Комплексне дослідження плавності руху швидкісного рухомого складу залізниці в системі забезпечення безпеки руху

Abstract

Одним з критеріїв забезпечення безпеки руху швидкісного рухомого складу залізничного транспорту є забезпечення плавності руху. За показником плавності руху також визначаються динамічні показники вагону і комфортабельність руху. Комфортабельність руху визначається методом встановлення впливу прискорень та частот на пасажира [1, 2]. Відповідно до Національної транспортної стратегії України, на період до 2030 р., слід покращити якість надання транспортних послуг та підвищити швидкості руху рухомого складу залізниць. Однак при підвищенні швидкостей руху важливим є підвищення рівня безпеки залізничних перевезень [3] та плавності руху. Однак на сьогоднішній день рівень безпеки перевезень пасажирів та вантажів не відповідають сучасним вимогам європейських норм [4]. Для підвищення плавності та безпеки руху слід забезпечити оновлення рухомого складу із використанням пневматичних систем ресорного підвішування [5–17] та привести параметри рейкової колії до норм утримання. Одним із методів перевірки плавності руху є експериментальні випробування швидкісного рухомого складу в експлуатаційних умовах залізничної колії. Тому у магістерській кваліфікаційній роботі проведено експериментальні дослідження, щодо визначення плавності руху швидкісного дизель-поїзду в експлуатаційних умовах Львівської залізниці та його вплив на забезпечення безпеки руху. Об’єкт дослідження – швидкісний дизель-поїзда ДПКр-3 в експлуатаційних умовах залізничної колії. Предмет дослідження – плавність руху швидкісного дизель-поїзду. Мета дослідження – провести експериментальне дослідження плавності руху швидкісного дизель-поїзду ДПКр-3 в експлуатаційних умовах залізничної колії. За результатами кваліфікаційної роботи виконано такі задачі досліджень: -проведено аналіз чинників, які впливають на плавність руху швидкісного рухомого складу залізничного транспорту; -проведено експериментальні дослідження прискорень швидкісного дизель-поїзду в експлуатаційних умовах руху залізничної колії Львівської залізниці; -виконано розрахунок показника плавності руху швидкісного дизель-поїзду за критерієм розподілу середніх квадратичних значень прискорень у вертикальному та горизонтальному напрямах; -подано рекомендації із підвищення плавності руху швидкісного рухомого складу залізничного транспорту. Із аналізу науково-дослідної літератури встановлено, що на плавність руху швидкісного рухомого складу впливає сукупність конструктивних особливостей та технічного стану залізничної колії і рухомого складу. Встановлено, що плавність руху рухомого складу можна визначити за результатами запису прискорень коливань кузова вагону поїзду, а далі методом обробки виміряних експериментальних даних, використовуючи відому формулу для обчислення умовного показника плавності руху [2], можна провести оцінювання плавності руху швидкісного рухомого складу. Проведено експериментальні випробування із визначення прискорень під час коливання кузова вагону швидкісного дизель-поїзду ДПКр-3 в експлуатаційних умовах на Львівській залізниці. Встановлено, що при русі дизель-поїзду по безстиковій колії максимальна величина прискорень у поперечному напрямі кузова вагону склала 0,82 м/с2, у повздовжньому напрямі кузова вагону – 1,05 м/с2 та у вертикальному напрямі кузова вагону дизель-поїзду максимальна велична прискорень склала 1,21 м/с2. Проведені багатоваріантні експериментальні дослідження показали, що сучасний дизель-поїзд ДПКр-3 відповідає нормативним вимогам по забезпеченню плавності руху. Встановлено, що при швидкості руху дизель-поїзду 82 км/год показник плавності руху вагону у поперечному напрямі складає 1,32, у повздовжньому напрямі показник плавності руху складає 1,02 та у вертикальному напрямі показник плавності руху складає 1,3. Ці величини є меншими за допустиму граничну величину 3,25, що встановлюється нормативним документом [2]. На основі проведених досліджень у магістерській роботі встановлено, що для підвищення плавності руху швидкісних поїздів, а відповідно і безпеки руху необхідно модернізувати швидкісний рухомий склад шляхом застосування у другій ступені ресорного підвішування пневматичних систем. При цьому також слід залізничну колію утримувати у технічно-справному стані.

One of the criteria for ensuring the safety of high-speed railway rolling stock is the provision of ride smoothness. Ride smoothness is also used to determine the dynamic characteristics of a railway car and the level of ride comfort. Ride comfort is assessed by evaluating the impact of accelerations and frequencies on passengers [1, 2]. According to the National Transport Strategy of Ukraine for the period up to 2030, it is necessary to improve the quality of transport services and increase the operating speeds of railway rolling stock. However, when increasing travel speeds, it is important to enhance both the safety of railway transportation [3] and the ride smoothness. Currently, the level of passenger and freight transportation safety does not meet modern European standards [4]. To improve ride smoothness and transportation safety, it is necessary to modernize the rolling stock by implementing pneumatic suspension systems [5–17] and to bring the railway track parameters in line with maintenance standards. One of the methods for assessing ride smoothness is experimental testing of high-speed rolling stock under real operating railway conditions. Therefore, this master's qualification thesis presents experimental studies aimed at determining the ride smoothness of a high-speed diesel train under the operating conditions of the Lviv Railway and its impact on ensuring transportation safety. Object of the study – high-speed diesel train DPKr-3 under real operating railway conditions. Subject of the study – ride smoothness of the high-speed diesel train. Purpose of the study – to conduct an experimental study of the ride smoothness of the high-speed diesel train DPKr-3 under actual railway track operating conditions. Based on the results of the qualification work, the following research tasks were carried out: -an analysis of factors influencing the ride smoothness of high-speed railway rolling stock was performed; -experimental studies of the accelerations of the high-speed diesel train under the operating conditions of the Lviv Railway track were conducted; -the ride smoothness index of the high-speed diesel train was calculated based on the criterion of the distribution of root mean square (RMS) acceleration values in the vertical and horizontal directions; -recommendations were provided for improving the ride smoothness of high-speed railway rolling stock. The analysis of scientific research literature revealed that the ride smoothness of high-speed rolling stock is influenced by a combination of structural features and the technical condition of both the railway track and the high-speed rolling stock. It was determined that the ride smoothness of high-speed rolling stock can be evaluated based on the recorded accelerations of carbody vibrations and then, through the processing of measured experimental data using a known formula [2], a conditional ride smoothness index can be calculated. Experimental tests were conducted to determine the accelerations of the carbody vibrations of a high-speed diesel train under real operating conditions on the Lviv Railway. It was found that while running on a continuous welded track, the maximum acceleration of the carbody in the lateral direction was 0.82 m/s?, in the longitudinal direction – 1.05 m/s?, and in the vertical direction – 1.21 m/s?. Multiple experimental scenarios showed that the modern DPKr-3 diesel train meets regulatory requirements for ride smoothness. It was found that at a travel speed of 82 km/h, the ride smoothness index in the lateral direction was 1.32, in the longitudinal direction – 1.02, and in the vertical direction – 1.3. These values are lower than the permissible limit of 3.25, as specified by regulatory standards [2]. Based on the research conducted in this master's thesis, it was concluded that to improve ride smoothness and, consequently, transportation safety, it is necessary to modernize the high-speed rolling stock by implementing pneumatic systems in the secondary suspension stage. Additionally, the railway track must be maintained in technically sound condition.