб.

Установлено, что в зонах расположения железобетонных водопропускных труб при приближении к трубе увеличивается количество дефектов и деформаций дорожного покрытия. Физико-механические характеристики грунтов земляного полотна, расположенного вблизи железобетонной водопропускной трубы и на расстоянии 30 м от оси трубы, различаются. При удалении от оси железобетонной водопропускной трубы физико-механические характеристики грунтов улучшаются. Проведенные визуальные, натурные, лабораторные исследования и динамическое зондирование подтверждают этот вывод. Так, в пазухах водопропускных труб установлено динамическое сопротивление грунта земляного полотна 3 МПа, а на расстоянии 30 м от оси железобетонной водопропускной трубы - 4 МПа.

Рассматриваемое направление исследований является актуальным, так как своевременная, точная и быстрая оценка физико-механических характеристик грунтов земляного полотна автомобильных дорог необходима для снижения дорожно-транспортных происшествий, рационального содержания и ремонта.

В данной работе показано, что если при записи голограмм регистрирующую среду располагать на значительном расстоянии от поверхности рабочего растра, то регистрируемая оптическая информация в большей степени определяется углами наклона изучаемой поверхности. При выводе разрешающего уравнения нормальная компонента вектора перемещения раскладывалась в ряд Тейлора в окрестности точки исследуемой поверхности, формирующей опорный пучок. В уравнении удерживался только линейный член ряда. Также учтено, что для пластин средней толщины касательные к пластине перемещения пропорциональны углу наклона. В статье описывается методика нанесения рабочего растра на исследуемую поверхность с применением растр-реплики. Приведены результаты исследования изгиба тонкой, круглой, жестко защемленной пластины. Жесткое защемление моделировалось резким изменением толщины пластины. Пластина изготавливалась на токарном станке. Средняя цилиндрическая жесткость определялась экспериментально, по величине максимального прогиба пластины, определенной с помощью голографической интерферометрии. При проведении испытаний записывалась двухэкспозиционная голограмма во встречных пучках при разных уровнях гидростатического давления на пластину. Регистрировались картины интерференционных полос, наблюдаемые в проходящем через голограмму свете в +1-м и –1-м порядках дифракции. Координаты центра интерференционных полос на картинах определялись вручную. Информация, полученная в +1-м и –1-м порядках, аппроксимировалась степенными полиномами с помощью программы для работы с электронными таблицами Excel. За уравнение углов наклона средней линии пластины принималась полуразность этих полиномов. Получено хорошее совпадение экспериментальных данных, обработанных с помощью новых разрешающих уравнений, с теоретическим решением.

Основными современными промежуточными рельсовыми скреплениями на железнодорожных путях ОАО «РЖД» являются скрепления с упругими прутковыми клеммами. Конструкция данных скреплений, в том числе самих упругих прутковых клемм, продолжает постоянно развиваться. Одним из главных недостатков в-образных упругих клемм является неэффективное распределение монтажного усилия: на прижатие подошвы рельса направлено около половины от прикладываемого на болт (прикрепитель) усилия. В качестве перспективной конструкции упругой прутковой клеммы для промежуточных рельсовых скреплений рассмотрена клемма в виде пружины кручения (или витковая клемма), главным преимуществом которой является более удачная схема распределения прижимного усилия. В статье приведены результаты многовариантного моделирования геометрических параметров витковых клемм (42 шт.) с анализом их напряженно-деформированного состояния. Расчеты проведены с использованием программно-вычислительных комплексов SolidWorks и Ansys Workbanch. В результате расчетов многовариантных моделей выполнен анализ напряженно-деформированного состояния витковой клеммы и определены степени влияния интервалов варьирования геометрических параметров клеммы: шага витка клеммы (17-30 мм); диаметра прутка клеммы (12-20 мм); числа витков клеммы (1,4-3,4); диаметра витка клеммы (50-70 мм). Исходя из геометрии рельса, взаимного расположения предполагаемых элементов узла скрепления, обеспечения оптимального напряженно-деформированного состояния и как можно меньшей материалоемкости клеммы наиболее оптимальными параметрами конструкции упругих клемм в виде пружины кручения являются: диаметр витка 50 мм, количество витков полуклеммы 2,4; диаметр прутка 16 мм, шаг витка 17 мм.

Усталость является одним из последствий структурной деградации цементосодержащих композитов при нестационарных внешних воздействиях различного происхождения. Одним из апробированных направлений повышения их усталостного сопротивления является модификация структуры мелкодисперсными волокнами материалов высокой прочности и растяжимости, физически совместимых с цементной матрицей. В статье анализируются статистически представительные экспериментальные данные по изменению демпфирующего потенциала обычного и фиброполипропиленармированного бетона при немногократных циклических воздействиях, уровень которых моделирует колебания напряжений в конструкциях при фоновых сейсмических воздействиях. Приведены результаты динамических испытаний призматических образцов с различными уровнями максимальных напряжений, находящихся в диапазоне R°crc… Rvcrc, и нулевом коэффициенте асимметрии. Отклик конструкций рассматривается как колебательный процесс, кинетика которого оценивается по изменению энергии разрушения в стандартизированных условиях монотонного нагружения. Испытания проведены на универсальном испытательном комплексе Instron 5989 в жестком режиме циклического и последующего монотонного сжатия с постоянной скоростью деформирования 0,04 мм/с вплоть до разрушения. Использована оригинальная методика многофакторного автоматизированного контроля параметров, времени поэтапного сопротивления, энергии разрушения и других параметров на каждом цикле нагрузки и разгрузки. Приведена сравнительная оценка энергетического потенциала бетона и фибробетона и кинетика энергетических показателей на этапах циклических нагружений. Установлена высокая чувствительность композитов к циклическим воздействиям принятой интенсивности, подтвержденная ощутимым снижением энергии постциклического сжатия (разрушения). Доказана возможность и технико-экономическая целесообразность усиления усталостного сопротивления железобетонных элементов посредством введения мелкодисперсных полипропиленовых волокон.

В статье рассмотрена значимость и актуальность развития тяжеловесного и длинносоставного движения на сети железных дорог. Как показывает мировой опыт, развитие данного движения является актуальной и востребованной мерой при активном внедрении инноваций на железнодорожном транспорте. Тяжеловесное движение применяется в Австралии, Бразилии, Канаде, Китае, США, Швеции, Норвегии, ЮАР. Длина линий, на которых обращаются такие поезда, составляет от 180-200 до 1 100-1 500 км. В большинстве случаев это специализированные магистрали. В состав поездов включается до 340 вагонов.

ОАО «РЖД» еще в 2015 г. разработало программу развития тяжеловесного движения поездов. Полигон обращения поездов повышенной массы постоянно увеличивается. Несомненно, развитие тяжеловесного и длинносоставного движения оказывает большое положительное влияние на деятельность железнодорожной отрасли: использование инновационных вагонов с повышенной осевой нагрузкой, ускорение оборота вагонов, увеличение пропускной и перерабатывающей способности железнодорожных объектов и т. д. Однако есть и ряд задач, которые необходимо решить при рассмотрении организации тяжеловесного движения на сети дорог. В частности, требуется системный подход к проблемам взаимодействия экипажа и пути, колеса и рельса, продольной динамики поездов, перегрузок в системе энергоснабжения, бесперебойности обеспечения локомотивами при отправлении, учета длины станционных путей и промышленных предприятий и ряду других вопросов.

В статье рассмотрена возможность формирования поездов весом 7 100 с массовым грузом. Выполнены расчеты достаточности длины путей станции П, а также станции З для формирования длинносоставного поезда. Установлено, что наиболее целесообразным вариантом является формирование поезда на путях станции З, так как из-за формирования поездов повышенной массы на двух путях по станции П будут увеличиваться простои, а также появятся недостатки в технологии работы с тяжеловесными составами. Проверена возможность отправления состава весом 7 100 т по условию трогания с места. Даны рекомендации по проектированию контактной сети на перегоне П-З, а также по организации пункта технического обслуживания вагонов на станции З. Проведена экономическая оценка целесообразности формирования длинносоставного поезда.

Безопасность расформирования составов на сортировочных горках играет важную роль в перевозочном процессе железнодорожного транспорта и должна безусловно обеспечиваться. Одним из важных условий безопасной работы сортировочных горок является соударение вагонов в сортировочном парке с допустимой скоростью.

При расчете сортировочных горок уклоны путей подгорочного парка принимаются равными 0,6 %о на всем протяжении, кроме последних 100 м. На основе выполненных ранее исследований установлено, что удельное сопротивление движению отцепов на сортировочной горке значительно меньше, чем принято в нормативных документах. В ряде работ предлагается пересмотреть нормативные значения удельного сопротивления движению отцепов. В статье рассматривается вопрос, как влияет данный факт на движение отцепов в сортировочном парке.

Установлено, что уклоны путей сортировочного парка 0,6 % могут быть ускоряющими для ряда отцепов. В результате есть вероятность превышения скорости соударения отцепов с вагонами, стоящими на путях парка, по сравнению с допустимыми значениями. Это может произойти даже в том случае, если отцепы выпускаются из парковой тормозной позиции с минимальной скоростью.

Для исключения подобных случаев предлагается проектировать пути сортировочного парка на горизонтальной площадке. Это позволит избежать превышения допустимой скорости соударения для хороших бегунов. Для остальных отцепов значительных изменений скоростного режима в сортировочном парке не произойдет. В качестве альтернативного варианта предложено проектировать на уклоне 0,6 % только первые 100 м путей сортировочного парка.

В статье основное внимание сосредоточено на представлении графических моделей управления организационно-технологическими процессами содержания и ремонта линейно-рассредоточенных объектов в виде оперограмм информационных потоков как инструментов оценки надежности организационно-технологических процессов в рамках деятельности центра управления инфраструктуры центральной дирекции инфраструктуры ОАО «РЖД». Рассмотрена методика оценки эффективности управления инфраструктурным комплексом, позволяющая сокращать потери путем уменьшения влияния человеческого фактора. Целью настоящего исследования являлось графическое моделирование информационных процессов содержания и ремонта инфраструктурных элементов железной дороги. Структура графических моделей в статье представлена в виде графа с множеством вершин и дуг, символизирующих исполнителей и информационные связи между ними. Информационные потоки, циркулирующие в системе, приняты подчиняющимися законам Пуассона, время их обработки - показательному закону. Предложен алгоритм моделирования информационных процессов, состоящий из восьми позиций: обоснования графа информационных взаимосвязей операций по управлению выявленными отказами технических средств железнодорожного пути; описания графа системой дифференциальных уравнений; моделирования информационных потоков; анализа вероятностей выполнимости операций и цикла управления выявленными отказами; расчета коэффициента загрузки участников структурных подразделений; изменения их числа и продолжения моделирования информационных процессов. Изложена процедура формирования информационного потока по выявлению отказов путеизмерительным вагоном и последовательность принятия решений по их устранению. Предложенный подход позволяет применить метод оптимизации продолжительности восстановительных работ и оценить организационную надежность технологических процессов текущего содержания и ремонта объектов инфраструктуры железной дороги.

Акустическое загрязнение селитебных территорий от объектов железнодорожного транспорта - актуальная научная и техническая проблема. В рамках поиска приемлемых решений этой задачи рассматриваются особенности генерации звука в источнике и специфика распространения шума на территории с целью определения всех возможных способов защиты населения от шума. Железнодорожная станция И по основному назначению и характеру выполняемой работы является двусторонней сортировочной станцией с последовательным расположением парков и параллельным расположением систем, по объему работы отнесена к внеклассной. Для расформирования и формирования поездов на станции имеются две автоматизированные горки большой мощности. Процесс роспуска подвижного состава - основная причина значительного акустического загрязнения прилегающей зоны жилой застройки.

Скорость и расстояние передачи звука зависят от среды, в которой он распространяется. Например, при температуре воздуха 20 °C, нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст.) и нормальной относительной влажности (от 40-60 %) средняя скорость звука составляет 343 м/с. Воздушная среда имеет параметры, которые в значительной степени влияют на траекторию, скоростные характеристики и дальность звуковой волны. Воздействие оказывают влажность воздуха, направление и скорость воздушных масс, температура воздуха и другие факторы.

Физическое состояние атмосферы закладывается в расчетную формулу затухания в виде коэффициентов, которые интегрально учитывают сочетание температуры, влажности, скорости движения воздуха. Процесс затухания также во многом зависит от рельефа местности, имеющихся преград на пути звуковой волны. Эти особенности местности и климатическое состояние среды во многом определяют выбор и проектирование систем защиты от акустического загрязнения. Расчетным способом, путем введения в формулу изолирующую способность средства защиты, определяется наличие или отсутствие превышения предельно допустимого уровня звукового давления в заданной точке (жилое здание).

В статье рассмотрены особенности распространения и затухания шума в атмосфере на прилегающей к станции территории при различных погодных условиях и вариантах защиты.

Загруженность основных железнодорожных направлений и необходимость управления поездопотоками в условиях ограниченных пропускных способностей транспортной инфраструктуры ускоряют разработку и применение новых информационных инструментов управления вагонопотоками. В результате изменяется парадигма управления перевозками, в том числе за счет делегирования интеллектуальным системам части функций, традиционно выполняемых диспетчерским аппаратом. Тем самым изменяется количество уровней управления и связи между ними. Указанные вопросы инициируют разработку новых подходов и математических методов в транспортно-логистических исследованиях, в частности в областях, относящихся к системам управления транспортными перевозками.

Методология настоящего исследования в сфере организационно-технологической устойчивости систем управления вагонопотоками на железнодорожном транспорте представлена «жесткими» и «мягкими» математическими моделями, которые описываются автономными системами обыкновенных линейных дифференциальных уравнений. При этом переход от построенных сначала «жестких» моделей к «мягким» осуществляется дезагрегированием первых, выполняемым введением дополнительных связей между субъектами рассматриваемой двухуровневой системы управления перевозочным процессом.

Математический аппарат исследования представлен фазовым пространством (точнее, фазовой плоскостью), в котором изучается поведение траектории, отвечающей (соответствующему положению равновесия) невозмущенному решению системы, и траекторий, отвечающих ее возмущенным решениям. Классическими методами теории устойчивости решений дифференциальных уравнений показано, что в данной ситуации точка равновесия системы на фазовой плоскости является фокусом. Таким образом, установлено, что для рассматриваемой «мягкой» модели положение равновесия не только устойчиво по Ляпунову, но и асимптотически устойчиво. Построен фазовый портрет системы дифференциальных уравнений, которой описывается «мягкая» модель. Выполнен сравнительный анализ геометрической картины поведения фазовых траекторий с графическими изображениями функции, которой выражается посуточное число отправляемых в адрес станции вагонов.

Указанные результаты окажутся востребованными при разработке интеллектуализированных систем управления поездо- и вагонопотоками, представляя собой математически доказанное обоснование устойчивости функционирования этих систем.

Установлено, что перевозка (транспортировка) опасных грузов железнодорожным, автомобильным, речным и морским, авиационным, трубопроводным видами транспорта представляет существенную опасность не только «сама по себе», но и при нарушении предусмотренных нормативами условий безопасности транспортного процесса. Анализ ряда событий на транспортных объектах в 2022-2023 гг. выявил возможность использования перевозок опасных грузов в качестве фактора создания техногенных чрезвычайных ситуаций для решения масштабных геополитических задач, противоречащих интересам Российской Федерации. При этом грузы, составляющие более 50 % грузопотока на всех видах транспорта, несут потенциальную опасность критической дезорганизации транспортного процесса.

Целью работы стало выявление особенностей ряда имевших место чрезвычайных ситуаций, а также недостатков и узких мест в системе безопасности для разработки превентивных мер безопасности. На всех видах транспорта устойчивую и безопасную перевозку (транспортировку) обеспечивают критически важные транспортные объекты или объекты транспортной инфраструктуры. Анализ показал необходимость поэтапной разработки и внедрения дополнительных, нестандартных мер безопасности, требующих комплексного подхода. Во внимание приняты акции 2022 и 2023 гг.: подрывы трубопровода «Северный поток» в Балтийском море, Крымского моста (Керченский пролив), аммиакопровода «Тольятти - Одесса» (на территории Харьковской области Украины) и поджог железнодорожного состава в Северомуйском тоннеле (на территории Республики Бурятия Российской Федерации). В всех случаях дополнительным фактором опасности выступали опасные грузы: метан, аммиак безводный (класс опасности 2) и дизельное топливо (класс опасности 3). Изучение фактологии дает основания сделать вывод о тенденции или явлении как объекте исследования. Типологические признаки позволяют характеризовать чрезвычайные ситуации как похожие, «аналогичные» в рамках исследования.

Предложенные к разработке программы предупреждения террористических угроз с применением опасных грузов мероприятия относятся по большей части к организационно-техническим. В связи с закрытостью релевантной информации мероприятия обсуждаются без деталей, важных для эффективности разработки.

В статье выполнена оценка интенсивности отказов рельсов на участках Среднесибирской магистрали (на примере Кр и Км дистанций пути). Проведен анализ отказов рельсов в зависимости от пропущенного тоннажа, параметров плана и профиля. Рассмотрены математические модели количества отказов рельсов по I и II путям в зависимости от пропущенного тоннажа, средневзвешенного уклона, средневзвешенного радиуса и доли кривых.

Определено влияние пропущенного тоннажа на количество отказов рельсов: по I пути при увеличении тоннажа от 100 до 1 400 млн т среднее количество отказов рельсов увеличивается с 0 до 24 шт./км, по II пути при тоннаже от 100 до 700 шт./км - с 0 до 1,8 шт./км. Однако на протяжении всего срока эксплуатации наблюдается повышение интенсивности роста отказов рельсов от 0,7 до 4,3 шт./км на 100 млн т в зависимости от интервала тоннажа.

Определено влияние конструктивных параметров плана и профиля пути Среднесибирской магистрали (доли кривых, среднего радиуса, среднего продольного уклона) на отказы рельсов. Зависимость количества отказов рельсов по I пути от доли кривых: интенсивность количества отказов рельсов составляет 2,9 шт./км в среднем на каждые 10 % доли кривых. Влияние средневзвешенного радиуса: при уменьшении радиуса кривой с 3 000 до 1 100 м (на примере уровня наработки тоннажа в 1 000 млн т) количество отказов рельсов увеличивается в 3,5 раза (с 4 до 14 шт./км). Влияние средневзвешенного уклона: при увеличении уклона с 1,5 до 3 %о при тоннаже в 900 млн т, количество отказов рельсов увеличивается в 3 раза (с 4 до 12 шт./км).

Проведен корреляционно-регрессионный анализ количества отказов рельсов в зависимости от пропущенного тоннажа и параметров плана и профиля пути.