Оцінка енергоємності та ефективності роботи поглинальних апаратів залізничного рухомого складу відповідно до стандартів ЄС та регламентів безпеки

Abstract

Магістерська робота присвячена дослідженню енергоємності та ефективності роботи поглинальних апаратів (ПА) залізничного рухомого складу відповідно до вимог стандартів Європейського Союзу та регламентів безпеки. Актуальність теми зумовлена стрімким розвитком європейських транспортних коридорів, необхідністю підвищення рівня безпеки руху, зниження поздовжніх динамічних навантажень у поїздах, а також потребою гармонізації вітчизняних технічних вимог зі стандартами ЄС для забезпечення інтероперабельності рухомого складу. У роботі проведено аналіз нормативної документації ЄС (EN 15551, EN 15566, EN 16019, TSI WAG, TSI LOC&PAS) щодо поглинальних апаратів, визначено їхні конструктивні та функціональні особливості, а також співставлено вимоги європейських та українських стандартів. Розглянуто фізичні принципи енергопоглинання, математичні моделі визначення енергоємності, силові характеристики різних типів апаратів та їхню роботу під час динамічних взаємодій у поїздах. Проведено порівняльну оцінку ефективності фрикційних, гідравлічних, комбінованих, еластомерних та аварійних енергопоглиначів (crash-elements) для вантажних і пасажирських вагонів. На основі експериментальних даних побудовано силові характеристики, графіки енергопоглинання та визначено параметри, що визначають рівень ефективності та безпечності роботи апаратів. Окрему увагу приділено критеріям сертифікації відповідно до європейських стандартів та можливостям адаптації українських конструкцій під вимоги TSI. Метою магістерської роботи є комплексна оцінка енергоємності та ефективності роботи поглинальних апаратів залізничного рухомого складу різних типів, встановлення відповідності їхніх характеристик вимогам європейських стандартів та розроблення рекомендацій щодо підвищення рівня безпеки та інтероперабельності. Об’єктом дослідження є системи поглинання енергії поздовжніх ударних навантажень (поглинальні апарати та інші пристроїй системи) у зчепленому залізничному рухомому складі. Предметом дослідження є конструктивні, силові та енергетичні характеристики поглинальних апаратів різних типів (фрикційних, гідравлічних, комбінованих, еластомерних та аварійних елементів) у контексті їх відповідності вимогам стандартів ЄС. Основні результати та новизна привиконанні роботи: • проаналізовано європейські стандарти щодо буферів, поглинальних апаратів та систем зчеплення; • описано методику оцінки енергоємності й ефективності ПА; • побудовано силові характеристики F–s для різних типів апаратів; • виконано порівняння роботи ПА у вантажних і пасажирських вагонах; • проаналізовано можливість адаптації українських конструкцій до вимог TSI; • запропоновано напрями підвищення енергоємності та стабільності роботи ПА. Отримані результати мають прикладне значення для підприємств вагонобудування, деповського ремонту та модернізації рухомого складу, а також для розробників нових систем автоматичної зчіпки.The master’s thesis is devoted to the study of the energy capacity and operational efficiency of absorbing devices (AD) used in railway rolling stock, in accordance with the requirements of the European Union standards and safety regulations. The relevance of the research topic is determined by the rapid development of European transport corridors, the need to increase traffic safety, reduce longitudinal dynamic loads in trains, as well as the necessity to harmonize domestic technical requirements with EU standards to ensure interoperability of rolling stock. The thesis analyzes the EU regulatory documentation (EN 15551, EN 15566, EN 16019, TSI WAG, TSI LOC&PAS) governing absorbing devices, identifies their structural and functional features, and compares the requirements of European and Ukrainian standards. The physical principles of energy absorption, mathematical models for determining energy capacity, force–stroke characteristics of various types of absorbing devices, and their behavior under dynamic interactions in trains are examined. A comparative evaluation of the effectiveness of friction, hydraulic, combined, elastomer-based, and crash-energy absorbing devices for freight and passenger rolling stock has been performed. Based on experimental data, force–stroke diagrams, energy absorption graphs, and key parameters determining the efficiency and safety of AD operation were developed. Special attention is given to certification criteria according to European standards and the possibilities of adapting Ukrainian designs to TSI requirements. The aim of the master’s thesis is a comprehensive assessment of the energy capacity and operational efficiency of various types of railway absorbing devices, determination of the degree of their compliance with EU standards, and development of recommendations for improving safety and interoperability. The object of the research is the energy absorption systems of longitudinal impact loads (absorbing devices and related components) in coupled railway rolling stock. The subject of the research is the structural, force, and energy characteristics of absorbing devices of different types (friction, hydraulic, combined, elastomer-based, and crash elements) in the context of their compliance with EU requirements. The main results and scientific novelty of the work include: • analysis of European standards related to buffers, absorbing devices, and coupling systems; • development of a methodology for evaluating the energy capacity and efficiency of AD; • construction of force–stroke characteristics (F–s curves) for various types of devices; • comparative assessment of AD performance in freight and passenger rolling stock; • evaluation of the potential for adapting Ukrainian designs to TSI requirements; • development of recommendations for improving energy capacity and operational stability of AD. The results obtained have practical significance for rolling stock manufacturers, depot repair enterprises, rolling stock modernization programs, and developers of new automatic coupling systems.