Приоритетными задачами отечественного железнодорожного транспорта являются повышение скоростей движения поездов, обновление пассажирского подвижного состава, обеспечение его безопасной эксплуатации и пассивной защиты при аварийных столкновениях с препятствиями. В конструкции экипажей скоростного пассажирского поезда нового поколения должны быть интегрированы системы пассивной безопасности (СПБ), которые срабатывают в момент столкновения. В результате контролируемого деформирования входящих в состав СПБ устройств поглощения энергии (УПЭ) происходит снижение продольных усилий и ускорений, что позволяет сохранить жизни пассажиров и поездной бригады, уменьшить повреждения подвижного состава, минимизировать последствия аварии. В странах ЕС обязательное наличие СПБ регламентируется стандартом EN 15227. Аналогичный стандарт действует и в Украине, несмотря на существенные отличия в конструкциях сцепных устройств отечественного и европейского подвижного состава. В статье рассматривается задача создания научной базы для разработки СПБ экипажей отечественного скоростного пассажирского поезда при столкновениях, а также проблема определения факторов, влияющих на сход колес сталкивающихся экипажей с рельсов. Разработан алгоритм, научно-методическое обеспечение и конечно-элементные модели, которые могут быть использованы для выбора параметров конструкций УПЭ, что подтверждено результатами выполненного крэш-теста опытного образца УПЭ, созданного для локомотива. Разработана математическая модель для исследования динамики поездных составов с СПБ, для определения нагруженности конструкций экипажей в продольном и вертикальном направлениях, а также для оценки необходимого уровня энергоемкости УПЭ при отработке нормативных сценариев столкновений. В результате выполненного комплекса исследований разработаны конструкции УПЭ для тягового подвижного состава и прицепных вагонов. Отдельной проблемой при рассмотрении столкновения пассажирского поезда с преградой является определение факторов, приводящих к сходу колесных пар локомотива и вагонов с рельсов. Такие исследования проведены с использованием разработанной математической модели пространственных колебаний движущегося поезда, локомотив которого оборудован системой пассивной безопасности и противоподъемными устройствами. При столкновении с преградой поезда, движущегося по реальному рельсовому пути с неровностями разного типа, возникают поперечные силы взаимодействия сталкивающихся экипажей. Это в свою очередь приводит к появлению поперечных сил взаимодействия их колес и рельсов, что оказывает существенное влияние на устойчивость колесных пар локомотива от схода с рельсов. Проведенные расчеты показали, что вероятность схода колес локомотива с рельсов тем больше, чем тяжелее экипаж-преграда, чем выше скорость движения поезда в момент столкновения и чем выше уровень неровностей рельсовой колеи. Результаты выполненных исследований могут быть использованы при проектировании скоростных пассажирских поездов нового поколения.

безопасность железнодорожного движения, столкновение пассажирского поезда с препятствием, система пассивной безопасности, устройство поглощения энергии, математическое моделирование, пространственные колебания, сход с рельсов

1. EN 15227. Railway applications – Crashworthiness requirements for railway vehicle bodies. Brussels, 2008. 37 p.

2. Каталог нормативних документів. URL: http://uas.org.ua/ua/natsionalniy-fond-normativnih-dokumentiv/katalog-normativnih-dokumentiv-2/ (Last accessed: 24.04.2018).

3. Соболевская М. Б., Сирота С. А. Основные положения концепции пассивной защиты скоростного пассажирского поезда при аварийных столкновениях. Техническая механика. 2015. № 1. С. 84–96.

4. Соболевская М. Б., Теличко И. Б., Сирота С. А., Хрущ И. К., Горобец. Д В., Клык Ю. А. Математиче-ское моделирование упругопластического деформирования энергопоглощающих элементов системы пассивной безопасности локомотива при аварийном столкновении с препятствием. Техническая меха-ника. 2010. № 4. С. 75–85.

5. Sobolevska M., Telychko I. Passive safety system of an electric locomotive for high-speed operation on the railways with 1520 mm gauge. Passive Safety 2013 – Passive Safety of Rail Vehicles and Safe Interiors. Pro-ceedings of the 9th International Symposium (21 – 22 February 2013, Berlin). Berlin, 2013. P. 63–80.

6. Sobolevska M., Telychko I. Рassive safety of high-speed passenger trains at accident collisions on 1520 mm gauge railways. Transport problems. 2017. V. 12. Issue 1. Р. 51–62.

7. Krieg R. D., Key S. W. Implementation of a time independent plasticity theory into structural computer pro-grams. Vol. 20 of Constitutive equations in viscoplasticity: computational and engineering aspects. New York: ASME, 1976. Р. 125–137.

8. Саймондс П. С. Динамика неупругих конструкций. М.: Мир, 1982. 224 с.

9. Cowper G. R., Symonds P. S. Strain Hardening and Strain Rate Effects in the Impact Loading of Cantilever Beams. Providence : Brown University, 1958. P. 46.

10. Оден Д. Конечные элементы в механике сплошных сред. М.: Мир, 1976. 464 с.

11. Соболевская М. Б., Горобец Д. В., Сирота С. А. Определение характеристик препятствий для норма-тивных сценариев столкновений пассажирских поездов. Техническая механика. 2018. № 2. С. 90–103.

12. Соболевская М. Б., Сирота С. А., Горобец. Д. В., Теличко И. Б. Натурные ударные испытания опытно-го образца устройства поглощения энергии, предназначенного для пассивной защиты локомотива при столкновениях. Техническая механика. 2016. № 2. С. 91–105.

13. Науменко Н. Е., Соболевская М. Б., Хижа И. Ю. Оценка динамической нагруженности эталонного поезда с системой пассивной безопасности при его столкновениях с идентичным составом и грузовым вагоном. Техническая механика. 2017. № 3. С. 72–83.

14. Науменко Н. Е., Соболевская М. Б., Горобец Д. В., Богомаз Е. Г. Разработка элементов пассивной защиты скоростных пассажирских локомотивов нового поколения при аварийных столкновениях на железных дорогах колеи 1520 мм. Техническая механика. 2017. № 1. С. 72–82.

15. Науменко Н. Е., Соболевская М. Б., Сирота С. А., Горобец Д. В. Разработка элементов пассивной защиты вагонов пассажирского поезда нового поколения для железных дорог колеи 1520 мм. Техни-ческая механика. 2017. № 2. С. 73–83.

16. Markova O., Kovtun H., Maliy V. Modelling train motion along arbitrary shaped track in transient regimes. IMechE Part F: J. Rail and Rapid Transit. 2015. № 229(1). P. 97–105.

17. Маркова O. М., Ковтун Е. Н., Малый В. В. Определение условий устойчивости локомотива от схода с рельсов при аварийных столкновениях. Техническая механика. № 2. 2018. С. 103–112.

Copyright (©) 2018 Науменко Н. Е., Соболевская М. Б., Горобец Д. В., Маркова О. М., Ков-тун Е. Н., Малый В. В., Хижа И. Ю.

Copyright © 2014-2018 Техническая механика