Известия Транссиба №1(41), 2020

Внедренная на сети российских железных дорог система контроля загрузки снегоуборочных поездов позволила выявить случаи вывоза объема снежной массы значительно меньше возможной при очистке железнодорожных путей от снега, что приводит к недоиспользованию мощности снегоуборочных поездов и маневровых тепловозов и нерациональному использованию топливно-энергетических ресурсов на работу подвижного состава. Цель работы - рассмотреть топливно-энергетическую эффективность снегоуборочных поездов и осуществляющих их перемещение маневровых тепловозов и определить пути снижения расхода топливно-энергетических ресурсов на выполнение работ по очистке путей от снега (в хозяйственном движении). Для достижения указанной цели в одном из структурных подразделений ОАО «РЖД» был оценен объем вывоза снега снегоуборочными поездами, рассчитаны значения механической работы, выполняемой тепловозами на перемещение снегоуборочной техники и расход топлива снегоуборочными поездами и тепловозами на выполнение работ по очистке путей от снега. На основании проведенного сравнительного анализа сделан вывод об имеющихся резервах повышения топливно-энергетических показателей подвижного состава при очистке путей от снега и предложены методика, позволяющая оценить суммарный расход топлива на уборку снега снегоуборочными поездами и тяговыми единицами (локомотивами), и способы повышения топливно-энергетической эффективности снегоуборочных поездов и работающих с ними тяговых средств, такие как использование подвижного состава с рациональным значением массы и мощности в зависимости от погодных условий.

Применение двенадцатипульсовых выпрямителей взамен шестипульсовых приводит к повышению эффективности работы и экономичности тяговых подстанций метрополитена. На основе экспериментальных исследований и анализа схемных решений сделан вывод о преимуществе схемы двенадцатипульсового выпрямителя последовательного типа перед схемами параллельного типа. Применение выпрямителей со схемой параллельного типа возможно только при наличии уравнительного реактора, без которого снижаются технико-экономические показатели. Внедрение наиболее рациональных двенадцатипульсовых мостовых схем выпрямления последовательного типа может быть осуществлено путем модернизации установленного оборудования либо путем промышленного освоения предприятиями-изготовителями сухих трансформаторов типа ТРСЗП с различной типовой мощностью и выпрямителей с таблеточными лавинными вентилями с охладителями на базе тепловых труб.

Постоянно проводимые исследования надежности электрического оборудования тягового подвижного состава показали, что наиболее уязвимым элементом являются изоляционные конструкции обмоток силового оборудования, особенно тяговых электродвигателей. Существующие методы и средств восстановления и ремонта изоляционных конструкций обмоток тяговых двигателей современных электровозов, основанные на сушке полимерной изоляции в конвективных электрических печах высокой мощности, являются энерго- и времязатратными. Данная технология не претерпевала значительных изменений уже более 50 лет. С целью продления ресурса полимерной изоляции электрических машин тягового подвижного состава была предложена технология сушки изоляции с использованием теплового излучения, сокращающая затраты электроэнергии на ремонт, повышающая скорость сушки за счет снижения теплопотерь. Статья посвящена вопросам проектирования нового устройства для сушки изоляции обмоток магнитной системы остова тягового двигателя электровоза вращающимся тепловым полем. Представлен анализ работ и выводов по результатам теоретических исследований, связанных с математическим моделированием. В качестве метода математического моделирование в работе использовался метод конечных элементов. Была создана упрощенная 3D модель обмотки магнитной системы остова с размещенными инфракрасными излучателями. По результатам конечно-элементного математического моделирования были получены температурные поля нагрева полимерной изоляции обмоток остова тягового двигателя. На основании данного расчета в работе были выбраны оптимальные параметры конструкции предлагаемого устройства, обеспечивающие минимальные затраты электроэнергии для различных габаритов остовов тяговых двигателей. На основании предлагаемого варианта устройства в настоящее время подана заявка на получение патента на полезную модель, а также на базе Улан-Удэнского локомотивовагоноремонтного завода - филиала АО «Желдорреммаш» осуществляется сборка данного прототипа установки. Заданы новые направления для дальнейших исследований.

Предметом исследования является энергетическая эффективность системы тягового электроснабжения и тягового электропривода электровозов. Научное обоснование оценки энергетической эффективности взаимосвязанной системы электрической тяги поездов направлено на решение задач по снижению потерь напряжения в контактной сети, активной мощности в контактной сети и тяговом электроприводе электровозов за счет полного и непрерывного использования электрического потенциала системы электроснабжения. В основу методологии исследований положены закон сохранения энергии, математическое моделирование энергетического процесса и спектральный анализ напряжения и тока на токоприемнике электровоза. Аналитически и результатами расчета доказано, что значительные потери напряжения, активной мощности в контактной сети, тяговом электроприводе электровозов вызваны неудовлетворительной работой регуляторов мощности и несоответствием уровня напряжения в контактной сети мощности, которая необходима для реализации тяжеловесного и скоростного вождения поездов. Для устранения отрицательного влияния индуктивного сопротивления тягового электроснабжения переменного тока на энергетическую эффективность и скорость движения поездов предложено повышать напряжение в контактной сети постоянного тока и разрабатывать регуляторы мощности электровозов. Математической моделью системы электрической тяги постоянного тока показаны возможности снижения потерь электрической энергии и повышения скорости движения за счет применения электрического полупроводникового вариатора для согласования высокого напряжения в контактной сети с напряжением тяговых электродвигателей электровоза.

В статье проведен анализ изменения прочностных свойств конструкционных материалов, использующихся при производстве токоприемников электроподвижного состава, предложена методика расчета снижения ресурсных показателей элементов системы подвижных рам токоприемников электроподвижного состава, изготовленных из упрочненных алюминиевых сплавов, в результате теплового воздействия протекающего тока. Рассмотрены особенности нагрева рычагов токоприемника в ходе лабораторных испытаний. Установлены наиболее теплонапряженные узлы и элементы, несущие механическую нагрузку. Определена зависимость тепловой деградации рычагов системы подвижных рам при различных значениях температуры. Рассчитана функция нелинейного преобразования для расчета интегрального значения теплового износа. Предложен способ повышения надежности и работоспособности токоприемников, базирующийся на применении перманентного контроля температуры его ключевых элементов.

В статье рассмотрены различные подходы при оценке токовых уставок на включение и отключение второго преобразовательного агрегата при внедрении систем резервирования мощности тяговых подстанций постоянного тока. Рассмотрены преимущества и недостатки существующих методов. Предложен видоизмененный алгоритм расчета токовых уставок срабатывания режимной автоматики преобразовательных агрегатов. Сравнительный анализ токов срабатывания автоматики преобразовательного агрегата выполнен на примере тяговых подстанций действующего участка Западно-Сибирской железной дороги.

В статье приведена усовершенствованная математическая модель теплового состояния полоза токоприемника для расчета распределения его температуры при взаимодействии с различными подвесками, в том числе с двойным контактным проводом. Модель учитывает неравномерность контактного нажатия токоприемника на провода вдоль пролета подвески и между ними, позволяет использовать базы данных вагона-лаборатории испытания контактной сети, рассчитывать тепловые режимы полоза на различных участках электрифицированных железных дорог, включая переходные процессы между ними. В работе приведены графики плотности распределения зигзага контактного провода высокоскоростной линии Москва - Санкт-Петербург, определены переходные и установившиеся тепловые состояния полоза при взаимодействии токоприемника с контактным проводом.

Целью исследования является разработка синхронно-реплицированной модели оценки технического состояния локомотива как технической системы для снижения возникновения отказов при эксплуатации, и как следствие снижения простоев в ремонте. При проведении исследования использовались следующие междисциплинарные и математические методы: системный анализ, компьютерное и математическое моделирование, методы теории искусственного интеллекта, математический анализ. В результате проведенного исследования получена математическая синхронно-реплицированная модель оценки технического состояния локомотива на основе искусственной многослойной нейронной сети прогнозирования. Разработанная модель может быть использована в системах мониторинга, контроля, диагностирования технического состояния локомотивного парка. Оригинальными особенностями разработанной модели являются низкий период дискретизации между опросом средств мониторинга, универсальность, адаптивность, оперативность. На основе разработанной модели построен обобщенный алгоритм управления техническим состоянием локомотивного парка. Предложенная модель и алгоритм решают круг задач, описанных в концепции развития ОАО «РЖД», связанных с реализацией фактической системы ремонта по текущему техническому состоянию локомотива и с цифровизацией передовых направлений компании.

Освещены факторы, влияющие на эксплуатационную надежность площадки монтажной автомотрисы, обслуживающей ремонт и монтаж на железной дороге. Произведены оценка и анализ системы количественных показателей надежности, описаны методы их раздельного определения по механическому, гидро- и электрооборудованию. Рассмотрена стратегия технического обслуживания и ремонта с применением методов и средств современной системы диагностирования, обеспечивающая оценку надежности объекта при проектировании, при его эксплуатации и при ремонте.

В статье речь идет о технико-экономических показателях работы грузовых тепловозов на полигонах ОАО «РЖД». В большей степени уделено внимание таким показателям, как масса поезда, расход топлива, техническая и участковая скорости. Анализ технико-экономических показателей представлен за период с 2010 по 2019 г. В статье на основе анализа технико-экономических показателей в режиме реальной эксплуатации грузовых тепловозов представлен расчет безразмерных коэффициентов массы поезда, эффективного использования топлива, участковой и технической скоростей. Представленный расчет полно характеризует как степень использования технико-экономических характеристик тепловозов по мощности и по времени, так и эффективность системы организации их эксплуатации. Знание режимов работы дизель-генераторных установок тепловозов в поездной работе является исходным материалом для анализа технических характеристик силового оборудования локомотивов и выработки рекомендаций по их оптимизации применительно к условиям эксплуатации.

В настоящей статье представлено обоснование необходимости изменения методики определения абсолютного и относительного значений потерь электроэнергии на тягу поездов. Показано, что при определении относительного значения потерь необходимо учитывать объем энергии рекуперации, возвращаемой в контактную сеть по счетчикам электроподвижного состава. Для повышения точности определения абсолютного значения потерь необходимо учитывать расход электроэнергии на нужды системы тягового электроснабжения для профилактического подогрева и плавки гололеда на проводах контактной сети, а также для обеспечения сохранного напряжения на малодеятельных электрифицированных участках железных дорог. Предложена формула для оценки составляющей потерь электроэнергии в контактной сети от протекания энергии рекуперации с учетом изменений в методологии определения потерь электроэнергии на тягу поездов.

Статья посвящена вопросу устранения термомеханических повреждений на поверхности катания колесных пар вагонов, возникающих при использовании для снижения их скорости тормозных башмаков. Предлагается новая конструкция тормозного башмака, оснащенного электромагнитами, обеспечивающая торможение без заклинивания колесной пары. Выполнен расчет тормозного усилия и обеспечиваемого замедления.

Возможности транспортно-логистической инфраструктуры в комплексе с технологическими решениями управления транспортными потоками дают прочную основу для повышения качества сервиса, предоставляемого железнодорожным транспортом, эффективности использования подвижного состава и инфраструктуры транспорта при увеличении объемов грузоперевозок, оптимизации транспортных расходов грузовладельцев и повышения доходности и привлекательности железнодорожных перевозок. Целью настоящей работы является поиск возможных технологических решений управления гружеными и порожними пробегами за счет эффективного использования инфраструктуры железнодорожной станции Тайшет Восточно-Сибирской дороги. Актуальность поставленной цели заключается в недостаточно развитой транспортно-логистической инфраструктуре региона, находящегося на пересечении крупных транспортных потоков, а также в высоких затратах логистических операторов на порожний тариф, возникающий из-за дисбаланса груженых и порожних пробегов. С учетом перспектив развития транспортно-логистической инфраструктуры станции в соответствии с долгосрочной программой развития ОАО «РЖД» появляются возможности для работы с широкой номенклатурой обрабатываемого подвижного состава и грузов, в том числе контейнерных, что стимулирует появление новых железнодорожных сервисов. В соответствии с поставленной целью на примере данных логистической компании проанализирована существующая ситуация организации груженых и порожних потоков Восточного региона; предложены технологические решения сокращения порожнего пробега подвижного состава благодаря использованию выгодного местоположения станции Тайшет. В статье рассмотрены варианты сокращения порожнего пробега по принципам кольцевой логистики и заадресации порожнего подвижного состава. Практическая значимость рассмотренных мероприятий заключается в возможностях снижения загруженности некоторых станций, в сокращении порожних пробегов подвижного состава, повышении доходности перевозок и эффективности использования подвижного состава за счет сокращения его оборота. Данная технология при своевременном обеспечении порожним подвижным составом рассмотренных станций позволяет значительно повысить уровень погрузки-выгрузки и маршрутизации поступающих порожних вагонов. В целом для сети указанные результаты позволят увеличить пропускную способность и транзитные объемы перевозок контейнеров из Китая в РФ, стимулируя тем самым развитие транспортного бизнеса.

В настоящее время согласно нормативным документам удельное сопротивление проводов линий электропередачи принимается одинаковым для любого допустимого тока нагрузки и температуры нагрева проводов, равной 20 ° . Такой учет удельных сопротивлений вызывает значительные погрешности, существенно влияющие на режимы работы линий электропередачи. В данной статье проанализировано влияние температуры наружного воздуха, тока нагрузки, интенсивности солнечной радиации, скорости и направления ветра на температуру нагрева проводов воздушных линий электропередачи и, как следствие, на значение удельного сопротивления проводов и потерь мощности и электроэнергии в них. На примере трассы БАМа показано, что даже в условиях одного региона температура наружного воздуха меняется в зависимости от времени года в весьма широких пределах. Это в свою очередь требует скрупулезного учета зависимости значения удельного сопротивления проводов линии от внешней температуры воздуха. Вместе с тем показана допустимость неучета интенсивности солнечной радиации, скорости и направления ветра на температуру нагрева проводов воздушных линий электропередачи в связи с отсутствием исчерпывающей информации об этих факторах и их противоположной направленностью. Однако такое допущение будет справедливо только при рабочих токах в диапазоне от нуля до двойного значения тока, соответствующего экономической плотности. При расчете потерь электроэнергии, особенно в сильно загруженных линиях, обязателен учет всех внешних температурних воздействий. В связи с появлением сенсорных датчиков температуры предлагается их непосредственное использование для измерения температуры нагрева проводов линии с последующим вычислением их удельного сопротивления.

Расчет прогнозного спроса на электрическую энергию энергетическими системами и комплексами субъектов Российской Федерации является актуальной задачей. Использование детерминированных способов для объектов подобного масштаба практически исключено в силу отсутствия либо существенной неполноты исходных данных. Статистические данные, доступные в официальных источниках в неизменном формат, представлены, как правило, на период три - пять лет, что является недостаточным для применения искусственных нейронных сетей. В статье сделана попытка исследования свойств сходных энергетических систем и комплексов. Современные энергосистемы и комплексы относятся к замкнутым подсистемам, множество элементов и связей которых эквивалентно множеству элементов локальных подсистем энергосистемы более высокого уровня. Это означает недопустимость составления предиктивных правил функционирования без учета разнородных внешних воздействий. Система и подсистемы при этом представляются в качестве «черного ящика». Взаимодействия между системой и внешней средой и внутри системы осуществляются передачей сигналов, которые описываются конечным набором факторов, доступных к анализу и прогнозированию. Проведен анализ возможности дополнения генеральной совокупности статистическими данными по иным объектам со сходной структурой. Подтверждено свойство гетероморфизма энергетических систем и комплексов. На примере энергосистем регионов Российской Федерации показана возможность подобного подхода в случае применения к анализу неколлинеарных групп факторов. Приведены результаты 15 расчетов наиболее энергоемких субъектов страны, в 28 % случаев погрешность точности прогнозного электропотребления составляет менее 5 %. Дальнейшее повышение точности прогноза должно развиваться в направлении увеличения числа входных факторов при соблюдении условия отсутствия их коллинеарности и мультиколлинеарности.