veststuВестник Сибирского государственного университета путей сообщенияBulletin of Siberian State University of Transport1815-9265Сибирский государственный университет путей сообщения10.52170/1815-9265_2025_74_5veststu-153Research ArticleТРАНСПОРТTRANSPORTПрименение кадиоид II типа в плане железнодорожной трассыUsing type II cadioids in railway track designЧонкаА. В.ChonkaA. V.

Артем Викторович Чонка – аспирант

Екатеринбург

Artem V. Chonka – Postgraduate

Yekaterinburg

RayL-er@outlook.comПарахненкоИ. Л.ParakhnenkoI. L.

Инна Леонидовна Парахненко – кандидат технических наук, заведующая кафедрой «Путь и железнодорожное строительство»

Екатеринбург

Inna L. Parakhnenko – Candidate of Engineering, the Head of the Track and Railway Construction Department

Yekaterinburg

IParahnenko@usurt.ruУральский государственный университет путей сообщенияРоссияUral State University of Railway TransportRussian Federation20253006202502515Copyright © Чонка А.В., Парахненко И.Л., 20252025Чонка А.В., Парахненко И.Л.Chonka A.V., Parakhnenko I.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikstu.ru/jour/article/view/153

   Необходимость повышения эффективности работы железных дорог подталкивает к наращиванию скоростей, что, в свою очередь, не только вызывает повышение нагрузок на путь и подвижной состав, но и может влиять на безопасность движения, если не приняты специальные меры. Долгие годы совершенствовались подвижные составы для адаптации к высоким скоростям, усиливалась инфраструктура для обеспечения высоких мощностей, но постулаты проектирования железнодорожной трассы оставались практически неизменными. Геометрия пути оказывает непосредственное влияние на динамику движения. Совершенствование формы криволинейных участков пути может способствовать снижению нагрузок на путь и подвижной состав, повысить плавность хода и безопасность движения, которые особенно важны при высоких скоростях.   В последние годы ведутся активные обсуждения и исследования по применению биклотоидных кривых, которые свидетельствуют о преимуществах более плавных закруглений трассы. Однако биклотоидное проектирование не позволяет избавиться от кусочно-линейного характера производной функции кривизны.   Данная работа посвящена рассмотрению потенциала применения кадиоид II типа – вида кривых с нелинейной гладкой функцией кривизны – при проектировании трассы высокоскоростных магистралей. Приведены описание данных кривых и их характеристики в сравнении со стандартной компоновкой, биклотоидой и бикадиоидой. Подготовлены математические модели пути и состава, даны соответствующие сравнения. Описана методика проведения расчетов. По результатам имитационного моделирования динамики высокоскоростного состава в кривых различной геометрии подготовлены графические и табличные материалы, позволяющие провести сравнение некоторых аспектов нагрузки, возникающей при прохождении кривой. Сделаны выводы о потенциальных преимуществах применения кадиоид II типа.

   In order to increase the effectiveness of railroads, we, among other things, have to increase the average running speed of trains and create special high-speed railways. Higher speeds achieved without special measures by themselves cause significant rise in loads experienced by railways and rolling stock and put transportation safety at risk. For a long time, there have been advancements made in the construction of trains to accommodate higher speeds, in infrastructure – to accommodate higher power requirements of new trains, but the fundamentals of a railway design have remained unchanged. Geometry of a railroad in a large part defines the dynamics of a passing train, but the design concepts can be improved to provide improved safety and ride smoothness while decreasing the forces acting on a train and a track, which is especially beneficial for high-speed railways.   In recent years there have been active discussions and research in the field of biclothoid curves, which suggest the need to increase ride smoothness by means of designing smoother curves. Having said that, the biclothoidal geometry itself isn’t sufficient because it doesn’t get rid of the piecewise-linear nature of clothoids curvature-wise, which causes problems in the first place.   This article considers a potential use of type II cadioids – curves with a smooth nonlinear curvature function – in high-speed railway design. Mathematical description of these curves and their characteristics is provided and compared to standard and biclothoidal designs. Results of simulations are used to compare the effects of different geometries on train dynamics. Plots and numerical data are provided. Conclusions about the potential advantages of type II cadidoids are drawn.

переходная криваяклотоидакадиоиданелинейная кривизнабиклотоидабикадиоидаtransition curveclothoidcadioidcurvaturebiclothoidbicadioidReferencesСтратегия развития железнодорожного транспорта до 2030 года : утверждена Распоряжением Правительства РФ от 17 июня 2008 г. № 877-р. // Министерство транспорта Российской Федерации : [официальный сайт]. URL: https://mintrans.gov.ru/documents/7/1010 (дата обращения: 02.11.2024).Strategy for the Development of Railway Transport until 2030: Nо. 877-r. Ministry of Transport of the Russian Federation. 2008. 171 p. (In Russ.).Аккерман Г. Л., Аккерман С. Г. Облик высокоскоростной железнодорожной магистрали // Вестник Уральского государственного университета путей сообщения. 2017. № 2 (34). С. 46–55.Akkerman G. L., Akkerman S. G. The appearance of a high-speed railway. Bulletin of the Ural State University of Railway Transport. 2017;(34):46–55. (In Russ.).Аккерман Г. Л., Аккерман С. Г. Энергетика криволинейных участков железнодорожного пути // Вестник Уральского государственного университета путей сообщения. 2014. № 2 (22). С. 47–52.Akkerman G. L., Akkerman S. G. Power engineering of curved sections of a railway track. Bulletin of the Ural State University of Railway Transport. 2014;(22):47–52. (In Russ.).Аккерман Г. Л., Исламов А. Р. Влияние сопряжения элементов продольного профиля на силы в межвагонном соединении тяжеловесных поездов // Путь и путевое хозяйство. 2013. № 2. С. 25–27.Akkerman G. L., Islamov A. R. Connections of long-section elements by force in an inter-car connection of heavy-haul trains. Track and Track Facilities. 2013;(2):25–27. (In Russ.).Аккерман Г. Л., Кошелев Д. А. Оценка возможности применения биклотоидного проектирования смежных кривых для движения высокоскоростных и тяжеловесных поездов методом имитационного моделирования // Железнодорожный транспорт. 2012. № 5. С. 3–9.Akkerman G. L., Koshelev D. A. Evaluation Possibilities of Using Biclothoid Design of Corresponding Curves for High-Speed and Heavy-Haul Trains Using Simulation Modeling. Railway Transport. 2012;(5):3–9. (In Russ.).Аккерман Г. Л., Аккерман С. Г., Каргапольцев Д. В. Инновации в геометрии трассы // Транспорт Азиатско-Тихоокеанского региона. 2019. № 4 (21). С. 40–43.Akkerman G. L., Akkerman S. G., Kargapoltsev D. V. Innovations in Track Measurement. Transport of the Asia-Pacific Region. 2019;(21):40–43. (In Russ.).Аккерман Г. Л., Аккерман С. Г., Кравченко О. А. Биклотоидное проектирование криволинейных участков железной дороги // Путь и путевое хозяйство. 2010. № 10. С. 20–30.Akkerman G. L., Akkerman S. G., Kravchenko O. A. Biclothoid Design of Curved Sections of Railways. Track and Track Facilities. 2010;(10):20–30. (In Russ.).Аккерман Г. Л., Кошелев Д. А. Биклотоидное проектирование S-образных и С-образных смежных кривых для движения тяжеловесных поездов // Транспорт Урала. 2014. № 1 (40). С. 18–21.Akkerman G. L., Koshelev D. A. Biclothoid design of S-shaped and C-shaped corresponding curves for the movement of heavy trains. Transport of the Urals. 2014;(40):18–21. (In Russ.).Аккерман Г. Л., Аккерман С. Г., Кравченко О. А. Метод снижения затрат на содержание криволинейных участков пути // Железнодорожный транспорт. 2011. № 5. С. 41–42.Akkerman G. L., Akkerman S. G., Kravchenko O. A. Method for reducing the costs of maintaining curved track sections. Railway Transport. 2011;(5):41–42. (In Russ.).Прокопьева О. А., Журавская М. А. К вопросу создания энергосберегающих элементов транспортно-логистической инфраструктуры на примере биклотоидного проектирования // Инновационный транспорт. 2017. № 1. С. 3–7.Prokopyeva O. A., Zhuravskaya M. A. On the issue of creating energy-saving elements of transport and logistics infrastructure based on biclothoid design. Innovative Transport. 2017;(1):3–7. (In Russ.).Кравченко О. А. Биклотоидное проектирование криволинейных участков железных дорог : специальность 05.22.06 «Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Кравченко Ольга Андреевна. Екатеринбург, 2012. 147 с.Kravchenko O. A. Biclothoid design of curved sections of railways. Dissertation for the Degree of Candidate of Engineering. Kravchenko Olga Andreevna. Ekaterinburg; 2012. 147 p. (In Russ.).Белятынский А. А., Таранов А. М. Проектирование кривых при строительстве и реконструкции автомобильных дорог. Киев : Выща школа, 1988. 301 с.Belyatynsky A. A., Taranov A. M. Design of curves in the construction and reconstruction of highways. Kiev: Vyshcha shkola; 1988. (In Russ.).Чонка А. В. Расчет параметров бикадиоидных кривых // Железнодорожный транспорт и технологии // Сборник трудов международной конференции. Екатеринбург, 2024. Вып. 1 (256). С. 155–159.Chonka A. V. Calculation of parameters of biclothoid curves. Railway Transport and Technology. Proceedings of the international conference. Ekaterinburg; 2024. Iss. 1 (256). P. 155–159. (In Russ.).Чонка А. В. Расчет параметров кадиоидных кривых // Транспорт: логистика, строительство, эксплуатация, управление // Сборник трудов международной конференции. Екатеринбург, 2023. Вып. 7 (255). С. 93–98.Chonka A. V. Calculation of parameters of cadioid curves. Transport: Logistics, Construction, Operation, Management. Proceedings of the international conference. Ekaterinburg; 2023. Iss. 7 (255). P. 93–98. (In Russ.).Специальные технические условия. Проектирование участка Москва – Казань высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва – Казань – Екатеринбург со скоростями движения до 400 км/ч : № 14574-ЛС/03. Москва : Минстрой РФ, 2017. 93 с.Special technical conditions. Design of the Moscow – Kazan section of the high-speed railway Moscow – Kazan – Yekaterinburg with speeds of up to 400 km/h: No. 14574-LS/03. Moscow. Ministry of Construction of the Russian Federation; 2017. 93 p. (In Russ.).Universal mechanism : [сайт]. URL: www.universalmechanism.com/ (дата обращения: 10.11.2024).Universal Mechanism: [site]. (In Russ.). URL: www.universalmechanism.com/.Морозова О. С. Параметры криволинейных участков трассы высокоскоростных железнодорожных магистралей для условий совмещенного движения : специальность 05.22.06 «Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Морозова Ольга Сергеевна. Санкт-Петербург, 2020. 202 с.Morozova O. S. Parameters of curved sections of high-speed railway lines for combined traffic conditions. Dissertation for the Degree of Candidate of Engineering. Morozova Olga Sergeevna. St. Petersburg; 2020. 202 p. (In Russ.).ОСТ 24.050.16–85. Вагоны пассажирские. Методика определения плавности хода. Москва, 1985. 16 с.OST 24.050.16–85. Passenger cars. Methodology for determining the smoothness of the ride. 1985. 16 p. (In Russ.).Persson R. Tilting trains: Benefits and motion sickness // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part F. Journal of Rail and Rapid Transit. 2010. Vol. 224, iss. 6. P. 513–522.Persson R. Tilting trains: Benefits and motion sickness. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part F: Journal of Rail and Rapid Transit. 2010;224(6):513–522.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.