Статті КТМ (ДІІТ)

Permanent URI for this collectionhttp://crust.ust.edu.ua/handle/123456789/16483

Browse

Now showing 1 - 40 of 43

Stability of a Car as a Hinged-Rod System under the Action of Compressive Longitudinal Forces in a Train
(Jomard Publishing, 2022) Shvets, Anzhela
ENG: The work is aimed to study the influence of longitudinal quasi-static compressive forces arising during stationary modes of train movement on the form of freight cars’ instability. The relevance of this study relates to the need to control the longitudinal forces arising during the train movement, taking into account the increase in speeds, masses and lengths of trains, especially freight trains, by in the locomotives power increase. The use of the above methodology will improve the stability of freight rolling stock, justify the cause of derailment, as well as develop and put into practice technical measures to prevent the lift of the carriages, widening and shear of the track.
Розрахунково-аналітичний метод визначення кінематичних та енергосилових параметрів кривошипно-повзунного механізму (Повідомлення 1. Кінематика)
(НМетАУ, Дніпро, 2022) Добров, Ігор Вячеславович; Сьомічев, Андрій Вікторович
UKR: Метою роботи є розробка алгоритму та програми розрахунку енергосилових параметрів кривошипно-повузнного механізму з урахуванням апробованих на практиці та добре зарекомендованих себе: аналітичного методу розрахунку кінематики повзуна та графо-аналітичного методу розрахунку силових параметрів кривошипно-повузнного механізму. Результати досліджень. Розроблено новий метод розрахунку та алгоритм визначення енергосилових параметрів кривошипно-повузнного механізму для персональних комп’ютерів. Наукова новизна. Новий метод розрахунку та алгоритм визначення енергосилових параметрів відрізняється визначенням координат точок механізму та вирішенням рівнянь графічним методом. Практична значимість. Створений алгоритм дозволяє виконати попередню оцінку енергосилових параметрів механізмів та агрегатів з використанням кривошипно-повзунних механізмів на стадії технологічного проектування, техніко-економічного обґрунтування нових агрегатів або модернізації існуючого обладнання при зміні технологічних режимів, пов’язаних з освоєнням випуску сучасної конкуренто спроможної продукції.
Аналіз сучасних теоретичних та технологічних методів і обладнання та перспектив розвитку завантаження доменних печей
(НМетАУ, Дніпро, 2022) Селегей, Андрій Миколайович; Іващенко, Валерій Петрович; Безшкуренко, Олексій Георгійович
UKR: Розглянуто сучасний стан аналітичного забезпечення технології доменного виробництва. Проаналізовано основні методики, розроблені провідними науково-конструкторськими організаціями з металургії, що застосовуються для ефективного управління доменною плавкою. Показано, що технологія завантаження доменної печі має вирішальне значення для ефективності отримання чавуну. Обладнання моніторингу сучасних доменних печей дозволяє отримувати широкий спектр інформації, що може бути використана для оперативного ефективного корегування ведення доменної плавки. Використання вказаної інформації надає широкі можливості для забезпечення найраціональніших техніко-економічних показників процесу виплавки чавуну. В зв’язку з цим приділено значну увагу особливостям обладнання та технології для завантаження шихтових матеріалів у піч. Розглянуті основні експлуатаційні характеристики для обладнання доменних печей, що забезпечує завантаження шихтових матеріалів в ракурсі забезпечення раціонального окружного та радіального розподілу шихти на колошнику. Це, в свою чергу, дає змогу дотримуватися заданої програми завантаження та рудних навантажень. Наданий опис способів завантаження за допомогою безконусного завантажувального пристрою лоткового типу. Проаналізований процес руху потоку шихтових матеріалів по трактах безконусного завантажувального пристрою. Окремо розглянуті ділянки направляючих тічок, ділянка руху шихти в колошниковому просторі. Виявлені недоліки та переваги існуючих методик розрахунку динамічних параметрів шихтових матеріалів на відповідних ділянках. Наведений опис послідовності роботи обладнання, що забезпечує завантаження шихтою доменної печі та рекомендації для підвищенню ефективності алгоритмів роботи агрегатів. Окремо розглянуті методики для визначення геометричних та динамічних параметрів руху шихтових матеріалів у разі їх випуску з накопичувальних бункерів завантажувального пристрою доменної печі. Наведені аналітичні залежності для визначення витрати шихтових матеріалів з випускного отвору та швидкості витоку шихти. Розглянутий процес формування стовпа шихти у доменній печі. Серед основних чинників, що впливають на формування необхідного рудного навантаження вдовж радіусу колошника виділено програму завантаження та гранулометричний склад шихтових матеріалів, які постачаються на колошник. Також показано, що найефективнішим завантаженням доменної печі шихтовими матеріалами вважається такий спосіб, при використанні якого забезпечується оптимальне значення рудного навантаження із забезпеченням необхідної газопроникності стовпа шихтових матеріалів. Таким чином визначені основні напрямки ефективного удосконалення технології доменної плавки для забезпечення найкращих техніко-економічних показників та значним зниженням питомої витрати сировини.
Simulation of Braking Processes in Freight Trains
(KTU leidykla „Technologija“, Kaunas, Lithuania, 2022) Ursulyak, Liudmyla V.; Zheleznov, Konstantine I.
ENG: The article presents the results of theoretical research of the processes occurring in the brake cylinders of freight wagons in trains of different lengths. A detailed analysis of the real time dependences of the forces of pressing the brake pads on the wheel for various braking methods (adjustment, full service and emergency braking), which were obtained during experiments with freight trains of different lengths, was carried out. Based on the analysis performed, approximating expressions for brake pad pressure diagrams on the wheel are proposed, which can be used to estimate the longitudinal dynamics of trains using mathematical modeling in real or accelerated time. The above dependencies are especially relevant when a train is controlled using a special onboard computer system. In this case, it is necessary to quickly estimate to what results, from the point of view of traffic safety and achievement of the control goal, the implemented control modes will lead to.
Формування режиму навантаження для прогнозування ресурсу колон гідравлічних пресів для виробництва залізничних коліс
(НМетАУ, Дніпро, 2022) Білодіденко, Сергій Валентинович; Гануш, Василь Іванович; Іжевський, Є. А.; Костриця, Сергій Анатолійович
UKR: Дослідження в області міцності і надійності станин важких гідравлічних пресів особливої актуальності на були у зв’язку з необхідністю продовження ресурсу після їхньої довготривалої експлуатації. Найбільш небезпечним за наслідками відмови елементом станини є колони, які в свою чергу мають різьбове з’єднання як найбільш вразливе місце. Робота присвячена аналізу і узагальненню експериментальних досліджень пресу зусиллям 100 MН, формування режиму навантаження елементів колон для подальшої оцінки її технічного стану і прогнозування ресурсу. Розглянуто загальні принципи проєктування колон і особливості експлуатації дослідженої колесопрокатної лінії. За результатами експериментального вимірювання навантаженності станини пресу зусиллям 100 МН при виробництві залізничних коліс з’ясовано, що процес штампування однієї заготовки визиває один пульсуючий цикл зміни напружень в елементах станини. Середнє зусилля при пресуванні коліс діаметром 957 мм складає 70.3 MН, а для коліс діаметром 1062 мм прийнято зусилля 91.4 MН. Сформовано типовий режим навантаження елементів колони преса у вигляді блока з 4-х рівнів. Визначені еквівалентні зусилля блоків в залежності від умов прогнозування ресурсу. Досліджено вплив виробництва коліс великого діаметру на ресурс станин.
Побудова оптимальної траєкторії руху поїзда в координатах Шлях - Час
(Національна металургійна академія України, Відділення матеріалознавства та металургії Академії інженерних наук України, 2023) Железнов, Констянтин Ігорович; Урсуляк, Людмила Вікторівна
UKR: Мета. Автори мають за мету створити методику побудови оптимальної траєкторії з використанням сітки в координатах Шлях – Час та довести адекватність отриманих результатів за допомогою числових експериментів з вантажними поїздами. Методика. Запропонована раціональна функція для апроксимації залежності швидкості поїзда від пройденої відстані, щоб уникнути необхідності рішення системи дифере- нційних рівнянь руху поїзда. Для побудови оптимальної траєкторії руху поїзду наведені критерії вибору па- раметрів сітки в координатах Шлях – Час. Обґрунтовані інтервали між вузлами сітки з урахуванням мож- ливих режимів ведення поїзду. Наведені особливості розрахунку значення кінцевої швидкості при прохо- дженні ділянки конкретної довжини за допомогою запропонованої функції. Наведена методика реалізації управління рухом поїзду та розрахунок параметрів переходу між вузлами сітки. Результати. Авторами отримані можливі криві швидкості під час прискорення та уповільнення поїзду для різних значень початкової швидкості або під час руху поїзду на ділянці великою довжиною зі зміною режимів управління за допомогою запропонованої раціональної функції , а також доведено їх добре узгодження з результатами числових експериментів за належним вибором параметрів функції. Отримана система рівнянь, з рішення якої можна отримати величину швидкості в кінцевому вузлі переходу. Наведені також залежності сили тяги поїзду від швидкості руху для різних параметрів запропонованої функції. Отримані результати теоретичних дослі- джень дозволяють збільшити швидкість виконання обчислювань за рахунок застосування спрощених спо- собів розрахунків стану поїзда, як керованої системи, та без використання диференціальних рівнянь руху. Це, у свою чергу, дозволить вирішувати завдання пошуку оптимального управління практично в режимі реального часу з урахуванням мінливих мов під час руху поїзда. Наукова новизна. Авторами вперше запро- понована методика побудови оптимальної траєкторії руху поїзду в координатах Шлях – Час. Практична значимість. На основі отриманих результатів доведено, що запропонована методика дозволяє отримати криві швидкості при будь-яких режимах управління поїздом, а також реалізувати отримане управління пої- здом. Запропоновані критерії дозволяють обмежити кількість варіантів рішень (режимів управління), що розглядаються на подальших етапах.
Моделювання процесу зношування колісної пари локомотива та рейки під час буксування у кривій
(Український державний університет науки і технологій, м. Дніпро, 2023) Афанасов, Андрій Михайлович; Голік, Сергій Миколайович; Буряк, Сергій Юрійович; Кравчуновський, О. Г.; Федоров, Євген Федорович; Гололобова, Оксана Олексіївна
UKR: Мета. У цій статті передбачено провести аналіз процесу зношування бандажів колісної пари локомотива та рейок у кривих ділянках рейкової колії з використанням формалізації показника зносу гребенів за цикл буксування колісної пари. Методика. У процесі розробки моделі зношування колісної пари локомотива було розглянуто явище буксування під час реалізації тягового моменту та визначено функції швидкості ковзання в точці контакту колеса з рейкою. На основі отриманих функцій запропоновано аналітичний вираз для визначення фактора зносу бандажів і гребенів. Для спрощення практичних розрахунків уведено поняття відносного показника зносу гребеня колісної пари й запропоновано аналітичний вираз для його визначення. Результати. Проведені дослідження показують, що буксування колісних пар локомотивів під час реалізації тягового моменту є одним із вирішальних факторів, який визначає знос гребенів. Істотного зниження результуючого ковзання гребеня під час буксування можна досягти за рахунок зменшення часу спрацьовування пристроїв протибуксувального захисту. Також слід відзначити, що результуюче ковзання зменшується більшою мірою, ніж збільшується швидкодія протибуксувального захисту. Наукова новизна. У цьому дослідженні вперше запропоновано модель процесу зношування бандажів і гребенів колісних пар під час буксування локомотива у кривій, де фактор зносу гребеня колеса представлено у вигляді сумарної робота сил тертя за цикл буксування. Практична значимість. Запропоновану аналітичну модель можна використовувати під час прогнозування ресурсу бандажів колісних пар локомотивів та в разі нормування мас поїздів на ділянках залізниці зі складним планом і профілем колії.
Security Risk Assessment at Transport Infrastructure Facilities
(KTU leidykla „Technologija“, Kaunas, Lithuania, 2023) Yanhulova, Olga; Keršys, Robertas; Neduzha, Larysa
ENG: To effectively analyze the variety of risks in transport, it is necessary to apply a set of methods. Which, in turn, confirms the relevance of a comprehensive risk management mechanism. The use of the considered methodology will increase the objectivity of the assessment of both the expenses associated with ensuring security and the effects of its increase. Thus, the proposed approach can be adapted to optimize transport facilities by assessing functional safety at the stage of their modeling/operation.
Проблеми науково-технічного розвитку металургійного виробництва
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Інститут промислових та бізнес технологій», ІВК «Системні технології», 2023) Тубольцев, Леонід Григорович; Петренко, Віталій Олександрович; Селегей, Андрій Миколайович
UKR: Метою даної роботи є дослідження перспективних напрямів сталого розвитку чорної металургії України в сучасних умовах. Розглянуто основні напрямки стабілізації роботи галузі, що включають: вплив держави на розвиток металургійної галузі, проблеми удосконалення сортаменту металургійної продукції, науковий розвиток металургійних технологій, екологічні проблеми чорної металургії, проблеми наукового забезпечення розвитку металургійних технологій, основні напрямки науково-технічних рішень для сталого розвитку металургійного виробництва. Показано, що нині в національній державній політиці не враховуються головні показники розвитку країни – цільові установки, визначення та затвердження критеріїв і параметрів розвитку країни, гласність і контроль їх виконання. Таке становище потребує розроблення промислової політики у металургійній галузі. Аналіз показує, що в країні продовжує загострюватися проблема внутрішнього ринку металопродукції., скорочується сортамент ефективних видів металопродукції, країна все більше орієнтується на експорт сировинних видів металопродукції та напівфабрикатів. Відзначено, що науково-технічний супровід металургійної галузі має одним з основних чинників розвитку та ефективності виробництва. Використання результатів наукових досліджень є одним з головних чинників зменшення витрат енергоресурсів на виробництво металопродукції. Відзначено, що екологічні проблеми можуть вкрай негативно вплинути на перспективи розвитку металургійного виробництва. Таке становище потребує значних інвестицій у розвиток наукових досліджень та створення нових технологій зменшення вуглецевого сліду під час виробництва металопродукції. Аналіз показує, що за рахунок використання наукового потенціалу та з використанням відомих у світовій практиці технологій в Україні є принципова можливість зменшити енергоспоживання на виробництво металопродукції, поліпшити екологічну ситуацію, зменшити викиди парникових газів. Тому сьогодні надзвичайно актуальним є питання науково-технічного забезпечення інноваційного розвитку ГМК України. Першочергові науково-технічні завдання у цьому напрямку полягають у зменшенні витрат енергоресурсів на виробництво металопродукції та досягнення найкращих світових показників. Показано головні стратегічні цілі та пріоритети розвитку ГМК на сучасному етапі.
Modeling the Dynamism of Complex Dynamic Systems Using the Universal Laws of the Wave Theory
(KTU leidykla „Technologija“, Kaunas, Lithuania, 2023) Bondarenko, Iryna; Keršys, Robertas; Neduzha, Larysa
ENG: The knowledge that mechanical and electromagnetic waves transfer energy from the source of influence became the basis for modeling the dynamism of complex dynamic systems. The paper shows the possibility of using the universal laws of wave theory for modeling the dynamism of complex dynamic systems. The property of waves to transfer the action function over time and space made it possible to construct oscillations of any point in space, taking into account the time it takes the waves to reach this point. The universal laws of wave propagation in various mediums formed the basis for describing the process of wave propagation within complex dynamic systems. It is shown that the dissipation is caused by the inhomogeneity of the change in energy inside the object during the propagation of waves by taking into account two factors: a decrease in the amplitude with distance from the source and features of the geometry of the object. This approach allows expanding the scope of modeling associated with determining the state of motion, the course of development, and changes in any phenomenon under the influence of external or internal factors (“driving forces”) in complex dynamic systems, taking into account the uniqueness of these systems.
Mathematical Мodeling of the Second Stage of Spring Suspension of High-Speed Rolling Stock
(American Institute of Physics, AIP Conference Proceedings, 2023) Kuzyshyn, Andriy; Sobolevska, Julia H.; Kostritsa, Sergei A.; Batig, Andriy V.; Boiarko, Vladyslav
ENG: The authors of the article used a thermodynamic model of an air spring with an additional reservoir to simulate the second stage of spring suspension of high-speed rolling stock. In this model, the pressure in the air spring was determined by the differential form of the ideal gas equation of state. Since the air spring is connected to an additional reservoir by means of a pipeline, the equation took into account the change in air mass due to its overflow. When determining the mass flow rate, the flow was considered turbulent, which provided for finding the appropriate Reynolds number and head losses, which consisted of three components: friction, compression and expansion losses. The law of conservation of energy was considered taking into account the heat transfer between the air spring and the environment, as well as the transfer of energy between the air spring and the auxiliary reservoir. Using a simplified mechanical model of high-speed rolling stock, the dependence of the force with which the air springs acts on the elements of the rollingstock on its deformation was obtained, and energy dissipation when changing the parameters of the connecting element was investigated. Using of the selected thermodynamic model of the air spring in the spatial model of high-speed rollingstock will further allow assessing its dynamic performance when interacting with the railway track, traffic safety indicators and choosing the optimal parameters of the rolling stock and railway track at the design stage.
Predictive Model of Risks in Railroad Transport when Diagnosing Axle Boxes of Freight Wagons
(SAGE Publishing, 2023) Muradian, Leontii A.; Pitsenko, Iryna; Shaposhnyk, Vladyslav Yu.; Shvets, Angela O.; Shvets, Anzhelika O.
ENG: This article presents a mathematical model of the risk of failures, depending on the operating parameters, of locomotive diesel engines. The purpose of this study is to determine the risk of failures of locomotive diesel engines in maintenance. The theory of probability and the theory of logic and reliability are used in this theoretical study. The innovations and main works are the first approaches to calculating the risk of failures of locomotive diesel engines by hourly fuel consumption, which, under operational conditions, allows for extending the life of locomotive diesel engines during maintenance. As a result, a maintenance process for 5D49 diesel engines is developed in a locomotive depot. When managing the maintenance processes of 5D49 diesel engines in the locomotive depot, it is determined that the optimal mileage is 45,000 km. The resource of 5D49 diesel engines in the locomotive depot increased by 2.4% in the management of the maintenance process compared to the existing maintenance system.
Підготовка фахівців з комплаєнсу як важливий чинник інноваційного розвитку металургійного підприємства
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро; ЮРСЕРВІС, 2023) Петренко, Віталій Олександрович; Фонарьова, Тетяна Анатоліївна; Селегей, Андрій Миколайович; Мамешин, Валерій Сергійович
UKR: Стаття присвячена актуальній проблемі підготовки фахівців з компалєнсу металургійного виробництва на кафедрі інтелектуальної власності та управління проєктами в Інституті промислових та бізнес технологій (ІПБТ) Українського державного університету науки і технологій (УДУНТ). Виходячи із визначення концепції комплаєнсу, автори наголошують на необхідності підготовки фахівців, які б мали сучасні спеціалізовані теоретико-методологічні, практичні знання в галузі металургії та володіли б теорією й практикою управління металургійним підприємством з огляду дотримання норм і правил, які б знали потенційні небезпеки, пов’язані з металургійним виробництвом, вживали б заходи моніторингу, контролю відповідності та швидкого реагування, коли виникають проблеми, навчали би персонал протоколам безпеки задля виробництва й реалізації конкурентоспроможної металургійної продукції, функціонування та інноваційного розвитку металургійних підприємств.
Springs of Variable Stiffness in the Control of Seismic Actions in Buildings
(University of Zagreb, Faculty of Mining, Geology and Petroleum Engineering, 2023) Wahrhaftig, Alexandre de Macêdo; Dantas, Julia; Menezes, Cibele; Neduzha, Larysa
ENG: Many regions in the world have experienced the presence of intensive geological events. Given this reality, the control of vibrations caused by earthquakes on buildings is one of the great challenges in seismic regions, as they can cause structural, material, and personal damage, and must be considered with special attention when carrying out a structural project. For this reason, it is necessary to minimize the deleterious effects caused by earthquakes on buildings. In this sense, the present study seeks to evaluate, through the theory of mechanical vibrations, the use of springs of variable stiffness in the control of accelerations induced by seismic action, because springs introduce restoring forces in the system. The evaluation is done through numerical-computational simulation using the finite element method. The frame structure of an idealized building is used in the modelling, where columns and beams are represented by linear elements and the floors by shell elements. In the simulation, springs of variable stiffness are inserted into the joints to control the vibrations produced by earthquakes. These devices are added to the structural system at different heights and directions, aiming to keep the structure’s behaviour unchanged, neutralizing the effects of the earthquake. Based on the obtained results, it is possible to verify the required stiffness and the position in which the springs must be inserted to obtain the constancy of the structural frequency of vibration during the earthquake action.
Система «комплаєнс» у металургійному виробництві України
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро; ЮРСЕРВІС, 2023) Тубольцев, Л. Г.; Петренко, Віталій Олександрович; Фонарьова, Тетяна Анатоліївна; Селегей, Андрій Миколайович
UKR: Метою роботи є аналіз перспективи імплементації комплаєнсу в систему управління металургійними підприємствами України. Встановлено, що комплаєнс є подальшим розвитком системи управління якістю продукції. Впровадження такої системи на підприємстві є необхідним засобом економічної стабільності виробництва. Показано, що система комплаєнсу має широкі можливості для удосконалення, а держава може використати таку систему для забезпечення державного впливу на перспективний розвиток металургії.
Calculation and Analytical Method for Determining the Force Parameters of a Crank-Slider Mechanism (Message 2. Kinetostatics)
(National Metallurgical Academy of Ukraine, Dnipro, 2023) Dobrov, Ihor V.; Semichev, Andrii V.; Pavlenko, O. M.
ENG: The purpose of the work is to develop an algorithm and a program for calculating the power parameters of the crank-slider mechanism, taking into account the proven in practice and well -recommended: analytical method of calculating the kinematics of the slider and the graph-analytical method of calculating the power parameters of the crank-slider mechanism. Research results. The new calculation method and an algorithm for determining the force parameters of the crank-slider mechanism. Scientific novelty. The new method for the analysis of force parameters of a crank –slider mechanism, which differs from the existing methods of graph-analytical and analytical methods by the use of a new calculation-analytical method of determining the linear and angular accelerations of each link of the mechanism for solving the kinetostatic equations of the mechanism as a whole. Practical value. The created algorithm makes it possible to perform a preliminary assessment of the force parameters of mechanisms and aggregates using crank-slider mechanisms at the stage of technological design, technical and economic calculation of new aggregates or modernization of existing equipment when changing technological regimes related with the production of modern competitive products, in particular, for the production of seamless pipes on mills with rollers for cold rolling of pipes.
Investigation of Dynamic Processes of Rolling Stock–Track Interaction: Experimental Realization
(MDPI, 2023) Bondarenko, Iryna; Lukoševičius, Vaidas; Keršys, Robertas; Neduzha, Larysa
ENG: The dynamic process of the railway track–rolling stock interaction is characterized by timedependent dynamics that are determined by both the varying characteristics of the interaction objects and the varying climatic conditions. This study investigated the effect of different groups of influence on the dynamic process, with a view towards the reduction of the cases of randomness during the registration of the process in experiments and an expansion of the understanding of the processes happening during the assessment of the registered data. The static nature of the rolling stock has been demonstrated to be not uniform and to influence the scattering of dynamic values under the variation of vertical and horizontal forces due to the characteristics of a rolling stock. The position of the rolling stock truck relative to the track axis during the movement of the rolling stock has been shown to enhance static non-uniformity. The results of the longitudinal force measurements under the three-point and Schlumpf methods have suggested that it is necessary to investigate the process of rail warping under the action of the rolling stock wheels. To enhance the output of the experiments, it is proposed to consider not only the stiffness of the basis of the oscillatory processes that imitate the physical process of oscillation of the system elements by means of the oscillation amplitude, but also the time of response to the oscillation process by using and assessing the triggering time rather than the frequencies of the oscillation processes.
Research of the Characteristics of an Air Spring under Cyclic Load
(IOP Conference, 2023) Kuzyshyn, Andriy; Sobolevska, Julia H.; Kostritsa, Sergei A.; Voznyak, Oleh M.
ENG: The dynamic stiffness, energy dissipation per cycle and the damping coefficient of the air spring of the second stage of spring suspension of high-speed rolling stock are investigated on the basis of a simplified mathematical model. The studies were carried out in the frequency range from 0 to 15 Hz. To determine the parameters of the air spring, its power characteristic was built, the area that characterizes the energy dissipation of the system per cycle. Based on the constructed characteristics, the damping coefficient and air spring stiffness during compression and expansion were determined. The influence of the frequency of the disturbing force and the diameter of the connecting element on the investigated parameters was studied. The obtained ratios of quantities would be made it possible to optimize the parameters of spring suspension of high-speed rolling stock from the point of view of ensuring admissible dynamic performance and traffic safety indicators.
An Estimation of the Energy Savings of a Mainline Diesel Locomotive Equipped with an Energy Storage Device
(MDPI, Basel, Switzerland, 2024) Riabov, Ievgen; Goolak, Sergey; Neduzha, Larysa
ENG: The method of improving a two-section mainline diesel locomotive by using energy storage in the traction system is considered. A mathematical model was developed to study the movement of a diesel locomotive based on the recommendations and provisions of the theory of locomotive traction. For this purpose, the movement of a diesel locomotive as part of a train along a given section of a track was studied. It was determined that the use of an energy storage device on a diesel locomotive will allow up to 64% of the energy spent on train traction to accumulate. The use of energy storage in the accumulator during electrodynamic braking ensured a reduction in fuel consumption by about 50%, regardless of the options for equipping the traction system of the diesel locomotive with an energy accumulator. It is established that regardless of the options for equipping the traction system of the diesel locomotive with an energy storage device, the indicators characterizing the degree of use of the diesel engine do not change. These research results can be used in works devoted to the improvement of the control system of energy exchange between the accumulator and traction engines of diesel locomotives.
Research on the Resource in the "Wheel-Rail" Pair during the Life Cycle of Traction Rolling Stock
(Printing House “Technologija”, Kaunas, Lithuania, 2024) Yagoda, D.; Babyak, Mykola O.; Keršys, Robertas; Neduzha, Larysa
ENG: The wear of wheelset bandages largely depends on the shape of the rolling surface. Therefore, the choice of a rational bandage profile is of great importance. At the same time, both technical and economic indicators are taken into consideration. The choice of rationality criteria should be justified and based on statistical regularities of bandage wear and peculiarities of traction rolling stock operation. Researching the resource in the "wheel-rail" pair (considering operational and technological bandage wear) will allow more effective planning of financial costs for the operation and repair of traction rolling stock during its life cycle.
Stress-Strain Behavior of Railway Embankments Stabilized with Grouted Micropiles
(Published by Elsevier BV, 2024) Tiutkin, Oleksii L.; Autelitano, Federico; Giuliani, Felice; Neduzha, Larysa
ENG: Excessive ballasted track deformations may occur during the railway operations due to poor load bearing capacity of the embankment (placed soil or natural ground) or the manifest accumulation of subsidence caused by the soil consolidation and the passage of trains. The principles of pressure grouting (or jet-grouting) technologies, used to create reinforcement elements for the rail trackbed stabilization, are presented, with reference to the specific construction condition on an existing and in-service railway track. A single-track railway, including the superstructure and substructure components, was modeled using the finite element method (FEM). Some soil stabilization options, based on the installation of grouted micropiles according to different layout configurations, were considered. The results of the numerical analyses, in the form of stress and strain behavior of the whole track structure, demonstrated that the use of jet-grouted micropiles is a rational and less expensive option, which can be installed on or close to the track, having positive effects on limiting the vertical deformations of the embankment without affecting the expected distribution of stress states in the embankment middle.
Innovative Trends in Railway Condition Monitoring
(ELSEVIER B. V., 2024) Bondarenko, Iryna; Lukoševičius, Vaidas; Keršys, Robertas; Neduzha, Larysa
ENG: Provision of functional safety of a railway track requires complementing the existing system of assessment of the railway track condition with the stress-strain behaviour assessment of the rail substructure, i.e. the assessment of the effect of track structure elasticity on the change of its geometric parameters during rolling stock passage over time. There is a lack of available theoretical and practical information about any pivotal changes in this field of science. The subject of the study is the in-situ elasticity indicators of a railway track and geometric monitoring indicators of railway structure condition or similar indicators obtained by numerical processing of data provided by the measuring systems of a track recording car and enabling the determination of change of irregularity parameters over time taking into account of the tonnage passed. The outcome of the investigation is the proposed approach to the development of an unparalleled diagnostic loading system which has been the missing part of the “puzzle” in the existing system of integrated assessment of the technical condition of a railway track.
Load Control Operational Correction of a Blast Furnace Based on the Correlation Models
(Croatian Metallurgical Society (CMS), Zagreb, Croatia, 2024) Shvachych, G.; Mamuzich, I.; Selegej, A. M.; Мoroz, B.; Kadylnykova, T.; Pobochii, Ivan A.; Мoroz, D.; Friman, Y.
ENG: The paper uses regression analysis to research the movement dynamics of charge materials along the paths of a blast furnace coneless loader device. The research’s main goal is to consider two main factors when optimizing the loading process of the blast furnace - the opening degree of the charge shutter of the loading device hopper and the inclination angle of the distribution tray. That approach allows the optimization of the loading impact, taking into account the current change in the granulometric parameters of the blast furnace charge. A model for determining the dynamic parameters of the charge flow in the case of its movement along the paths of the blast furnace coneless loading device has been developed.
Удосконалення ремонту обладнання модернізованих електропоїздів в умовах депо
(Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля, 2024) Андрішак, В.; Сенченко, Ілля Дмитрович; Баб'як, Микола Олександрович; Недужа, Лариса Олександрівна
UKR: У даній роботі розглядаються модернізовані електропоїзди ЕР-2 №1231 та №1340, які на Львівській залізниці використовується на далеких рейсах, що пролягають через Карпатський перевал. Проаналізовано норми креслярських і бракувальних розмірів та основні несправності компресорів, оцінено причини їх виникнення, розроблено технологію очистки та ремонту компресорів КТ-6. Запропоновані заходи направлені на удосконалення ремонту компресорів модернізованих електропоїздів в умовах моторвагонного депо, що значно покращить якість технічного обслуговування і ремонту рухомого складу та підвищить рівень його безпечної експлуатації
Novel ‘Closed’-System Approach for Monitoring the Technical Condition of Railway Tracks
(MDPI, Basel, Switzerland, 2024) Bondarenko, Iryna; Lukoševičius, Vaidas; Neduzha, Larysa
ENG: Assessing the technical condition of a railway track throughout its service life is crucial to ensuring functional safety. However, it is important to note that current approaches have theoretical and practical gaps that require attention. The purpose of this study is to discuss the reconceptualization of an integrated approach to assess changes in the technical condition of railway tracks caused by rolling stock over their service life. Improving existing systems for assessing the condition of the track can be achieved by modifying the model concept and, subsequently, the measurement and assessment procedures. This paper presents an alternative method for addressing technical issues related to the monitoring and diagnosis of railway tracks, with a particular focus on natural phenomena: energy transfer by elastic waves. The primary aim of this work is to propose an approach for designing a ‘closed’ measurement system that enables tracking of the cause-and-effect relationship. This system takes into account both the elastic dissipative characteristics of the track–rolling stock interaction and the influence of the dynamics of various components in the ‘train-track’ system.
Development Genesis of Functional Safety on the Example of an Element of the Railways Infrastructure Subsystem
(Springer, 2024) Bondarenko, Iryna; Neduzha, Larysa
ENG: The degree of protection against the danger arises as a result of incorrect (unforeseen by the developers) operation of a technical object is determined by the issues of functional safety, which have acquired the greatest relevance in this period of human development and have become the object of research. Authors consider the problems of functional safety of dynamic systems on the example of an element of the railway infrastructure subsystem – a railway track. It is shown that an attempt to create a single universal system for classifying tracks, considering the satisfaction of heterogeneous requirements to ensure the conditions for interoperability of various railway systems, is unrealistic in the current circumstances. The missing components for the classification system of the railway track structure operability are considered. An analysis of the historical understanding of various processes in relation to real-time is given. The main direction for improving the quality of the functional safety of a railway track is formulated – the need to combine the theory of elasticity with new theories that change the approaches to studying time-varying processes from quasi-dynamic to dynamic.
Asphalt Pavement Damage Detection through Deep Learning Technique and Cost-Effective Equipment: a Case Study in Urban Roads Crossed by Tramway Lines
(MDPI, 2024) Guerrieri, Marco; Parla, Giuseppe; Khanmohamadi, Masoud; Neduzha, Larysa
ENG: Asphalt pavements are subject to regular inspection and maintenance activities over time. Many techniques have been suggested to evaluate pavement surface conditions, but most of these are either labour-intensive tasks or require costly instruments. This article describes a robust intelligent pavement distress inspection system that uses cost-effective equipment and the ‘you only look once’ detection algorithm (YOLOv3). A dataset for flexible pavement distress detection with around 13,135 images and 30,989 bounding boxes of damage was used during the neural network training, calibration, and validation phases. During the testing phase, the model achieved a mean average precision of up to 80%, depending on the type of pavement distress. The performance metrics (loss, precision, recall, and RMSE) that were applied to estimate the object detection accuracy demonstrate that the technique can distinguish between different types of asphalt pavement damage with remarkable accuracy and precision. Moreover, the confusion matrix obtained in the validation process shows a distress classification sensitivity of up to 98.7%. The suggested technique was successfully implemented in an inspection car. Measurements conducted on urban roads crossed by tramway lines in the city of Palermo proved the real-time ability and great efficacy of the detection system, with potentially remarkable advances in asphalt pavement examination efficacy due to the high rates of correct distress detection.
Algorithm for Choosing a Cost-Effective Tourist Railway Route
(Printing House “Technologija”, Kaunas, Lithuania, 2024) Martseniuk, Larysa V.; Severino, Alessandro; Keršys, Robertas; Neduzha, Larysa
ENG: Railway transport is one of the most competitive modes of transport. To provide high-quality transportation for passengers, railways require various types of resources, particularly, financial ones. A significant part of the financial resources of railways can also be obtained from tourist activities. Therefore, the article presents an algorithm for choosing a cost-effective tourist route by railway transport. Thanks to the algorithm, it is possible to ensure the maximum net present value with the established system of requirements for railway activity.
Розвиток теорії комплаєнс
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2024) Тубольцев, Леонід Григорович; Петренко, Віталій Олександрович; Фонарьова, Тетяна Анатоліївна; Селегей, Андрій Миколайович
UKR: Наведено напрями удосконалення теоретичних положень системи Комплаєнс з використанням системного підходу та теорії Гіперкомплексних Динамічних систем, показано, що використання системного аналізу дозволяє отримати реальний теоретичний інструмент для забезпечення сталості і безпеки роботи підприємства.
Development of a Mobile Shelter Design in Unstable Soils for Protection of Defense Forces Personnel from Enemy's Means of Attack
(Kyiv Institute of the National Guard of Ukraine, 2025) Kostrytsia, Serhii A.; Moskalov, Hennadii; Khrypko, Ivan
ENG: Over the past centuries, the rapid development of fortification equipment for strongholds has been clearly evident during periods of active hostilities. The dynamic progress of armaments and the direct experience of warfare are powerful catalysts for the continuous search for innovative forms, advanced designs, the latest materials and specialised equipment. The main goal of this search is to ensure the maximum preservation of own firepower and human resources. The problem of soldiers' survival is especially critical on the front line of defence, where they are under constant, intense enemy fire control. Fortifications built in such extreme conditions are often of primitive design and demonstrate a low ability to effectively protect personnel from modern weapons. As a rule, such fortifications are built directly on the ground, manually, using available materials and structures, dominated by wood elements. However, in the context of the hostilities that have unfolded on the territory of Ukraine, there is a serious problem with the availability of natural wood reserves of the required quality and in sufficient quantity directly in the conflict zone. This creates difficulties associated with the need to organise complex and costly timber deliveries from remote regions. In this regard, it is important to find alternative engineering solutions that would provide the military with reliable shelters without depending on local resources. One of the promising ways to solve this problem may be the development and implementation of a mobile collapsible shelter made of lightweight but durable metal elements. The key requirement for such a kit is its weight, which should be optimised to ensure that it can be transported and installed by one person without significant physical effort. This will allow each soldier to independently and quickly set up the shelter at their position and use it repeatedly, depending on the tactical situation and the need to move. Such mobility and autonomy in providing protection can significantly increase the survival rate of personnel on the contact line.
Roles and functions of asphalt sub-ballast in the modern maintenance of the European railways
(Tongji University and Tongji University Press, 2025) La Placa, A.; Autelitano, F.; Neduzha, Larysa O.; Tiutkin, Oleksii L.; Giuliani, F.
ENG: The railway network is increasingly becoming central to the socio-economic development and the decarbonisation of transport, supporting its growth in compliance with the emission reduction targets set by the 2050 European Green Deal. Thus, several programmes for the major network renewals and the construction of safe, resilient and efficient high-speed lines have been implemented. In this scenario, some construction solutions have been introduced to enhance the durability and functionality of the railway infrastructure, particularly for the ballasted track one. Among these design techniques, the asphalt or bituminous sub-ballast has emerged as a proven technology capable of improving the railway performance and durability. Derived from the road construction approach, asphalt sub-ballast has been used in the European high-speed and high-capacity lines since the 1970s, providing both structural and functional benefits. This article offers a critical review of the current knowledge on the asphalt sub-ballast applications, highlighting its technical characteristics and long-term performances. Functional, structural and economic advantages have been assessed and analysed based on laboratory scale and on-field experiences. Experimental data indeed confirm the effectiveness of asphalt sub-ballast in improving the track stability and load distribution, in providing better water drainage and in reducing fatigue induced phenomena. These enhanced properties lead to lower maintenance costs and operations, particularly those related to ballast tamping, as well as to an extended service life of the whole infrastructure. From the circular economy perspective, the re-use or recycle of wastes and by-products in these mixes amplifies the cost-benefit ratio, also improving their sustainability.
Розроблення конструкції мобільного укриття у нестійких ґрунтах для захисту особового складу сил оборони від засобів ураження противника
(Київський інститут Національної гвардії України, 2025) Костриця, Сергій Анатолійович; Москальов, Геннадій Юрійович; Хрипко, Іван Сергійович
UKR: Активний розвиток фортифікаційної науки відбувається у періоди ведення війн. Удосконалення озброєння і досвід війни змушують здійснювати пошук нових форм, конструкцій, матеріалів і обладнання для збереження своїх вогневих засобів і людських ресурсів. Особливо гостро постає питання виживання військових на першій лінії оборони в умовах постійного вогневого контролю противника. Проаналізовано наявні фортифікаційні споруди. Споруди, що будуються в умовах постійного вогневого контролю противника, мають примітивну конструкцію і низьку здатність до захисту особового складу. Вони облаштовані вручну з використанням підручних матеріалів і конструкцій, а найчастіше ‒ із дерев’яних елементів. З огляду на те, що на території України, де відбуваються бойові дії, природні запаси деревини необхідної якості дуже незначні, необхідно або підвозити деревину з іншої місцевості, або шукати альтернативні рішення. Розроблено і запропоновано мобільне збірно-розбірне укриття, виготовлене з металоелементів. Вага найважчого елемента комплекту дає змогу переносити його одній людині. Військовослужбовець здатен самостійно встановити укриття і використовувати його багаторазово.
Rationale for New Pontoon-Cable Bridge Structure Parameters for Providing Uninterrupted Transportation
(University of Padua, 2025) Ovchynnykov, Pavlo A.; Tiutkin, Oleksii L.; Lukoševičius, Vaidas; Neduzha, Larysa O.
ENG: A novel type of pontoon bridge was proposed, characterized by fully submerged pontoons, creating excessive buoyant forces, and overdeck cable intended for keeping them from surfacing. Various scheme configurations were calculated using FEM to determine structure's behaviour and substantiate its parameters. Result show increased rigidity, when compared to traditional floating bridges, which translates into improved passenger comfort and overall usability.
Roll Drive Mechanism with Planetary Gearbox for Cold Pilger Pipe Rolling Mills
(Ukrainian State University of Science and Technologies, Dnipro, 2025) Danchenko, V. M.; Dobrov, Ihor V.; Semichev, Andrii V.
ENG: Purpose. Creation and study of a roll drive mechanism with a planetary gearbox, which will ensure a reduction in axial forces in the production of thin-walled pipes and it will expand the range of pipes obtained on cold pilger rolling mills. Methodology. The work includes research on determining the parameters of the roll drive of cold pilger rolling mills using the graph-analytical method of studying the kinematics of mechanisms. Results. The roll drive mechanism with a planetary gearbox will ensure regulation of the angular speed of rotation of the rolls and a reduction in axial forces. Scientific novelty. The influence of the geometric parameters of the roll drive on the value of the angular speed of the rolls, which ensure a reduction in axial forces, has been determined. Practical significance. The roll drive mechanism with a planetary gearbox allows obtaining high-quality thin-walled pipes with the possibility of expanding the range.
Perturbation of the First Form of Oscillations of Liquid Metallurgical Slag in the Slag Car Bowl in Transient Operating Modes
(TECHNOLOGY CENTER PC, Kharkiv, 2025) Povorotnii, Viktor V.; Yaichuk, Oleksandr O.; Karyachenko, Nataliia V.; Shcherbyna, Iryna V.; Pohrebniak, Rodion P.; Zdanevych, Serhiі V.; Kimstach, Tetiana V.; Diachenko, Nina K.
ENG: The object of this research is the process of oscillation of liquid metallurgical slag in a slag bowl under the influence of acceleration. The work considers the oscillation processes in bowls used on railway and road slug cars, which differ in design and operating conditions. One of the key problems associated with the transportation of liquid slag is the dynamic instability of the melt, which leads to oscillations and splashing, which can pose a safety threat and reduce the efficiency of the transportation process. In this regard, the study of the dynamics of liquid slag in bowls of various designs is an urgent task aimed at optimizing transportation parameters and developing measures to reduce the risk of slag splashing. Based on the results of numerical modeling, it was established that the nature of the oscillations of liquid slag in the bowl significantly depends on the magnitude of the acceleration, the type of slag and the design of the bowl. In particular, the acceleration ranges at which different oscillation modes are observed, from minor surface disturbances to intensive slag splashing, have been determined. At the same time, the differences in the nature of oscillations for different types of slag and bowl designs lie within the limits determined by their physicochemical properties and geometric parameters. The results obtained allow to conclude that it is possible to develop measures for the operation of slag bowls, as well as their designs, in the direction of reducing the amplitude of liquid slag oscillations, which, in turn, contributes to increasing transportation safety and reducing dynamic loads on the bowl walls. The obtained data can be used in the design of new bowl designs to optimize their shape and internal elements in order to minimize slag oscillations. In addition, the information provided can be useful for metallurgical enterprises to develop effective methods for controlling and monitoring slag stability during transportation.
Factors Influencing Courier Drivers’ Preferences and Safety Perceptions in Urban Deliveries
(MDPI, Basel, Switzerland, 2025) Ivanišević, Tijana; Trifunović, Aleksandar; Neduzha, Larysa; Simović, Sreten
ENG: Background: Urban freight transport is essential for the functioning of cities. The COVID-19 pandemic accelerated the growth of e-commerce, creating new challenges for courier services. While consumer satisfaction has been extensively studied, little attention has been paid to courier drivers’ own perceptions and preferences. This study aims to fill that gap. Methods: A questionnaire survey was conducted among 139 drivers employed in eight courier companies in Serbia. Data were analyzed using parametric statistical methods (Independent Samples T-Test, Paired-Samples T-Test, and One-way ANOVA), with additional post hoc tests to explore group differences. Results: Statistically significant differences were observed across demographic, operational, and safety-related factors (gender, age, residence, occupation, license ownership, delivery area, and type of goods). A strong preference emerged for passenger vehicles as the safest mode of delivery, highlighting a misalignment between current operational practices and drivers’ safety perceptions. Conclusions: The findings emphasize the importance of tailoring delivery strategies to demographic and operational contexts. Practical recommendations include improving transport safety, optimizing delivery zones, and addressing driver satisfaction as a determinant of service quality. The study contributes new insights into last-mile delivery by focusing on the perspectives of courier drivers rather than consumers.
Дослідження поздовжньої динаміки пасажирських поїздів для надання рекомендацій з керування ними на нових ділянках Азербайджанської залізниці
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2025) Урсуляк, Людмила Вікторівна; Болотов, Олексій Олександрович
UKR: Мета. Для організації безпечного, з позиції поздовжньої динаміки, руху поїздів на ділянках Азербайджанської залізниці, які вводять в експлуатацію, у роботі передбачено надати рекомендації щодо керування рухом пасажирських поїздів та електропоїздів для реалізації максимально можливої швидкості руху з урахуванням технічних можливостей локомотивів та параметрів поздовжнього профілю. Методика. Оцінку найбільших значень поздовжніх прискорень виконано за допомогою комп’ютерного моделювання поздовжніх коливань пасажирських поїздів під час їх руху з різними швидкостями на ділянках із найбільш несприятливими параметрами профілю та плану колії, які накладаються на збурення поїзда від дій машиніста з керування його рухом. Наведено математичне моделювання силових характеристик міжвагонних з’єднань пасажирських вагонів, обладнаних модернізованими гумометалевими поглинальними апаратами. Для підтвердження достовірності математичної моделі проведено порівняння максимальних величин поздовжніх прискорень вагонів та величин гальмівних шляхів, отриманих у результаті математичного моделювання руху пасажирських поїздів, з аналогічними величинами, які було отримано під час експериментальних поїздок. Результати. З допомогою комп’ютерного моделювання поздовжніх коливань поїздів отримано діаграми розподілу найбільших повздовжніх прискорень по довжині поїздів з різною кількістю вагонів, величини гальмівних шляхів та час гальмування. Для запропонованих режимів керування поїздами проаналізовано залежності швидкості руху від координати шляху. Зазначено, що для розглянутих режимів ведення пасажирських поїздів та електропоїздів із зазначеними швидкостями руху на визначених ділянках залізниць рівень поздовжніх прискорень вагонів не перевищує значень, які вплинуть на безпеку руху поїздів та комфорт поїздки пасажирів. Наукова новизна. Автори вперше запропонували математичну модель силової характеристики модернізованого поглинального апарата, яким оснащені пасажирські вагони на Азербайджанській залізниці. Досліджено поздовжню навантаженість електропоїздів та пасажирських поїздів, а також криві швидкості руху за різних режимів ведення поїздів на окремих ділянках Азербайджанської залізниці. Практична значимість. На основі отриманих результатів надано рекомендації з керування рухом пасажирських поїздів на реальних ділянках колії для підтримання заданої швидкості
Assessing Tractors’ Active Safety in Serbia: A Driving Simulator Study
(MDPI, Basel, Switzerland, 2025) Simović, Sreten; Trifunović, Aleksandar; Ivanišević, Tijana; Lukoševičius, Vaidas; Neduzha, Larysa
ENG: The active safety of tractors remains a major concern in rural road environments, where tractor drivers face high crash risks due to limited vehicle visibility. In Serbia, 1.4% of crashes involve tractors, mainly due to poor visibility (64.3%), lack of beacon lights, unsafe overtaking, and unmarked stopped tractors (14.3% each). These issues reduce safety, increase fuel consumption and emissions, and cause economic losses. A driving simulator study with 117 drivers examined how visibility equipment affects speed perception. The results showed that 20 km/h was best estimated with all visibility aids, while 10 km/h was most accurately judged with only the slow-moving vehicle emblem. These findings emphasize the potential for simple, cost-effective visibility measures to enhance the active safety of tractors in mixed rural traffic conditions. By enhancing tractor visibility, these measures reduce crash risks, minimize unnecessary acceleration and deceleration, and lower fuel consumption and emissions associated with traffic disturbances. Furthermore, by preventing crashes, these solutions contribute to reducing resource consumption in crash-related medical care, vehicle repairs, and infrastructure damage. Integrating improved visibility equipment into rural traffic policy can significantly enhance tractors’ active safety and reduce the risk of crashes in agricultural regions.
Conceptual Basis of Adaptation of a Field-Oriented Control System for Traction Induction Motors to the Operating Parameters of a Locomotive
(MDPI, 2026) Lukoševičius, Vaidas; Goolak, Sergey O.; Derehuz, Ihor; Neduzha, Larysa O.; Keršys, Artūras; Dzerkelis, Vytautas
ENG: Field-oriented control (FOC) of induction motors (IMs) is used in railway rolling stock. In such control systems, a fixed frequency of the pulse-width modulation (PWM) inverter is used, which leads to an increase in power losses in the traction drive. To optimize power losses in the locomotive traction drive system, it is proposed to adapt the number of PWM inverter pulses to the frequency of the FOC speed controller, which is proportional to the locomotive speed. To solve this problem, conceptual foundations for adapting FOC to the locomotive speed have been developed, the key aspects of which are algorithms for adapting the PWM inverter frequency, the controller parameters and the parameters of the FOC speed controller frequency filters. The most significant results of the work are the methods for adjusting the maximum of the controllers of the basic FOC IM system, the filter structure and the inverter control scheme, adapted to the locomotive speed. The modeling results have shown the effectiveness of the proposed technical solutions. The proposed approach to developing FOC will allow minimizing the consumption of energy resources by the locomotive in the entire range of changes in its speed.
Development of a Base Material–Barrier Coating System Using Affordable Raw Materials for the Sustainable Production of Critical Railway Components
(MDPI (Basel, Switzerland), 2026) Kniaziev, Sergey; Guerrieri, Marco; Kniazieva, Hanna; Trembach, Bohdan; Babyak, Mykola O.; Neduzha, Larysa
ENG: The promising potential of porous metallic materials for railway applications (e.g., conductive materials, materials for braking systems) is due to their unique combination of low density, high specific surface area, and high energy absorption capabilities. Porous multi-phase silicide coatings (FeSi, Si2CN4) provide a synergistic effect, doubling surface hardness and establishing a stable diffusion barrier. The article proposes a comprehensive approach to replacing materials for critical railway transport components, involving the development of a base material and a barrier coating. The use of widely available induction-melting components to produce a base material with superior mechanical properties is demonstrated. The material exhibits high static strength and hardness while maintaining acceptable impact toughness and ductility. To enhance wear, corrosion, and scale resistance, technology for forming a barrier layer via silicide coatings is proposed. The coating formation technology enables the regulation of porosity through the formation of nitrogen-containing phases. It is shown that pores can serve as “containers” for fillers that impart functional properties to the coatings (e.g., adjusting the friction coefficient or electrical conductivity). The new base material–barrier coating system can serve as a foundation for the sustainable production of critical rolling stock parts and other devices for railway transportation systems.