Основные положения концепции пассивной защиты скоростного пассажирского поезда при аварийных столкновениях
Выполнен анализ существующих концепций пассивной безопасности пассажирских поездов, разработанных с учетом требований европейского стандарта ЕN 15227 и американского стандарта AAR S-580. Виконано аналіз існуючих концепцій пасивної безпеки пасажирських поїздів, розроблених з урахуванням вимог європей...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Техническая механика |
|---|---|
| Datum: | 2015 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
2015
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88523 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Основные положения концепции пассивной защиты скоростного пассажирского поезда при аварийных столкновениях / М.Б. Соболевская, С.А. Сирота // Техническая механика. — 2015. — № 1. — С. 84-96. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-88523 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Соболевская, М.Б. Сирота, С.А. 2015-11-16T12:08:11Z 2015-11-16T12:08:11Z 2015 Основные положения концепции пассивной защиты скоростного пассажирского поезда при аварийных столкновениях / М.Б. Соболевская, С.А. Сирота // Техническая механика. — 2015. — № 1. — С. 84-96. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. 1561-9184 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88523 [531.3+539.4]:629.4 Выполнен анализ существующих концепций пассивной безопасности пассажирских поездов, разработанных с учетом требований европейского стандарта ЕN 15227 и американского стандарта AAR S-580. Виконано аналіз існуючих концепцій пасивної безпеки пасажирських поїздів, розроблених з урахуванням вимог європейського стандарту ЕN 15227 і американського стандарту AAR S-580. The existing concepts of a passive protection of passenger trains are analyzed considering requirements of the European Standard EN 15227 and the American Standard AAR S-580. ru Інститут технічної механіки НАН України і НКА України Техническая механика Основные положения концепции пассивной защиты скоростного пассажирского поезда при аварийных столкновениях Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Основные положения концепции пассивной защиты скоростного пассажирского поезда при аварийных столкновениях |
| spellingShingle |
Основные положения концепции пассивной защиты скоростного пассажирского поезда при аварийных столкновениях Соболевская, М.Б. Сирота, С.А. |
| title_short |
Основные положения концепции пассивной защиты скоростного пассажирского поезда при аварийных столкновениях |
| title_full |
Основные положения концепции пассивной защиты скоростного пассажирского поезда при аварийных столкновениях |
| title_fullStr |
Основные положения концепции пассивной защиты скоростного пассажирского поезда при аварийных столкновениях |
| title_full_unstemmed |
Основные положения концепции пассивной защиты скоростного пассажирского поезда при аварийных столкновениях |
| title_sort |
основные положения концепции пассивной защиты скоростного пассажирского поезда при аварийных столкновениях |
| author |
Соболевская, М.Б. Сирота, С.А. |
| author_facet |
Соболевская, М.Б. Сирота, С.А. |
| publishDate |
2015 |
| language |
Russian |
| container_title |
Техническая механика |
| publisher |
Інститут технічної механіки НАН України і НКА України |
| format |
Article |
| description |
Выполнен анализ существующих концепций пассивной безопасности пассажирских поездов, разработанных с учетом требований европейского стандарта ЕN 15227 и американского стандарта AAR S-580.
Виконано аналіз існуючих концепцій пасивної безпеки пасажирських поїздів, розроблених з урахуванням вимог європейського стандарту ЕN 15227 і американського стандарту AAR S-580.
The existing concepts of a passive protection of passenger trains are analyzed considering requirements of the European Standard EN 15227 and the American Standard AAR S-580.
|
| issn |
1561-9184 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88523 |
| citation_txt |
Основные положения концепции пассивной защиты скоростного пассажирского поезда при аварийных столкновениях / М.Б. Соболевская, С.А. Сирота // Техническая механика. — 2015. — № 1. — С. 84-96. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT sobolevskaâmb osnovnyepoloženiâkoncepciipassivnoizaŝityskorostnogopassažirskogopoezdapriavariinyhstolknoveniâh AT sirotasa osnovnyepoloženiâkoncepciipassivnoizaŝityskorostnogopassažirskogopoezdapriavariinyhstolknoveniâh |
| first_indexed |
2025-11-26T00:17:43Z |
| last_indexed |
2025-11-26T00:17:43Z |
| _version_ |
1850599302358892544 |
| fulltext |
84
УДК [531.3+539.4]:629.4
М. Б. СОБОЛЕВСКАЯ, С. А. СИРОТА
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ КОНЦЕПЦИИ ПАССИВНОЙ ЗАЩИТЫ
СКОРОСТНОГО ПАССАЖИРСКОГО ПОЕЗДА ПРИ АВАРИЙНЫХ
СТОЛКНОВЕНИЯХ
Выполнен анализ существующих концепций пассивной безопасности пассажирских поездов, разра-
ботанных с учетом требований европейского стандарта ЕN 15227 и американского стандарта AAR S-580.
Рассмотрены концептуальные схемы пассажирских поездов локомотивной тяги с системами пассивной
безопасности для случаев оборудования железнодорожных экипажей раздельными ударно-тяговыми
устройствами и автосцепными устройствами, которые могут сдвигаться назад при аварийном столкнове-
нии поезда с препятствием. Описана реализованная немецкой компанией EST Eisenbahn-Systemtechnik
GmbH концепция пассивной защиты пассажирского поезда для железных дорог Европы. Приведена кон-
цепция пассивной защиты пассажирского поезда локомотивной тяги для железных дорог США. Проведен
анализ существующих концепций пассивной защиты моторвагонного пассажирского поезда постоянного
формирования. Приведены различные технические решения ведущих мировых компаний, в частности
Bombardier Transportation, Alstom, Dellner, Voith Turbo Scharfenberg, Siemens. Рассмотрена концепция
пассивной защиты моторвагонного поезда SCRRA Metrolink для железных дорог США. Приведены кон-
цепции пассивной защиты электропоездов Desiro RUS (“Ласточка”) и ЭКр1, предназначенных для эксплу-
атации на железных дорогах с шириной колеи 1520 мм. На основе результатов анализа мирового опыта по
пассивной защите пассажирских поездов при аварийных столкновениях разработаны основные положения
концепции пассивной защиты скоростного пассажирского поезда, предназначенного для эксплуатации на
железных дорогах с шириной колеи 1520 мм.
Виконано аналіз існуючих концепцій пасивної безпеки пасажирських поїздів, розроблених з урахуван-
ням вимог європейського стандарту ЕN 15227 і американського стандарту AAR S-580. Розглянуто концептуа-
льні схеми пасажирських поїздів локомотивної тяги з системами пасивної безпеки для випадків обладнання
залізничних екіпажів роздільними ударно-тяговими пристроями та автозчепними пристроями, які можуть
зсуватися назад при аварійному зіткненні поїзда з перешкодою. Описана реалізована німецькою компанією
EST Eisenbahn-Systemtechnik GmbH концепція пасивного захисту пасажирського поїзда для залізниць Європи.
Наведено концепцію пасивного захисту пасажирського поїзда локомотивної тяги для залізниць США. Прове-
дено аналіз існуючих концепцій пасивного захисту моторвагонного пасажирського поїзда постійного форму-
вання. Наведено різні технічні рішення провідних світових компаній, зокрема Bombardier Transportation,
Alstom, Dellner, Voith Turbo Scharfenberg, Siemens. Розглянуто концепцію пасивного захисту моторвагонного
поїзда SCRRA Metrolink для залізниць США. Наведено концепції пасивного захисту електропоїздів Desiro
RUS (“Ластівка”) та ЕКр1, призначених для експлуатації на залізницях з шириною колії 1520 мм. На основі
результатів аналізу світового досвіду з пасивного захисту пасажирських поїздів при аварійних зіткненнях
розроблено основні положення концепції пасивного захисту швидкісного пасажирського поїзда, призначено-
го для експлуатації на залізницях з шириною колії 1520 мм.
The existing concepts of a passive protection of passenger trains are analyzed considering requirements of
the European Standard EN 15227 and the American Standard AAR S-580. Conceptual schemes of passenger
trains of locomotive traction with passive safety systems are considered for the equipment of railway vehicles with
separate impact-traction devices and automatic coupler drawbars, which can move back at emergency collisions
with an obstacle. A concept of the German company EST Eisenbahn-Systemtechnik GmbH for a passive protec-
tion of the passenger train operating on European railways is described. A concept of a passive protection of the
passenger train of locomotive traction for US railways is considered. The existing concepts of a passive protection
of a diesel passenger train of constant forming are analyzed. Different technical designs of the leading world com-
panies, including Bombardier Transportation, Alstom, Dellner, Voith, Turbo Scharfenberg, Siemens, are present-
ed. A design of a passive protection of the SCRRA Metrolink diesel train for US railways is examined. Designs of
a passive protection of electric trains Desiro RUS (“ Swallow”) and EKr1 operating on railways with 1520 mm
gauge are given. Based on the results of world experience in a passive protection of passenger trains at emergency
collisions, the basic concepts of a passive protection of a high-speed train operating on railways with 1520 mm gauge
are developed.
Ключевые слова: Система пассивной безопасности, пассажирский по-
движной состав, аварийное столкновение.
Введение. Современные тенденции развития железнодорожного транс-
порта на пространстве колеи 1520 мм направлены на обновление подвижного
состава, повышение скорости перевозок, внедрение скоростного пассажир-
ского движения, ориентацию на европейские стандарты. В странах ЕС с
Соболевская М. Б., Сирота С. А., 2015
Техн. механика. – 2015. – № 1.
85
2008 г. при разработке новых конструкций железнодорожного подвижного
состава руководствуются требованиями стандарта EN 12663 [1] по статиче-
ской прочности, стандарта EN 15227 [2] по пассивной безопасности при ава-
рийных столкновениях согласно четырем тестовым сценариям, а также тре-
бованиями технической спецификации TSI [3] по эксплуатационной совме-
стимости железнодорожных экипажей.
Разработка конструкций пассажирского подвижного состава (ПС) нового
поколения для железных дорог с шириной колеи 1520 мм должна опираться
на прогрессивные научно-технические решения и учитывать опыт ведущих
мировых компаний, которые изначально встраивают системы пассивной без-
опасности (СПБ) в конструкции ПС. При аварийном столкновении поезда с
препятствием СПБ без участия машиниста позволяют уменьшить возникаю-
щие при ударе продольные усилия и ускорения в результате пластического
деформирования и разрушения специальных устройств поглощения энергии
(УПЭ). В странах ЕС СПБ интегрируются в конструкции экипажей всех
вновь проектируемых пассажирских поездов локомотивной тяги с прицеп-
ными вагонами и моторвагонного подвижного состава. В настоящее время на
пространстве колеи 1520 мм разрабатывается Межгосударственный стандарт,
регламентирующий пассивную безопасность пассажирского ПС с учетом ев-
ропейского опыта и отличительных особенностей в конструкциях железно-
дорожных экипажей, а также статистики аварийных столкновений. При этом
требования по эксплуатационной прочности конструкций пассажирского ПС
и его безопасности при столкновениях на колее 1520 мм должны быть гар-
монизированы с требованиями соответствующих европейских стандартов
EN 12663 и EN 15227.
В данной статье приведены результаты анализа существующих концеп-
ций пассивной безопасности пассажирских поездов, разработанных с учетом
требований европейского стандарта ЕN 15227 [1] и американского стандарта
AAR S-580 [4].
Концепции пассивной защиты поезда локомотивной тяги. Отличи-
тельными особенностями европейского локомотива с СПБ являются установ-
ленные в концевых частях рамы кузова деформируемые системы с противо-
подъемными устройствами, жертвенная зона и зона безопасности в кон-
струкции каркаса кабины машиниста, несущая конструкция кузова. Дефор-
мируемые системы локомотива состоят из крэш-буферов и расположенных за
ними крэш-элементов коробчатого или трубчатого типа. При аварийном
столкновении происходит разрыв, срезание или развальцовка крэш-буферов
и пластическое деформирование крэш-элементов. Концевые части промежу-
точных прицепных вагонов оборудуются крэш-буферами и противоподъем-
ными устройствами. В конструкциях европейских пассажирских вагонов
жертвенные зоны не предусматриваются. Пассивная защита большинства
пассажирских поездов локомотивной тяги, оборудованных раздельными
ударно-тяговыми устройствами (винтовыми стяжками), организована следу-
ющим образом. При аварийном столкновении основная часть энергии по-
глощается в результате срабатывания в заранее предусмотренной последова-
тельности деформируемых систем локомотива и пластического деформиро-
вания элементов жертвенной зоны каркаса кабины машиниста. Остальная
часть энергии столкновения поглощается в результате работы крэш-буферов
на промежуточных прицепных вагонах.
86
Наглядным примером реализованной концепции пассивной защиты пас-
сажирского поезда локомотивной тяги для железных дорог Европы является
техническое решение немецкой компании EST Eisenbahn-Systemtechnik
GmbH [5] для пассажирского поезда Inter city. Схема этого поезда с СПБ
приведена на рис. 1.
Рис. 1 – Схема европейского пассажирского поезда Inter city с СПБ
(EST Eisenbahn-Systemtechnik GmbH)
Согласно рис. 1, в концевых частях локомотива установлены две дефор-
мируемые системы G1.A1 энергоемкостю 0,85 МДж, а концевые части пас-
сажирских вагонов оборудуются двумя крэш-буферами R1 с энергоемкостью
0,35 МДж.
Концепция пассивной защиты пассажирского поезда локомотивной тяги
для железных дорог США [6] в соответствии с требованиями США по пас-
сивной безопасности [4] предполагает оборудование локомотива и вагонов
сдвигаемыми автосцепными устройствами (push-back coupler). Поскольку
конструкция автосцепного устройства СА-3 создавалась на основе конструк-
ции американского автосцепного устройства, опыт разработки push-back
coupler и ее применения в СПБ экипажей пассажирского поезда может быть
использован для создания сдвигаемого автосцепного устройства СА-3 и ор-
ганизации пассивной защиты подвижного состава колеи 1520 мм. При ава-
рийном столкновении push-back coupler и противоподъемные устройства
обеспечивают работу УПЭ, расположенных в концевых частях локомотива,
жертвенных зон (Crush Zone) в кабинах машиниста и в концевых частях про-
межуточных вагонов (рис. 2).
Рис. 2 – Схема поезда локомотивной тяги с СПБ для железных дорог США
Концепции пассивной защиты моторвагонного поезда. Пассивная за-
щита пассажирских электропоездов и дизель-поездов постоянного формиро-
вания с головными вагонами организована таким образом, что основную
часть энергии аварийного столкновения поглощают жертвенные элементы,
установленные на головных вагонах. Передняя часть головного вагона обо-
рудуется облегченной сцепкой и многоуровневой системой жертвенных эле-
ментов, которые, как правило, вынесены за пределы кабины машиниста.
Сцепка необходима для выполнения маневренных работ, но практически не
используется в штатном режиме движения поезда. Каркас кабины с пультом
управления является усиленной зоной безопасности для выживания и эвакуа-
87
ции машиниста при аварийном столкновении. Промежуточные вагоны элек-
тропоездов и дизель-поездов постоянного формирования оборудуются сцеп-
ными и противоподъемными устройствами, в том числе содержащими энер-
гопоглощающие элементы. Такой подход позволяет обеспечить совместную
работу всех элементов СПБ указанных поездов, которые при аварийных
столкновениях с препятствиями воспринимают удар как единый достаточно
жесткий стержень с деформируемыми концевыми частями.
Концепцию пассивной защиты электропоезда с раздельными ударно-
тяговыми устройствами, которую можно считать базовой, рассмотрим на
примере четырехвагонного сочлененного пригородного электропоезда серии
422, состоящего из двух головных и двух промежуточных вагонов (рис. 3).
Рис. 3 – Пассажирский электропоезд серии 422 с СПБ
Электропоезд постоянного формирования серии 422 [7, 8], созданный
консорциумом компаний Alstom и Bombardier Transportation, предназначен
для эксплуатации на железных дорогах Германии со скоростью 140 км/ч.
Концепция его защиты при аварийных столкновениях предполагает, что
практически все энергопоглощение обеспечивается за счет системы пассив-
ной безопасности концевых вагонов. Сочлененные промежуточные вагоны
(под узлами соединения расположены тележки Якобса) позволяют организо-
вать работу поезда как единого целого, обеспечить его устойчивое положе-
ние на рельсах, препятствуют сходу и наползанию вагонов друг на друга. По-
езд оборудуется автосцепками Scharfenberg тип 10 с интегрированными в них
энергопоглощающими элементами, которые срабатывают при аварийном
столкновении, когда сцепка отводится назад. Концевые вагоны оснащаются
двухуровневой системой коробчатых жертвенных элементов.
Первый уровень (основные элементы) включает два стальных УПЭ, рас-
положенных на уровне буферов, а второй уровень (вспомогательные элемен-
ты) – два УПЭ из алюминиевого сплава, установленных на лобовой подокон-
ной части. УПЭ первого уровня снабжены противоподъемными устройства-
ми. Цельносварные конструкции каркасов кузовов головных и промежуточ-
ных вагонов выполнены из алюминиевых экструдированных профилей, соот-
ветствуют по прочности стандарту EN 12663 и обеспечивают возможность
работы СПБ при аварийных столкновениях. Стальные лобовые части конце-
вых вагонов с помощью кольцевого шпангоута состыкованы с основной кон-
струкцией алюминиевого каркаса.
88
Концептуальная [8] силовая характеристика (зависимость контактной силы
Fs от перемещения d) при лобовом столкновении двух идентичных электропо-
ездов серии 422 приведена на рис. 4. При столкновении по этому сценарию
вначале работает гидравлический поглощающий аппарат автосцепки (сила за-
крытия 1000 кН при сжатии на 80 мм). Далее происходит необратимая дефор-
мация энергопоглощающего элемента, интегрированного в автосцепку, и кон-
тактная сила снижается до 750 кН. При перемещении d = 750 мм в работу
включаются два УПЭ первого уровня. Сила Fs возрастает до 2500 кН. При пе-
ремещении d = 955 мм начинают работать два УПЭ второго уровня, сила Fs
возрастает до 2900 кН. Общее перемещение при деформации всех элементов
СПБ на концевой части головного вагона составляет 1100 мм. При этом гасится
до 2,65 МДж энергии. Данная концепция получила дальнейшее развитие при
создании электропоездов Bombardier Transportation нового поколения [9, 10], в
частности электропоездов Spacium 3.06 [11], Talent 2 [12], Francilien [13].
Рис. 4 – Концептуальная зависимость контактной силы Fs от перемещения d при
лобовом столкновении двух идентичных электропоездов серии 422
Системный подход при решении вопроса пассивной безопасности мото-
рвагонных поездов использует компания Dellner (Швеция) [14]. Она является
одним из признанных мировых лидеров-поставщиков инновационных систем
соединения единиц железнодорожного подвижного состава. Элементы
межвагонных соединений и СПБ Dellner показаны на рис. 5.
Рис. 5 – Элементы межвагонных соединений и СПБ Dellner
89
Концептуальная схема электропоезда с СПБ Dellner приведена на рис. 6.
Рис. 6 – Концептуальная схема электропоезда с СПБ Dellner
Разработанная компанией Dellner концепция пассивной защиты поезда
основана на контролируемом поэтапном поглощении энергии удара. Вначале
срабатывают УПЭ сцепного устройства головного вагона, и в результате раз-
вальцовки трубчатого элемента, расположенного в концевой части сцепки,
поглощается небольшая часть энергии. При этом сцепное устройство голов-
ного вагона сдвигается назад, позволяя расположенным в концевой части го-
ловного вагона поезда сотовым жертвенным элементам Dellner D-BOX по-
глотить основную часть энергии столкновения. В процессе пластической де-
формации элементов Dellner D-BOX происходят изменения в межвагонных
соединениях. Нижние сцепные устройства, работающие при эксплуатацион-
ных режимах движения поезда, в результате разрушения болтовых соедине-
ний прекращают работу, а соединение вагонов осуществляется за счет верх-
них противоподъемных устройств с энергопоголощающими элементами.
Несомненный интерес представляет концепция пассивной защиты поезда
SCRRA Metrolink (Калифорния) [15, 16] (рис. 7). В поезде, изготовленном
компанией Hyundai Rotem, использованы элементы пассивной безопасности,
разработанные компанией Voith Turbo Scharfenberg. Комплексная система
защиты при столкновениях соответствует новым требованиям по безопасно-
сти Федеральной ассоциации железных дорог США. Несущие кузова вагонов
поезда выполнены из высокопрочной стали. СПБ поезда включает:
сдвигаемые автосцепные устройства (рush-back coupler);
энергопоглощающие элементы в виде деформируемых труб, интегри-
рованные в конструкцию сцепок;
противоподъемные устройства;
жертвенные зоны с двухступенчатой системой боковых энергопогло-
щающих элементов в концевых частях головных вагонов;
жертвенные зоны в концевых частях промежуточных вагонов.
90
Немецкая компания Siemens разработала концепцию пассивной защиты
электропоезда Desiro RUS (“Ласточка”) (рис. 8), предназначенного для экс-
плуатации со скоростью до 160 км/ч на железных дорогах России.
а) б)
в) г)
д) е)
а) – общий вид поезда SCRRA Metrolink;
б) – фрагмент испытаний головного вагона с элементами СПБ;
в) – схема СПБ головного вагона (вид спереди);
г) – схема СПБ головного вагона (вид снизу);
д) – схема СПБ промежеточного вагона;
е) – сдвигаемые автосцепные устройства (рush-back coupler)
Рис. 7 – Элементы пассивной защиты поезда SCRRA Metrolink
91
Рис. 8 – Электропоезд Desiro RUS (“Ласточка”) с СПБ
При этом использован опыт создания поезда Desiro ML для железных
дорог Германии, а также электропоезда “Сапсан” (Velaro RUS) для России.
Электропоезд Desiro RUS, как и Desiro ML, имеет пятивагонное исполнение,
позволяющее включать в состав дополнительный шестой вагон. Цельноне-
сущий каркас кузова вагона изготовлен из закрытых алюминиевых экструди-
рованных профилей. Лобовая подоконная стенка кабины машиниста выпол-
нена из стали и оснащена стальными крэш-модулями, поглощающими энер-
гию удара при столкновении [17, 18, 19, 20]. В аварийной ситуации при
определенной силе удара сцепка срезается и уходит под вагон, далее вступа-
ет в работу основной крэш-модуль, оснащенный противоподъемным устрой-
ством. Примененные на электропоездах Desiro RUS крэш-модули являются
новой разработкой компании Siemens. Конфигурация крэш-модуля специаль-
но адаптирована для возможных столкновений электропоезда Desiro RUS с
безбуферным подвижным составом российского производства, оснащенным
автосцепкой СА-3. Предусмотрено также поглощение энергии соударения в
межвагонных безазорных сцепных устройствах (БСУ). Деформируемые эле-
менты в сочетании с противоподъемными устройствами и БСУ позволяют в
аварийной ситуации предотвратить сход электропоезда и обеспечить защиту
пассажиров и поездной бригады.
В 2013 г. в Украине ПАО “Крюковский вагоностроительный завод” со-
здан первый электропоезд ЭКр1 с СПБ [21, 22, 23], разработка которой вы-
полнялась совместно с польской компанией IC engeniring [24]. Поезд состоит
из 7 прицепных и 2 головных моторных вагонов (рис. 9).
Рис. 9 – Электропоезд ЭКр1 с СПБ
92
Конструкционная скорость его движения 160 км/ч. Головной вагон элек-
тропоезда оборудован автосцепным устройством СА-3, которое при аварий-
ном столкновении сдвигается назад в подвагонное пространство. Межвагон-
ные соединения электропоезда оборудованы БСУ. Кузов вагона имеет несу-
щую конструкцию из нержавеющей стали. Трехступенчатая система пассив-
ной безопасности включает коробчатые стальные крэш-элементы, располо-
женные на уровне буферного бруса, 2 элемента на уровне пола кабины и 5
элементов на уровне подоконного бруса (рис. 10).
Рис. 10 – Элементы СПБ головного вагона электропоезда ЭКр1
Основные положения разработанной концепции пассивной защиты
пассажирского поезда для железных дорог с шириной колеи 1520 мм. В
результате изучения анализа мирового опыта по пассивной защите пассажир-
ских поездов различного назначения, нормативной базы по данной проблеме
[23, 92, 119] и реализованных концепций пассивной защиты подвижного со-
става при аварийных столкновениях с препятствием разработаны следующие
основные положения концепции пассивной защиты пассажирского поезда
для железных дорог с шириной колеи 1520 мм.
1. Системы пассивной безопасности должны интегрироваться в кон-
струкции экипажей всех вновь проектируемых пассажирских поездов локо-
мотивной тяги с прицепными вагонами и моторвагонного подвижного соста-
ва (МВПС), в частности электропоездов и дизель-поездов.
2. Конструкции пассажирского ПС должны соответствовать новым тре-
бованиям по статической прочности и по безопасности при аварийных
столкновениях. Эти требования должны быть гармонизированы (но не
уменьшены) с требованиями соответствующих европейских стандартов EN
12663 и EN 15227.
3. Система пассивной безопасности должна обеспечить защиту пасса-
жиров и персонала при тестовых сценариях столкновений, соответствующих
наиболее вероятным случаям аварийных столкновений поездов с препятстви-
ем на железных дорогах. При аварийных столкновениях, условия которых
отличаются от условий тестовых сценариев столкновений, СПБ способствует
смягчению последствий этого столкновения. В качестве тестовых сценариев
целесообразно использовать сценарии EN 15227, которые достаточно адек-
93
ватно характеризуют условия наиболее вероятных столкновений как на колее
шириной 1425 мм, так и на колее 1520 мм. При этом необходима доработка
моделей препятствий в тестовых сценариях столкновений для корректного
учета работы сдвигаемого автосцепного устройства.
4. СПБ поезда должна включать:
сдвигаемые автосцепные устройства, которые в случае аварийного
столкновения при превышении осевыми силами, приложенными к устрой-
ству, заданного граничного значения, сдвигаются назад или в ином направ-
лении и позволяют обеспечить работу противоподъемных устройств и УПЭ в
аварийной ситуации;
противоподъемные устройства для защиты от наползания вагонов друг
на друга при аварийном столкновении или соответствующие технические
решения данной проблемы;
многоступенчатую и многоуровневую систему УПЭ;
путеочистители в лобовых частях локомотивов и головных вагонов.
В состав СПБ ПС, кроме перечисленных, могут входить и другие устрой-
ства и технические решения, снижающие риски для пассажиров и персонала
поезда при аварийных столкновениях.
5. Сдвигаемое автосцепное устройство должно обеспечивать выполне-
ние функций штатного автосцепного устройства. При маневровых столкно-
вениях сдвигаемое автосцепное устройство работает в штатном режиме –
энергопоглощение происходит за счет работы поглощающих аппаратов. Ра-
бота триггерного механизма сдвигаемого автосцепного устройства может
осуществляться либо путем развальцовки деформируемой трубы, устанавли-
ваемой за автосцепкой, либо путем срезания болтов, с помощью которых
сцепка на салазках крепится к раме, когда уровень сжимающих сил в межва-
гонных соединениях превышает допускаемое значение. Задвигаясь, сдвигае-
мое автосцепное устройство должно позволять сомкнуться концевым рамам
и обеспечить контакт и работу энергопоглощающих и противоподъемных
устройств, интегрированных в концевые части экипажей. При смещении ав-
тосцепного устройства энергия удара должна поглощаться контролируемым
способом по заранее предписанной схеме. До исчерпания полного хода сдви-
гаемого автосцепного устройства не должно быть необратимой деформации
несущей конструкции экипажа. Сдвигаемое автосцепное устройство должно
выдерживать минимальную тяговую нагрузку после смещения его в подва-
гонное пространство, что позволит предотвратить нежелательное расцепле-
ние вагонов во время столкновения.
6. В конструкции рамы железнодорожного экипажа должно быть преду-
смотрено подвагонное пространство для увода автосцепного устройства в
аварийной ситуации. Конструкция рамы должна выдерживать нагрузки от
работы сдвигаемого автосцепного устройства и противоподъемных
устройств без остаточных деформаций.
7. Противоподъемные устройства должны устанавливаться в лобовых
частях пассажирских локомотивов и головных вагонах, а также в межвагон-
ном пространстве. Противоподъемные устройства могут представлять собой
как самостоятельные конструкции, так и совмещенные с энергопоглощаю-
щими элементами.
8. УПЭ должны размещаться:
у локомотивов – в концевых частях локомотивов;
94
на МВПС – на лобовых частях головных вагонов МВПС и, при необхо-
димости, между вагонами МВПС;
на пассажирских вагонах (при необходимости оборудования пассажир-
ских вагонов УПЭ) – в консольных частях пассажирских вагонов.
9. При аварийных столкновениях согласно выбранным сценариям
должна быть обеспечена следующая очередность срабатывания УПЭ:
разрушаемые элементы автосцепных устройств в передней части локо-
мотива или головного вагона;
УПЭ и жертвенные зоны, размещенные в передней части локомотива
или головного вагона;
УПЭ, размещенные в межвагонных соединениях;
жертвенные зоны в концевых частях вагонов (если они есть).
10. Энергия столкновения должна быть погашена в результате совмест-
ных действий всех УПЭ, задействованных в поглощении энергии при ава-
рийном столкновении по каждому из сценариев столкновений. Планирование
распределения суммарной энергоемкости между отдельными УПЭ должно
быть выполнено так, чтобы не менее 32 суммарной энергоемкости прихо-
дилось на УПЭ, размещенные в концевых частях поезда. У локомотива УПЭ
должны быть размещены в каждой его концевой части, у МВПС – на лобо-
вых частях головных единиц с двух сторон состава. При этом целесообразно
использовать максимально возможную по конструктивным условиям длину
пространства, выделенного для установки УПЭ.
11. При тестовых сценариях столкновений СПБ ПС должна обеспечивать
среднее значение продольного ускорения единиц подвижного состава не бо-
лее 5 g по абсолютной величине. Среднее значение продольного ускорения
определяется как отношение изменения скорости на указанном интервале
времени к величине данного интервала времени.
12. При тестовых сценариях аварийных столкновений СПБ ПС не должна
допускать появления остаточных деформаций кузова в продольном направ-
лении более 50 мм на каждые 5 м длины кузова и изменения линейных раз-
меров по диагоналям дверных и оконных проемов более 1 % от исходных
размеров. Допускаются пластические деформации отдельных элементов не-
сущей конструкции кузова единицы ПС, не приводящие к потере кузовом
общей несущей способности.
13. Кабина машиниста локомотива нового поколения должна содержать
антипроникающую лобовую стенку, жертвенную зону в передней части и
зону безопасности в задней части. Если позволяют габаритные ограничения,
целесообразно организовать последовательную работу основных УПЭ, уста-
новленных в концевой части рамы локомотива и жертвенной зоны кабины с
целью снижения продольных усилий на раму и кузов локомотива при ава-
рийных столкновениях.
14. При создании перспективных конструкций кабин машиниста голов-
ных вагонов МВПС целесообразно использовать комплексный подход, соче-
тающий традиционные решения, новые структурные элементы и систему
УПЭ с инновационными технологиями на основе композитных материалов.
Новая кабина машиниста должна содержать антипроникающую лобовую
стенку и зону безопасности для выживания и эвакуации при аварийном
столкновении. УПЭ целесообразно выносить за пределы кабины машиниста.
При этом основные энергопоглощающие элементы располагать на уровне
95
сцепного устройства для защиты при столкновениях с железнодорожным ПС,
а в лобовой подоконной части кабины машиниста располагать УПЭ, предна-
значенные для защиты при столкновениях с крупногабаритным препятствием
на переезде. Конечный результат – законченная модульная конструкция ка-
бины, которая имеет малый вес, универсальна в применении и может быть
легко интегрирована в самые различные проекты.
15. Для организации зоны безопасности кабины машиниста, исключения
ее смятия при столкновении с крупногабаритным препятствием необходимо,
чтобы конструкция кабины удовлетворяла требованиям по прочности не
меньшим, чем предлагает стандарт EN 12663. Для того чтобы удовлетворить
этим требованиям, кузов локомотива необходимо изготавливать цельноне-
сущим, когда рама, боковые стены и крыша работают как одно целое. Такой
кузов позволяет уменьшить общий вес локомотива. Кроме того, представля-
ется целесообразным использовать в конструкциях кузовов экструдирован-
ные профили из алюминиевых сплавов и композитных материалов.
Выводы. Выполнен анализ существующих концепций пассивной защи-
ты пассажирских поездов локомотивной тяги и моторвагонных поездов при
аварийных столкновениях с препятствием на железнодорожном пути. На ос-
нове изучения мирового опыта по данной проблеме разработаны основные
положения концепции пассивной защиты скоростных пассажирских поездов
различного назначения, предназначенных для эксплуатации на железных до-
рогах с шириной колеи 1520 мм.
1. EN 12663. Railway applications – Structural requirements of railway vehicle bodies. – Brussel : European
committee for standardization, 2000. – 18 p.
2. EN 15227. Railway applications – Crashworthmess requirements for railway vehicle bodies. – Brussel : Eu-
ropean committee for standardization, 2008. – 37 p.
3. Technical specification for interoperability relating to the rolling stock subsystem of the trans-European high-
speed rail system (Техническая спецификация по совместимости подвижного состава
трансъевропейской высокоскоростной железнодорожной системы) [Электронный ресурс]. – Режим
доступа : http://eurlex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2002:245:0402:0506:EN:PDF
4. Locomotive Crashworthiness Requirements : AAR S-580 Standard. – Association of American Railroads. –
2008. – 44 р.
5. The EST crash buffer (EST крэш буфер) [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.crash
buffer. com/index.htm.
6. Tyrell D. Overview of a Crash Energy Management Specification for Passenger Rail Equipment / D. Tyrell,
E. Martinez, K. Jacobsen, D. Parent, K. Severson, M. Priante, A. B. Perlman // American Society of Me-
chanical Engineers. – 2006. – № RC2006-94044. – Р. 38 – 48.
7. Новый электропоезд для железных дорог Германии // Железные дороги мира. – 2008. – № 9. – С. 48 – 55.
8. Bruggemann A. Электропоезд серии 422 / A. Bruggemann // Железные дороги мира. — 2010. – № 5. –
С. 37 – 49.
9. Bombardier Commuter and Regional Trains (Bombardier пригородные и региональные поезда) [Элек-
тронный ресурс]. – Режим доступа : http://www. bombardier.com/en/transportation/products-services/rail-
vehicles/commuter-and-regional-trains.html.
10. Бомбардье Транспортейшн: Создание конкурентного преимущества посредством международного
сотрудничества : Презентация для V Международной конференции “ОАО “Российские железные до-
роги” на рынке транспортных услуг : взаимодействие и партнерство” Москва, 28 ноября 2007 г.
[Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.businessdialog.ru/files/rtu-2007/sannikov.pdf.
11. Robinson M. Transport of de-light: the design and protoyping of a lightweight crashworthy rail vehicle driv-
er’s cab / M. Robinson, J. Carruthers, O’Neill C., Ingleton S., Grasso M. // Procedia - Social and Behavioral
Sciences 48. – 2012 – P. 672 – 681.
12. Электропоезд Talent 2 компании Bombardier // Железные дороги мира – 2009. – № 12. – С. 39 – 43.
13. Le Francilien Plate-forme de produits Spacium (Francilien платформа продуктов Spacium) [Электронный
ресурс]. – Режим доступа : https://transfer.bombardier.com/download/get/CBFXRL9F83lzyY4izbCo1M9
IMKYy9VdFql1eRCWTa2es7amFPo.
14. Dellner – Train connection systems couplers (Dellner – Железнодорожные автосцепные устройства)
[Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.dellner.se/Train_connection_systems_couplers.html.
http://eurlex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2002
http://www.crashbuffer.com/
http://www.crashbuffer.com/
https://transfer.bombardier.com/download/get/CBFXRL9F83lzyY4izb
http://www.dellner.se/Train_connection_systems_couplers.html
96
15. Jarboe G. General Vehicle Design Technologies / G. Jarboe // Presentations from the APTA Rail Conference
June 6-9, 2010 in Vancouver, British Columbia. – Vancouver : APTA. – 2010. – 21 p.
16. Обеспечение безопасности для изделий других производителей [Электронный ресурс]. – Режим до-
ступа : http://resource.voith.com/vt/publications/downloads/1994_r_g1712_rus_2013-03.pdf.
17. Циглер В. “Desiro rus” – перспективный электропоезд для пригородних перевозок в России / В. Циглер,
Р. Манглер // Локомотив. – 2012. – № 4. – С. 35 – 38.
18. Манглер Р. “Desiro rus” – перспективный электропоезд для пригородних перевозок в России /
Р. Манглер // Локомотив-информ. – 2012. – № 10. – С. 20 – 24.
19. Высокоскоростной поезд Velaro для России / А. Липп, Д. Йон, Р. Манглер и др. // Железные дороги
мира. – 2009. – № 1. – С. 36 – 50.
20. Технические особенности высокоскоростного поезда Velaro RUS / В.А. Гапанович, А.С. Назаров, А.Н.
Яговкин и др. // Техника железных дорог. – 2009. – № 1. – С. 37 – 49.
21. Игнатов Г. С. Межрегиональный двухсистемный электропоезд / Г. С. Игнатов // Локомотив-информ.
– 2012. – № 10. – С. 28 – 33.
22. Игнатов Г. С. Межрегиональный двухсистемный электропоезд / Г. С. Игнатов // Локомотив-информ.
– 2012. – № 11. – С. 54 – 58.
23. Игнатов Г. С. Межрегиональный двухсистемный электропоезд / Г. С. Игнатов // Локомотив-информ.
– 2012. – № 12. – С. 16 – 19.
24. IC engineering digital engineering solution (IC численные расчеты для технического решения) [Элек-
тронный ресурс]. – Режим доступа : http://www. icej.co.jp/en/digital/.
Институт технической механики Получено 01.12.14,
Национальной академии наук Украины и в окончательном варианте 22.01.15
Государственного космического агентства Украины,
Днепропетровск
http://resource.voith.com/vt/publications/downloads
|