ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ НА УЧАСТКАХ ТЯЖЕЛОВЕСНОГО ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ

ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ

2020. № 4 (68). С. 76-85 Современные технологии. Системный анализ. Моделирование

DOI 10.26731/1813-9108.2020.4(68)76-85 УДК 625.1;656.2

Особенности эксплуатации железнодорожного пути на участках тяжеловесного движения поездов

О. Л. СкутинаИ

Уральский государственный университет путей сообщения, г. Екатеринбург, Российская Федерация И oskutina@usurt.ru

Резюме

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

тяжеловесное движение, осевая нагрузка, железнодорожный путь, земляное полотно, дефекты и деформации, выплески Для цитирования

Скутина О. Л. Особенности эксплуатации железнодорожного пути на участках тяжеловесного движения поездов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2020. -№ 4 (68). - С. 76-85. - DOI: 10.26731/1813-9108.2020.4(68).76-85

Информация о статье

поступила в редакцию: 15.09.2020, поступила после рецензирования: 22.09.2020, принята к публикации: 05.10.2020

Special aspects of railway track operation on the sections of heavy haul train traffic

O. L. SkutinaS

The Ural State University of Railway Transport, Ekaterinburg, the Russian Federation И oskutina@usurt.ru

Abstract

The running of heavy haul trains in the Russian Federation railway allows significantly increasing the railway carrying capacity, ensures timely delivery of ore, coal, mineral fertilizers, and petroleum products from their production sites to their processing sites or loading aboard ships. Increasing the weight of the train is implemented in two ways: by the increasing the train length to 100 conventional cars or more, and by the increasing the load on the axle. In Russia the train weight increases mainly due to its length. Most railways in the Russian Federation have heavy traffic sections. A heavy traffic polygon with a length of more than 21,000 km is introduced. The article deals with the features of railway track operation in the conditions of heavy haul long-component trains and notes their influence on the state of infrastructure objects. The author analyzes the general problems, typical for almost all sections of heavy haul traffic on the railroads of the Russian Federation, and gives opinions on the reasons for their appearance in the article. The paper thoroughly explores the problems of the upper structure of the track and the roadbed and presents data on the roadbed defects and deformations at heavy haul operation polygons. It considers the features of operation of a "heavy haul" railway track on the Sverdlovsk railway. Special attention is paid to mountain sections with long ascents, where the movement of heavy haul trains is possible only with the addition of sand under the wheels of the locomotive. The author makes suggestions about the need to develop regulatory documentation on the construction of a railway track and its maintenance in conditions of heavy haul operation, preparation of infrastructure facilities for the organization of heavy haul operation.

Keywords

heavy haul operation, axial load, railway track, roadbed, defects and deformations, pumpings

For citation

Skutina O. L. Osobennosti ekspluatatsii zheleznodorozhnogo puti na uchastkakh tyazhelovesnogo dvizheniya poezdov [Special aspects of railway track operation on the sections of heavy haul train traffic]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern Technologies. System Analysis. Modeling], 2020, No. 4 (68), pp. 76-85.- DOI: 10.26731/1813-9108.2020.4(68).76-85

Article info

Received: 15.09.2020, Revised: 22.09.2020, Accepted: 05.10.2020

Введение i

Современные методы ведения экономической и ] хозяйственной деятельности в России диктуют

необходимость доставки руды, угля, углеводородов <

и других сыпучих и жидких грузов к местам их по- I грузки в морских портах или местам их переработки

и потребления. ]

В то же время в начале 2000-х гг. в при необходимых объемах перевозки грузов и принятой на тот ] момент практикой формирования грузовых составов ] резервы пропускной способности на многих участ- ж ках железных дорог России практически были пол- э ностью исчерпаны. Так, на Свердловской железной дороге в 2012 г. дефицит пропускной способности ] по отношению к планам 2020 г. составлял на от- п дельных участках до 40-60 %. н Один из путей выхода из сложившейся ситуации , - повышение массы и длины поездов, ввод в экс- м плуатацию длинносоставных тяжеловесных поез- г дов, а, следовательно, повышение провозной спо- д собности железных дорог. о Вождение таких поездов было организовано еще н в 80-х гг. прошлого века. Так, по сложному ураль- н скому участку железной дороги был проведен поезд т массой 42 тыс. т и длиной 6,2 км. Однако спад эко- п номики страны в 90-х гг. на время отодвинул вопрос < организации и реализации тяжеловесного движения. н После создания ОАО «РЖД» работа по повышению ] эффективности перевозок за счет увеличения веса и длины поезда была продолжена [1]. ]

На сегодняшний день эксплуатационная длина полигонов тяжеловесного движения на железных дорогах России составляет более 21 тыс. км, т. е. более чет- ф верти суммарной длины железнодорожных путей об- в щего пользования (рис. 1, 2) [2-4]. Планируемая на перспективу протяженность полигона обращения грузовых тяжеловесных поездов к 2025 г. должна достиг- н нуть 28 650 км, что составит около 33,6 % от эксплуа- < тационной протяженности сети дорог [5] в

Тяжеловесные поезда движутся по железным дорогам девяти стран. Впервые понятие «heavy haul « operation» (на русском языке оно получило название , «тяжеловесное движение») было введено в обиход н после конференции 1978 г., которая проходила в г. Перт по инициативе Австралии, где на тот момент уже около 10 лет эксплуатировалась однопутная н железнодорожная линия, по которой поезда повы- о

шенного веса доставляли уголь от места добычи к месту погрузки в морском порту.

Общие проблемы тяжеловесного движения на железных дорогах Российской Федерации

В отличие от зарубежных стран полигон тяжеловесного движения в России имеет ряд особенностей:

1. Значительная удаленность мест добычи полезных ископаемых от мест их потребления или погрузки. Если за рубежом протяженность линий тяжеловесного движения 200-1 000 км, то в России -это десятки тысяч километров.

2. Смешанный характер движения. Мировая практика показывает, что тяжеловесное движение применяют на специализированных железнодорожных линиях, построенных именно для организации движения поездов повышенного веса с однотипными вагонами, приспособленными для быстрой погрузки - выгрузки. Наши тяжеловесы движутся по дорогам общего пользования, где одновременно осуществляется и грузовое и пассажирское движение. Конструкция верхнего строения пути и земляного полотна, их геометрические параметры, нормы технического содержания пути на дорогах общего пользования ориентированы на движение пассажирских и грузовых поездов стандартного веса, и никак не учитывают ни вес, ни скорость, ни длину тяжеловесных составов.

3. Тяжелые и весьма разнообразные природно-климатические условия на всем пути следования тяжеловесных поездов.

4. Сложные план и профиль пути, что затрудняет формирование поездов унифицированного веса по всему маршруту.

5. Существующий план и профиль пути участков тяжеловесного движения запроектирован по нормам начала - середины XX в. и не всегда соответствует современным требованиям в отношении скоростей и веса подвижного состава.

6. Проблема повышения веса поезда в ОАО «РЖД» решается в основном за счет увеличения его длины, а не осевой нагрузки. За рубежом нагрузка на ось достигает 30, а в некоторых странах (Австралия) 40 тс/ось, в России же не более 23,5 тс/ось.

Хотя следует отметить, что поставлена и успешно решается задача создания вагонов с нагрузкой на ось 25-27 тс [6].

Однако в повышении осевых нагрузок, как у каждой медали, есть оборотная сторона. Такие вагоны должны быть предназначены для перевозки конкретных грузов (угля, руды, минеральных удобрений), следовать по специализированным кольцевым маршрутам. Вагоны, способные перевозить 100 т и

более, далеко не всегда и не всем нужны, эксплуатировать их на всех дорогах нецелесообразно (увеличивается время простоя вагона под погрузку, снижаются показатели использования грузоподъемности вагона).

Рис. 1. Полигон обращения тяжеловесных поездов ОАО «Российские железные дороги» Fig. 1. Polygon for running heavy haul trains of Russian Railways OAO

Рис. 2. Прогнозируемые размеры движения для грузовых поездов на направлении Кузбасс - Северо-Запад на 2020 г. при организации тяжеловесного движения (по данным Института экономики

и развития транспорта)

Fig. 2. Predicted traffic amounts for freight trains in the direction Kuzbass - North-West for 2020 when organizing heavy haul traffic

Рис. 3. Структура дефектов и деформаций земляного полотна на полигонах тяжеловесного движения на 01 января 2017 г.

Кроме того, существующее земляное полотно, пролетные строения и опоры мостов не готовы к восприятию повышенных осевых нагрузок. Проведенные исследования показывают, что при увеличении осевых нагрузок с 23 до 25 тс возрастают напряжения на основной площадке земляного полотна [6]. Долговременная эксплуатация поездов с увеличенной осевой нагрузкой приводит к росту интенсивности накопления остаточных деформаций и развитию дефектов земляного полотна и искусственных сооружений. По данным центра искусственных сооружений ОАО «РЖД» на 01 января 2017 г. [2] при эксплуатационной длине полигона тяжеловесного движения 21 722,3 км 8,6 % из них (1 861 км) имеют неустойчивое и деформирующееся земляное полотно, и пучинные участки, 25 % - дефектные водоотводные сооружения (рис. 3). Также балластные материалы во многих случаях имеют недостаточные прочностные характеристики и «не готовы» к восприятию повышенных осевых нагрузок, что приводит к интенсивному истиранию балласта, засорению его мелкими и пылеватыми частицами, плохому водоотведению. Следовательно, к увеличению осевых нагрузок надо подходить грамотно, экономически обосновано.

В то же время увеличение длины поезда и вождение длинносоставных поездов вызывает немало проблем у служб путевого хозяйства, энергоснабжения, СЦБ, связи, локомотивного и вагонного хозяйств, диспетчерских служб. Длинносоставные поезда сложно включить в графики движения поездов, зачастую это приводит к съему грузовых поездов

стандартного веса, вызывая их задержки. «Длинные» поезда следуют через многие станции без остановки, так как длина приемо-отправочных путей на этих станциях недостаточна для размещения таких составов. Увеличивается тяговое плечо локомотивов и участки работы локомотивных бригад, усложняется работа по формированию таких составов. Вождение длинносоставных поездов во многих случаях требует реконструкции технических станций смены локомотивов и локомотивных бригад и станций обгона тяжеловесных поездов пассажирскими, удлинения приемо-отправочных путей, реконструкции горловин станций, системы водоотводов, систем СЦБ и связи и т. д. [3].

Есть еще один аспект движения длинносостав-ных поездов, имеющих в своем составе 100 и более условных вагонов. Это длительность воздействия состава на путь. Контакт длинносоставного поезда с железнодорожным путем примерно в 1,5 раза дольше, чем у состава стандартной длины. Это вызывает, во-первых, больший боковой износ рельсов в кривых (проходит большее количество осей); во-вторых, большую концентрацию напряжений в нижнем и верхнем строении пути, которые локализуются в местах существующих или зарождающихся дефектов и приводят к их дальнейшему развитию и появлению уже деформаций. Путь просто не успевает переработать эти напряжения, «отдохнуть» от прохождения такого состава и вернуться в свое исходное состояние.

Нижнее строение пути (земляное полотно и искусственные сооружения) большинства участков тя-

желовесного движения имеют возраст более 100 лет, построены по нормам конца XIX - начала XX в. и не соответствуют современным требованиям. Уширение земляного полотна под второй путь на «старых» участках из-за отсутствия опыта строительства проводилось без соблюдения правил сочетания грунтов существующего и присыпаемого земляного полотна. Кроме того, многочисленные капитальные и средние ремонты пути, проводимые на таких участках за весь период их эксплуатации, зачастую приводили к накоплению старого загрязненного балласта и засорителей на обочинах земляного полотна. Работа с балластом, особенно при паровозной и тепловозной тяге, до электрификации линий, сводилась к досыпке балласта и подъемке пути на балласт. Все это привело к тому, что большинство участков «старого» земляного полотна имеет такие дефекты, как зауженная ширина основной площадки, завышенная крутизна откосов, балластные шлейфы на откосах. Чередование грунтов в таком земляном полотне весьма хаотично, их прочностные характеристики, надежность и устойчивость земляного полотна в целом определить и спрогнозировать крайне сложно.

Отличительные особенности эксплуатации участков тяжеловесного движения на Свердловской железной дороге

Свердловская железная дорога занимает одно из центральных мест на всем полигоне тяжеловесного движения в Российской Федерации. За последние 8 лет грузовая работа на дороге возросла почти на 40 %. Основной прирост обеспечили тяжеловесные поезда, перевозящие уголь, минерально-химические удобрения, углеводороды.

За восемь месяцев 2020 г. по Свердловской магистрали проведено более 4,8 тыс. поездов весом 89 тыс. т (в среднем - около 20 поездов в сут.), что на 20,1 % больше, чем в январе - августе прошлого года. При этом количество «восьмитысячников» собственного формирования в сравнении с аналогичным периодом прошлого года увеличилось в 2,3 раза. Также более чем в два раза увеличилось количество транзитных поездов весом 9 тыс. т [7].

Суммарная протяженность участков тяжеловесного движения на Свердловской железной дороге около 2 тыс. км, что составляет более 20 % протяженности главного пути (рис. 4).

Свердловская дорога имеет свои особенности эксплуатации участков тяжеловесного движения. Уральские горы делят дорогу на две части. Равнинная восточная часть расположена на просторах Западно-Сибирской низменности, покрыта озерами, болотами, участками слабых и вечномерзлых грунтов. Западная часть - горная, со сложным рельефом, участками скально-обвальных выемок, карстов, лавиноопасными участками. Если на восточном участке план и профиль пути плавные, то западный уча-

сток - это затяжные подъемы с уклонами 8-10 %% и протяженностью до 10 км, многочисленные кривые, в том числе с радиусом менее 600 м.

Переход от равнинного к горному участку, как правило, требует перелома весовой нормы. Дорога решила эту проблему. С 2011 г. на Свердловской железной дороге эксплуатируется грузовой магистральный электровоз постоянного тока 2ЭС-10 «Гранит» с асинхронными тяговыми двигателями, который снял главное ограничение развития тяжеловесного движения - ограничение по тяге. Благодаря этому электровозу на участках со сложным горным профилем возможно вождение тяжеловесных поездов из 100 груженых вагонов весом 9 тыс. т. Проводятся работы по усилению системы тягового энергоснабжения, реконструкции станций с удлинением приемо-отправочных путей.

С точки зрения формирования тяжеловесных поездов Свердловскую дорогу также можно разделить на участки двух типов:

1. Транзитный участок, в основном горный -часть Транссиба от Называевской до Чепцы, по которой из Кузбасса к морским портам Северо-Запада следуют угольные маршруты весом до 9 тыс. т. От Перми сюда же подключаются поезда, формируемые на дороге и перевозящие минерально-химические удобрения.

2. Направление Север - Юг от Сургута - преимущественно равнинный участок, по которому соединенные поезда весом до 12,6 тыс. т, (два поезда с объединенной тормозной магистралью временно соединяются для пропуска по определенному участку), сформированные в границах Свердловской железной дороги, доставляют жидкие углеводородные полезные ископаемые (нефтяные маршруты). С начала текущего года на Свердловской железной дороге проведено 246 соединенных поездов, что на 23,6 % больше, чем за восемь месяцев 2019 г. Средний вес соединенного поезда превысил 9,7 тыс. т [7].

Необходимо учитывать тот факт, что нефтяные маршруты следуют по участку пути, расположенному, во многих случаях, на слабом основании (заболоченные территории, островная вечная мерзлота). Земляное полотно на таком основании склонно к неравномерным просадкам, что может привести к появлению неровностей на пути, толчкам при движении подвижного состава. Транспортировка жидких грузов - это всегда сложная задача, а при наличии малейших неровностей на пути или колесе появляется дополнительное динамическое воздействие от колеблющейся густой тяжелой нефтяной массы, что дополнительно усугубляет ситуацию.

Влияние тяжеловесного движения на состояние железнодорожного пути

Интенсивное движение длинносоставных тяжеловесных поездов негативно отражается на состоя-

нии железнодорожного пути. По данным А.Я. Когана, обращение тяжеловесных поездов приводит к росту вертикальных и боковых сил, передаваемых от вагона на путь. Наиболее это проявляется в кривых участках пути. В ходе испытаний, проведенных Всероссийским научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ) в 2014-2015 гг., было установлено, что вертикальные силы, действующие от колеса на рельс, при скорости движения 40-60 км/ч поезда массой до 6 тыс. т возрастают пропорционально нагрузке на ось. На участках тяжеловесного движения на 17-18 % возрастают расходы на текущее содержание 1 км пути, на отдельных участках наблюдаются осадка пути, выплески, неравномерное пучение, ухудшается по-километровая балльная оценка. Увеличение прогибов рельсов ведет к снижению ресурса наработки тоннажа рельсами и шпалами [5]. Возрастают напряжения на основной площадке земляного полотна, продолжительность воздействия колес на путь, переработка напряжений земляным полотном и их компенсация растягиваются по времени. Ускоряется накопление деформаций земляного полотна и верхнего строения пути, что приводит к появлению и развитию балластных углублений на основной площадке. Земляное полотно, построенное по нормам прошлого века, не готово к повышенному весу поездов (рис. 5) [2]. Несомненно, необходимо проводить мероприятия по снижению напряжений в земляном полотне, повышению устойчивости слабых грунтов основания и основной площадки [8]. Наиболее передовой и технологичный способ решения этой проблемы - применение геосинтетических материалов в конструкции земляного полотна с укладкой геосеток, георешеток и т. п. В результате исследований, проведенных в лабораториях Ур-ГУПС [9, 10] установлено, что укладка геосинтетиков на основную площадку земляного полотна поз-

воляет на стадии снятия нагрузки уменьшить остаточные напряжения в грунте в среднем на 40 %. Очевидно, что укладка геосинтетиков позволит, если не полностью убрать «шлейф» от воздействия повышенного веса, то частично его компенсировать.

При движении тяжеловесных поездов на затяжных подъемах горного участка дороги для увеличения сцепления колес локомотива с рельсами и полной реализации силы тяги локомотива выполняется подсыпка песка под колеса. Это приводит к запесочива-нию балластной призмы, засорению и заиливанию водоотводных сооружений. Сказывается и низкое качество балластных материалов. Щебень имеет недостаточную несущую способность, быстро истирается и измельчается под поездами повышенного веса [11]. В итоге балласт не фильтрует воду, канавы и кюветы не отводят ее от основания земляного полотна и основной площадки. В результате несущая способность грунтов снижается, появляются балластные углубления, выплески, перекосы и просадки пути (рис. 6). Выправка пути в этом случае выполняется, в основном, за счет досыпки балласта. При этом мощность и ширина понизу балластной призмы увеличиваются, ширина основной площадки оказывается недостаточной, что ведет к образованию балластных шлейфов с завышенной крутизной откоса. Зачастую на таких участках требуется уширение основной площадки земляного полотна [12, 13].

Структура дефектов и деформаций земляного полотна Свердловской железной дороги по регионам обслуживания на 01 января 2020 г. показана (рис. 7).

Анализ деформаций земляного полотна показывает, что преобладающими являются осадки (Тюменский и Нижнетагильский регионы обслуживания) и завышенная крутизна откосов (Пермский, Свердловский и Сургутский регионы).

Рис. 4. Участки тяжеловесного движения Свердловской железной дороги Fig. 4. Sections of heavy haul traffic of the Sverdlovsk railway

0,9% 0,4% -- Осадки

1,7%

Рис. 5. Структура дефектов и деформаций земляного полотна на полигонах тяжеловесного движения направления Кузбасс - Северо-Запад на 01 января 2017 г.

2017 Года

Рис. 6. Наличие выплесков на Свердловской железной дороге

Рис. 7. Деформации земляного полотна Свердловской железной дороги по регионам обслуживания на 01 января 2020 г. Fig. 7. Deformations of the roadbed on the Sverdlovsk railway by regions of service as of January 01, 2020

На Свердловской железной дороге на экспериментальном участке Качканар - Смычка протяженностью 103 км ВНИИЖТ проводил исследования в области эксплуатации тяжеловесных поездов с осевой нагрузкой 27 тс/ось и их влияния на инфраструктуру. По данным отчетов при вводе в эксплуатацию подвижного состава с осевой нагрузкой 27 тс уровень напряжений в элементах пролетных строений возрастет в 1,3-1,4 раза по сравнению с существующим, что приведет к резкому ускорению накопления усталостных повреждений в пролетных строениях. Выполненная оценка свидетельствует об увеличении эксплуатационных затрат на участке Качканар - Смычка. Суммарное увеличение затрат на содержание верхнего строения пути и земляного полотна составит примерно 5,8 млн руб. в год. При этом перед началом испытаний на участке Качканар - Смычка в 2017 г. был проведен ряд работ по подготовке инфраструктуры, дополнительные затраты на которые составили по данным Свердловской железной дороги 19,5 млн. руб. [3].

Заключение

Проведенный анализ особенностей эксплуатации пути при организации тяжеловесного движения позволяет говорить о том, что для успешной реализации тяжеловесного движения на дорогах России и решения многих злободневных вопросов необходимо:

1. Разработать единые нормативные документы, в которых приведены технические параметры верх-

него строения пути, земляного полотна и искусственных сооружений для линий с тяжеловесным движением.

2. Пересмотреть систему организации работ по техническому обслуживанию железнодорожного пути на участках тяжеловесного движения, а также уточнить производственные нормы на выполнение работ по текущему содержанию пути на таких участках.

3. Подготовить технологический регламент диагностики и режимных наблюдений объектов земляного полотна на участках тяжеловесного движения.

4. Доработать и адаптировать порядок и способы лубрикации рельсов на участках следования длин-носоставных поездов.

5. Предусмотреть при организации движения тяжеловесных поездов предварительную подготовку железнодорожного пути и других объектов инфраструктуры: усиление основной площадки земляного полотна за счет устройства защитного слоя, применения геосинтетических материалов [9, 10, 12, 13], полифилизаторов, усиление слабых оснований земляного полотна [14, 15], увеличение жесткости пути [5], укрепление пролетных строений и опор мостов, реконструкция технических станций и систем тягового энергоснабжения и т. д.

Необходимо отметить, что вождение поездов с осевыми нагрузками 27 тс/ось позволит избежать переформирования поездов в пути следования, провозная способность поезда увеличится без измене-

ния его длины. Такие вагоны должны использовать- затраты на усиление инфраструктуры на различных ся не повсеместно, а только на кольцевых специали- кольцевых маршрутах будут определяться в зависи-зированных маршрутах. Инфраструктура на участ- мости от текущего состояния объектов инфраструк-ках следования поездов с повышенной осевой туры, условий эксплуатации вагонов и технического

нагрузкой должна быть улучшена. Дополнительные обслуживания пути.

Список литературы

1. Захаров С.М., Шенфельд К.П. Развитие тяжеловесного движения в мире // Вестник ВНИИЖТ. 2013, № 4. С. 9-18.

2. Лебедев А.В. Состояние земляного полотна по итогам его эксплуатации в 2016 году // Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути: XIV Международная научно-техническая конференция (г. Москва, 5-6 апреля 2017 г.): чтения, посвященные памяти профессора Г.М. Шахунянца: труды / РЖД, МИИТ. Москва, 2017. С. 26-29.

3. Программа развития на сети железных дорог ОАО «РЖД» тяжеловесного движения. М.: ОАО «РЖД», 2019. URL: http://www.rzd-expo.ru/images/Events-2019/27ts/01.pdf.

4. Прогнозируемые размеры движения для грузовых поездов на направлении Кузбасс - Северо-Запад на 2020 год при организации тяжеловесного движения (по данным ИЭРТ). URL: https://yandex.ru/images/search?from=tabbar&text =%D1%82%D1%8F%D0%B6%D0%B5%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B5%D1%81%D0%BD%D0%BE%D0%B5%20%D0 %B4%D0%B2%D0%B8%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5%20%D0%B2%20%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%8 1%D0%B8%D0%B8&p=1&pos=62&rpt=simage&img_url=https%3A%2F%2Fcf2.ppt-online.org%2Ffiles2%2Fslide%2Fp%2FPH4 WZ6gR2LGsrtfljAbumSqvKYhBFz9QTn3xpNocE%2Fslide-36.jpg.

5. Шарапов С.Н., Исаенко Э.П. Рекомендации по усилению пути на линиях с тяжеловесным движением // Путь и путевое хозяйство. 2016, № 7. С. 2-7.

6. Кобзев С. Поездам придали вес // Гудок. Вып. № 191 (26330) 26.10.2017. URL: https://gudok.ru/newspaper/?ID=1391189.

7. Пресс-служба СвЖД. Свыше пяти тысяч тяжеловесных поездов проследовало на СвЖД с начала года. Екатеринбург: АиФ-Урал, 2020. URL: https://ural.aif.ru/.

8. Скутин А.И., Скутин Д.А., Табынщиков А.И. Повышение устойчивости слабых грунтов // РСП Эксперт. 2012, №8. С. 24-25.

9. Cкутин А.И., Скутин Д.А., Табынщиков А.И. Моделирование земляного полотна, армированного геосинтетическими материалами // Проектирование развития региональной сети железных дорог: сб. науч. тр. / под ред. В.С. Шварцфельда. 2014, № 2. С. 144-150.

10. Скутин А.И., Скутин Д.А., Скутина О.Л., Табынщиков А.И. Повышение устойчивости земляного полотна с помощью армирования геосинтетическими материалами // Проектирование развития региональной сети железных дорог: сб. науч. тр. / под ред. В.С. Шварцфельда. 2016, № 4. С. 351-354.

11. Mylnikov M., Skutin A. The influence of ballast characteristics on lateral stability of railway track // Lecture Notes in Civil Engineering. 2020. Т. 49. С.173-182.

12. Скутина О.Л. Способ реконструкции железнодорожного пути (варианты) // О.В. Караваева, Ю.М. Кравченко, О.Л. Скутина // Патент Россия № 2501910, 2012.

13. Скутина О.Л. Конструкция земляного полотна железнодорожного пути // З.Р. Абдулхасанова, О.Л. Скутина // Патент Россия № 2557276, 2014.

14. Скутина О.Л. Способ усиления земляного полотна железнодорожного пути на слабом основании // Е.С. Ха-бибуллина, О.Л. Скутина // Патент Россия № 2593282, 2015.

15. Скутина О.Л., Скурихин А.И., Федянина Л.В. Конструктивно-технологические решения по сооружению земляного полотна в зоне вечномерзлых грунтов // Инновационный транспорт. 2020, № 1 (35). С. 36-42.

References

1. Zakharov S.M., Schoenfeld K.P. Razvitie tyazhelovesnogo dvizheniya v mire [Development of heavy-weight traffic in the world]. Vestnik VNIIZHT [Bulletin of VNIIZHT], 2013. No. 4. Pp. 9-18.

2. Lebedev A.V. Sostoyanie zemlyanogo polotna po itogam ego ekspluatatsii v 2016 godu [State of the roadbed following the results of its operation in 2016]. Sovremennye problemy proektirovaniya, stroitelstva i ekspluatatsii zheleznodorozhnogo puti: XIV Mezhdunarodnaya nauchno-tekhnicheskaya konferentsiya (g. Moskva, 5-6 aprelya 2017 g.): chteniya, posvyashchen-nye pamyati professora G.M. Shakhunyantsa: trudy [Modern problems of railway track design, construction and operation: XIV international scientific and technical conference (Moscow, April 5-6, 2017): readings dedicated to the memory of Professor G. M. Shakhunyants: proceedings]. Russian Railways, MIIT Publ. Moscow, 2017. Pp. 26-29.

3. Programma razvitiya na seti zheleznykh dorog OAO "RZhD" tyazhelovesnogo dvizheniya [Program for the development of heavy traffic on the railway network of "Russian Railways" OAO] [Electronic media]. Moscow: "Russian Railways" OAO, 2019. URL: http://www.rzd-expo.ru/images/Events-2019/27ts/01.pdf.

4. Prognoziruemye razmeri dvizheniya dlya gruzovykh poezdov na napravlenii Kuzbass - Severo-Zapad na 2020 god pri opganizatsii tyazhelovesnogo dvizheniya (po dannim IERT) [Expected traffic amounts for freight trains in the Kuzbass - NorthWest direction for 2020 when organizing heavy-weight traffic (according to IERT data)] [Electronic media]. URL: https://yandex.ru/images/search?from=tabbar&text=%D1%82%D1%8F%D0%B6%D0%B5%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0 %B5%D1%81%D0%BD%D0%BE%D0%B5%20%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0% B5%20%D0%B2%20%D1%80%D0%BE%D1%81 %D1%81 %D0%B8%D0%B8&p= 1 &pos=62&rpt=simage&img_url=https%

3A%2F%2Fcf2.ppt-online.org%2Ffiles2%2Fslide%2Fp%2FPH4WZ6gR2LGsrtfljAbumSqvKYhBFz9QTn3xpNocE%2Fslide-36^jpg.

5. Sharapov S.N., Isaenko E.P. Rekomendatsii po usileniyu puti na liniyakh s tyazhelovesnym dvizheniem [Recommendations for strengthening the track on lines with heavy traffic]. Put' i putevoe khozyaistvo [Railway track and facilities], 2016. No. 7. Pp. 2-7.

6. Kobzev S. Poezdam pridali ves [Trains were given weight] [Electronic media]. Gudok, No. 191 (26330) 26.10.2017. URL: https://gudok.ru/newspaper/?ID= 1391189.

7. Press-sluzhba SvZhD. Svyshe pyati tisyach tyazhelovesnykh poezdov prosledovalo na SvZhD s nachala goda [Pressservice SvZhD. More than five thousand heavy-weight trains have passed on the SvZhD since the beginning of the year]. Ekaterinburg: AiF-Ural Publ., 2020. URL: https://ural.aif.ru/.

8. Skutin A.I., Skutin D.A., Tabunshchikov A.I. Povyshenie ustoichivosti slabykh gruntov [Improving the stability of weak soils]. RSP Ekspert, 2012. No. 8. Pp. 24-25.

9. Skutin A.I., Skutin D.A., Tabynshchikov A.I. Modelirovanie zemlyanogo polotna, armirovannogo geosinteticheskimi materialami [Modeling of an earthbed reinforced with geosynthetic materials]. Proektirovanie razvitiya regional'noi seti zheleznykh dorog: sb. nauchnykh trudov [The designing of development of regional railway networks: Proc. in Shvartsfel'd V.S. (ed.)], 2014. No. 2. Pp. 144-150.

10. Skutin A.I., Skutin D.A., Skutina O.L., Tabynshchikov A.I. Povyshenie ustoichivosti zemlyanogo polotna s pomoshchyu armirovaniya geosinteticheskimi materialami [Improving the stability of the ground surface by reinforcing geosynthetic materials]. Proektirovanie razvitiya regional'noi seti zheleznykh dorog [The designing of development of regional railway networks: Proc. in Shvartsfel'd V. S. (ed.)]. 2016. No. 4. Pp. 351-354.

11. Mylnikov M., Skutin A. The influence of ballast characteristics on lateral stability of railway track. Lecture Notes in Civil Engineering, 2020. Vol. 49. Pp. 173-182.

12. Skutina O.L., Karavaeva O.V., Kravchenko Yu.M. Sposob rekonstruktsii zheleznodorozhnogo puti (varianty) [A method of reconstruction of railway tracks (options)]. The patent of Russia No. 2501910, 2012.

13. Skutina O.L., Abdulkhasanova Z.R. Konstruktsiya zemlyanogo polotna zheleznodorozhnogo puti [Construction of the railway trackbed]. The patent of Russia No. 2557276, 2014.

14. Skutina O.L., Khabibullina E.S. Sposob usileniya zemlyanogo polotna zheleznodorozhnogo puti na slabom osnovanii [Method for strengthening the railway trackbed on a weak foundation]. The patent of Russia No. 2593282, 2015.

15. Skutina O.L., Skurikhin A.I., Fedyanina L.V. Konstruktivno-tekhnologicheskie resheniya po sooruzheniyu zemlyanogo polotna v zone vechnomerzlykh gruntov [Structural and technological solutions for the construction of a roadbed in the permafrost zone]. Innovatsionnyi transport [Innovative transport], 2020. No. 1 (35). Pp. 36-42.

Информация об авторах

Скутина Ольга Леонидовна - канд. техн. наук, доцент кафедры пути и железнодорожного строительства, Уральский государственный университет путей сообщения, г. Екатеринбург, e-mail: oskutina@usurt.ru

DOI 10.26731/1813-9108.2020.4(68).85-92

Information about the authors

Olga L. Skutina - Ph.D. in Engineering Science, Associate Professor of the Subdepartment of Track and Railway Construction, The Ural State University of Railway Transport, Ekaterinburg, e-mail: oskutina@usurt.ru

УДК 621.331:621.336

Анализ несимметрии токов и напряжений в обмотках статора асинхронных двигателей привода вспомогательных машин

В. В. НемыкинаИ, Н. Л. Рябчёнок, Т. Л. Алексеева, Л. А. Астраханцев

Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, Российская Федерация И nemykinavv@mail.ru

Резюме

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 «МаНаЬ» 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 макси-