Шум, тряска и вибрации — знакомые каждому «попутчики» в поездах. Но время не стоит на месте и каждое новое поколение инженеров ищет способы сделать жизнь человека комфортнее.
Герои этой истории — ученики 11 класса столичной школы NURORDA, которые разработали уникальные технологии стыковки железнодорожных рельсов. За свой проект ребята уже получили четыре патента и начали переговоры с национальной компанией.
В беседе с Ulysmedia юные изобретатели рассказали, как появилась их идея и почему она сможет сделать железные дороги в Казахстане тише, быстрее и безопаснее.
«Поехали на Олимпиаду и не могли уснуть»
Динмухаммед Матай и Амир Жанибек учатся в 11-м классе школы-лицея NURORDA. Парни неоднократно участвовали в казахстанских олимпиадах по физике и робототехнике, а также в международных, таких как STEM (science, technology, engineering, mathematics).
Как признались старшеклассники, интерес к технологиям пробудило простое любопытство — желание понять, как устроен мир и, по возможности, сделать его лучше.
Так, в прошлом году Динмухаммед и Амир ехали на очередное интеллектуальное соревнования и не смогли уснуть из-за стука колес поезда. Тогда школьники решили разобраться, как можно устранить эту проблему. Научным руководителем проекта стал их учитель физики Арнур Казыбеков.
— Мы обратились к Арнур-аға, консультировались, потом стали глубже исследовать и анализировать.
На разработку ушел год. Полгода — это только теоретическая часть, остальное время мы занимались самой разработкой, создавали модели и печатали наши рельсы на 3D-принтере, — поделились Динмухамед и Амир.
Как работает технологи
Всего школьники разработали четыре разных варианта соединения рельсов. Основное решение направлено на снижение шума. Как объяснили в школе NURORDA, звук в поезде — отголосок старой инженерной проблемы: между рельсами оставляют зазор, чтобы металл мог «дышать» при смене температур. И именно этот зазор заставляет колёса подскакивать.
В разработке старшеклассников путь остаётсягеометрически непрерывным, а металл при этом по-прежнему может свободно расширяться и сжиматься.
– Мы сделали рельсы “внахлёст” — один немного заходит на другой сбоку. Когда поезд проходит через стык, колесо не теряет опору. То есть мы решили разделить тепловой зазор на две или три части, чтобы рельсы оставались непрерывными, и колёса не издавали шума.Суть патента в том, чтобы уменьшить износ, шум, аварийность и так далее. Патент идет на тепловой зазор. Тепловой зазор нужен для того, чтобы металл мог свободно расширяться и сужаться. При низких температурах металл сужается, а при высоких температурах металл увеличивается в длине, — пояснили юные инженеры.
Ещё два решения касаются стыковочных перемычек.
— А зачем нужны перемычки?
— Это уже решение для минимизации бюджета. Перемычки нужны, чтобы не менять все старые рельсы. Мы просто вставляем нашу разработку между ними — это дешевле и практичнее. А если будет возможность полностью заменить рельсы, можно использовать нашу модель целиком, – объяснили дети.
Отметим, что Динмухаммед и Амир уже провели полное инженерное моделирование в SolidWorks и рассчитали тепловые деформации рельсов с учётом казахстанского климата: от –40°C до +40°C. При таких перепадах длина одного рельса меняется почти на 2,5 см.
По результатам моделирования их конструкции обеспечили:
• Снижение ударной энергии — до 80 %;
• Снижение шума — до 7 дБ;
• Снижение вибрации — до 45 %.
Направлять и вдохновлять
Учитель Арнур Казыбеков добавил, что разработка его учеников одновременно решает и другие важные задачи. По его словам, новая технология стыковки рельсов сделает поездки не только тише, но и быстрее, а главное — безопаснее.
– Есть и более глубокие проблемы — например, деформация рельсов и их обслуживание. Чем больше деформация, тем больше средств уходит на ремонт, ведь деформированный рельс нужно менять. В нашей модели рельсы меньше деформируются, что существенно снижает расходы на их обслуживание.
Кроме того, каждые несколько месяцев или раз в год рельсы приходится корректировать, потому что из-за температурных колебаний может образоваться слишком большой зазор. Это тоже проблема. А в нашей модели, как бы рельсы ни сужались и ни расширялись, непрерывность сохраняется, и колесо нигде не «проваливается». В этом и заключается уникальность проекта — в непрерывности. Этими рельсами можно в разы увеличить скорость поездов, – добавил он.
В разговоре с Ulysmedia Казыбеков отметил, что его основная задача, как педагога и руководителя научного проекта, заключалась в том, чтобы правильно направить и поддержать амбициозных подростков.
— В основном процесс шел во время участия в проектных конкурсах. Летом ребята уже дошли до стадии патента. Для участия важно, чтобы была идея, вокруг которой строятся реальные расчёты. Здесь мы касались темы физики — расширение металлов, линейное и объёмное расширение.
Моя задача была направлять: где расчёты верны, где нет, как оформить чертежи. Помимо меня, помогали родители и эксперты. Это командная работа, – заявил педагог.
Четыре патента
Все четыре разработки Динмухаммеда и Амира уже официально запатентованы в Казахстане и поданы на международную регистрацию в Женеве. Свой проект старшеклассники представили и на международной олимпиаде в Нью-Йорке, где он привлёк внимание экспертов.
Недавно юные инженеры презентовали свои идеи представителям АО «Қазақстан темір жолы». В нацкомпании отметили высокий уровень проработки проекта и выразили готовность помочь школьникам в его дальнейшей реализации.
