Известия Транссиба №2(42), 2020

В статье рассмотрено совершенствование электрической составляющей модели изнашивания элементов контактных пар устройств токосъема в условиях высокоскоростного движения. Приведены гистограммы электрического изнашивания контактных элементов, полученные расчетным путем по существующей и усовершенствованной математическим моделям. Анализ полученных гистограмм позволяет сделать заключение о повышении точности расчета по усовершенствованной математической модели за счет учета влияния аэродинамического воздействия воздушного потока и скорости движения подвижного состава.

В статье представлены результаты исследований эффективности работы системы накопления электроэнергии в тяговом электроснабжении на примере одного из участков ОАО «РЖД». Рассмотрены результаты измерений электрических величин электроподвижного состава при движении по исследуемому участку железной дороги. На основе имитационного моделирования получена оценка влияния систем накопления электроэнергии на пропускную способность участка железной дороги. Построены графики изменения минимального межпоездного интервала и минимального напряжения на токоприемнике электроподвижного состава в зависимости от мощности системы накопления, энергоемкости и пороговых напряжений для режимов заряда и разряда. Разработан алгоритм работы системы накопления электроэнергии на тяговой подстанции или линейном устройстве. На основе результатов моделирования построен график степени заряженности и определена зарядная характеристика, позволяющая поддерживать глубину разряда на уровне не более заданной. По результатам расчетов определены мощность, энергоемкость и зарядная характеристика системы накопления, обеспечивающие требуемый уровень напряжения на токоприемнике электроподвижного состава в границах межподстанционных зон.

В работе представлены результаты экспериментальных исследований по образованию продуктов коррозии в результате воздействия на железобетонные конструкции агрессивной среды и электрического тока. Обсуждаются способы создания образцов с искусственной электрокоррозией в условиях, приближенных к реальной эксплуатации. Приведены результаты испытаний образцов с использованием рентгенографического метода и моделирования их прочностных характеристик.

Статья посвящена одной из актуальных проблем в деятельности ОАО «РЖД» - повышению показателей энергоэффективности работы локомотивов, а именно локомотивов нового поколения, работающих на сжиженном природном газе (СПГ), - газотурбовозов серии ГТ1h. Представлены результаты анализа типовых диаграмм тяговой работы при вождении поездов газотурбовозом на участке Сургут - Войновка Свердловской железной дороги. Предложены мероприятия, позволяющие снизить удельный расход топлива, используемого на тягу поездов, для различных режимов работы газотурбовоза (режима тяги, холостого хода, переходных режимов). Дано обоснование и описание выбранных технических решений по снижению расхода топлива системой «газотурбинный двигатель - тяговый генератор» при работе газотурбовоза в режимах холостого хода и тяги. Представлены результаты испытаний газотурбовоза при работе на холостом ходу и в режиме тяги с использованием предложенных технических решений. Проведен сравнительный анализ полученных результатов и дана экономическая оценка эффективности выбранных мероприятий при работе газотурбовоза в режимах холостого хода и тяги. Предложена математическая модель тягового электропривода и системы автоматического регулирования газотурбовоза, разработанная с использованием среды Matlab Simulink и предназначенная для исследования работы и оптимизации электромагнитных процессов, происходящих в тяговом электроприводе газотурбовоза в различных режимах его работы. По результатам моделирования алгоритмов работы системы автоматического регулирования (САР), позволяющих обеспечить энергооптимальные траектории нагружения системы «газотурбинный двигатель - тяговый генератор» во всем диапазоне регулирования мощности, дана экономическая оценка эффективности работы алгоритмов САР. Представлена экономическая оценка внедрения комплекса предложенных мероприятий по повышению энергоэффективности газотурбовозов.

В статье представлены результаты проведенного авторами исследования, целью которого была разработка модели распознавания дефектов моторно-осевых подшипников колесно-моторного блока локомотива для реализации заблаговременного автоматического оповещения управляющих структур о необходимости проведения обслуживающих или ремонтных операций и устранения дефектов на ранней стадии их возникновения. При проведении исследования использовались следующие междисциплинарные и математические методы: компьютерное и математическое моделирование, методы математической статистики, методы теории искусственного интеллекта и параметрической надежности. В результате проведенного исследования получена математическая формализация модели распознавания одного из дефектов моторно-осевых подшипников колесно-моторного блока локомотива - проточка (выкрашивание) баббитового слоя. С помощью полученной модели возможна реализация автоматического распознавания дефектов не только моторно-осевых подшипников, но и других узлов технических систем. Разработанная модель может быть использована в системах мониторинга, контроля, диагностирования технического состояния локомотивного парка с целью снижения простоев в ремонте и вынужденных затрат на плановые операции. Предложенная модель решает круг задач, описанных в концепции развития ОАО «РЖД», связанных с реализацией фактической системы ремонта по текущему техническому состоянию локомотива, а также с цифровизацией передовых направлений компании.

В статье описаны особенности конструкции токоприемников электроподвижного состава, система подвижных рам которых выполнена в виде двух сочлененных рычагов штангового типа. Однорычажные токоприемники отличаются улучшенными массово-габаритными характеристиками, что позволяет применять их в стесненных условиях крышевого пространства двухсистемных электровозов. При этом необходимость обеспечения высоких механических показателей системы подвижных рам в совокупности с малым трением в шарнирах, требует использования конструкционных материалов повышенной прочности, прецизионных методов обработки и повышенной точности при сборке. Особенно важным становится контроль поперечной и продольной жесткости системы подвижных рам во время исследовательских, периодических и квалификационных испытаний, а также при эксплуатации. В статье описана методика, позволяющая значительно сократить трудоемкость при проведении данного рода исследований, повысить скорость проведения измерений, уменьшить влияние человеческого фактора.

Для повышения уровня механизации и автоматизации процессов сборки рельсошпальной решетки на производственных базах путевых машинных станций устанавливаются звеносборочные линии. На Белорусской железной дороге в 2012 г. была внедрена полуавтоматическая звеносборочная линия марки КБ03 для сборки рельсошпальной решетки на железобетонных шпалах с промежуточным скреплением СБ-3. Повышение производительности данной линии - приоритетное направление в исследованиях, поскольку в современных условиях наблюдается повышение объемов просроченных ремонтов железнодорожных путей. В ходе исследования определено, что наиболее рациональным решением по изучению работы звеносборочной линии и поиску путей повышения производительности ее работы является использование средств имитационного моделирования. После изучения технической и иной сопроводительной документации была разработана имитационная модель звеносборочной линии КБ03. Затем выполнена валидация разработанной модели, в ходе чего она была признана заслуживающей доверие и пригодной для проведения экспериментов. На основании анализа результатов проведенных на модели экспериментов были сформированы решения по управлению производственным процессом работы звеносборочной линии КБ03 для получения максимального прироста ее производительности. Проведен расчет экономической целесообразности внедрения на производстве предлагаемых изменений и корректировок технологического процесса работы звеносборочной линии.

В статье рассмотрены организационные особенности выполнения федерального закона Российской Федерации «О транспортной безопасности» в части соблюдения требований по обеспечению транспортной безопасности объектов (зданий, строений, сооружений), не относящихся к объектам транспортной инфраструктуры и расположенных на земельных участках, соседствующих с объектами транспортной инфраструктуры и отнесенных к охранным зонам земель транспорта. Систематизированы мероприятия, обязательные для реализации на таких транспортных объектах. В работе использованы методы системного анализа, сравнительный метод, методы теоретического познания (формализация), общелогические методы и приемы исследования (анализ, обобщение, классификация, аналогия).

В рамках реализации приоритетных задач одобренной Правительством Российской Федерации Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года показаны перспективы использования высокоэффективных котлов в качестве автономного источника для получения тепловой энергии для систем теплоснабжения. Рассмотрены особенности работы и конструкции вакуумного котла, его преимущества и недостатки. Обоснованы необходимость и метод интенсификации процессов теплообмена в вакуумном котле для повышения его эффективности и снижения расхода топлива. Представлены основные положения математической модели для теплового расчета вакуумного котла с использованием k-ε-модели ANSYS CFX для описания турбулентных течений смеси реагирующих газов с учетом переноса теплоты излучением и конвекцией и модели RPI ANSYS CFX, описывающей процессы кипения жидкости. Представлены результаты расчетных исследований с использованием модели RPI ANSYS CFX при кипении на гладкой и оребренной цилиндрической поверхностях. Показаны результаты расчетных исследований влияния давления в разреженном объеме на теплофизические характеристики и рабочие параметры котла, такие как температура стенки со стороны воды, тепловые потери с уходящими газами при применении теплообменной поверхности различной конструкции. Показано влияние коэффициента оребрения на уменьшение расхода топлива при изменении давления. Предложены апробированные технические решения для формирования конструкции эффективных вакуумных котлоагрегатов с улучшенными массогабаритными параметрами. Обосновано использование конструкции эффективного вакуумного котла с поперечными ребрами на внешней теплообменной поверхности жаровой трубы с рациональными геометрическими характеристиками, представлен рациональный коэффициент оребрения Ψ =1,89.

В статье представлен критерий выбора оптимального типа вейвлет-функции для цифровой обработки значений токов и напряжений при анализе режима электрической сети. Увеличение доли электроприемников, искажающих показатели качества электроэнергии, ставит перед исследователями задачу применять более совершенные математические аппараты для анализа и моделирования таких систем электроснабжения. Дискретное (пакетное) вейвлет-преобразование позволяет производить гармонический анализ токов и напряжений при нестационарных несинусоидальных режимах. Одной из ключевых задач развития цифровых технологий в электроэнергетике является создание и развитие интеллектуальных электрических сетей с внедрением новых алгоритмов цифровой обработки данных и принятия решений. При этом должны быть разработаны алгоритмы сжатия и удаленного восстановления данных о потреблении и производстве электрической энергии в облачной среде. Вейвлет-преобразование позволяет устранять негативный эффект растекания спектра, характерный преобразованию Фурье, при анализе несинусоидальных нестационарных режимов. На основании равенства Парсеваля вейвлет-преобразование дает возможность определить энергию спектра отдельных частотных диапазонов, определяемых глубиной разложения и частотой дискретизации исследуемого сигнала. Расчет энергии спектра вейвлет-коэффициентов позволяет производить сжатие объема потока мгновенных значений напряжений и токов. В статье представлены результаты непрерывного и дискретного вейвлет-преобразования тока при коммутации батареи статических конденсаторов. Коэффициент сжатия информации превысил 5,3. Вейвлет-преобразование проведено с помощью восьми различных вейвлет-функций. Критерием выбора оптимального материнского вейвлета определено условие максимальной энергии спектра и минимальное среднеквадратическое отклонение при восстановлении исходного сигнала.

Приведена математическая модель диагностики состояния твердой изоляции высоковольтных трансформаторов по информационной оценке косвенных показателей, т. е. энтропии, например, по содержанию примесей различных газов, растворенных в трансформаторном масле, позволяющей определять техническое состояние без снятия рабочей нагрузки. Произведены расчеты величин средней информации об исправном и неисправном состоянии изоляции по различным видам газовых примесей.

В настоящей статье представлены алгоритм и метод расчета режима разомкнутой электрической сети напряжением 6-35 кВ с учетом температурной зависимости активных сопротивлений. Расчет электрического и теплового режима электрической сети проводится при совместном решении уравнений. Определение напряжений в узлах производится с помощью обратной матрицы узловых и собственных проводимостей. Определение обратной матрицы узловых и собственных проводимостей осуществляется на основе известного прямого метода Жордана - Гаусса. Уравнение теплового баланса провода, используемое для расчета фактической температуры, решается численным методом. Конвективный теплообмен записывается только для вынужденной конвекции, так как провода воздушных линий электропередачи напряжением 6 кВ и выше расположены на различных типах опор, на высоте как минимум 10 м. Этот факт позволяет отказаться от использования формул для естественной конвекции и применять выражения только для вынужденной. Учет солнечной радиации в представленном алгоритме возможен на основе двух способов: упрощенном и рассмотренным в стандарте ПАО «ФСК ЕЭС», который позволяет учитывать фактическое расположение провода относительно севера. На примере тестовой схемы произведен расчет установившегося режима с учетом температурной зависимости активных сопротивлений. Приведены результаты численного эксперимента, подтверждающие работоспособность разработанного алгоритма. Уточнение при определении потерь активной мощности с учетом и без учета фактора нагрева для рассмотренной схемы составляет около 13 %. Проверка алгоритма, реализующего метод расчета установившегося режима (УР) разомкнутой электрической сети среднего класса напряжения с учетом температурной зависимости активных сопротивлений, показала, что в технически допустимых режимах разработанный алгоритм обладает достаточно хорошей точностью в сравнении с программным комплексом RastrWin3.

В работе на примере действующих газовых месторождений Западной Сибири обозначена проблема правильного выбора класса напряжения с учетом всех периодов жизненного цикла газовых месторождений. Неверно выбранный класс напряжения приводит к тормозу развития газового месторождения. Произведена оценка динамики электрической нагрузки. Выполнен анализ существующих способов выбора класса напряжения и выявлены их недостатки. Разработаны математические модели расчета оптимального класса напряжения и расчета дисконтируемых затрат путем использования теории планирования эксперимента. Разработан алгоритм выбора оптимального напряжения и исследованы распределительные и питающие сети системы внешнего электроснабжения существующих газовых месторождений Западной Сибири. Предложен прогрессивный класс напряжения для питающей и распределительной сетей.

В статье представлены результаты исследования точечного магнитоиндукционного датчика на основе математической модели, которая позволяет обеспечить повышение надежности работы автоматизированных систем для диагностирования технического состояния подвижного состава в процессе движения поезда путем улучшения точности исходной информации, т. е. моментов фиксации прохождения осей колесных пар над магнитоиндукционными датчиками. На первом этапе разработки стигматической математической модели системы определена аналитическая зависимость величины магнитного потока в магнитном сердечнике и выходного значения ЭДС от сопротивления воздушного зазора между датчиком и гребнем колеса . На втором этапе разработки математической модели найдена зависимость от времени магнитного сопротивления воздушного зазора между сердечником магнитоиндукционного датчика и гребнем колеса железнодорожного вагона, движущегося по прямолинейному рельсовому пути с постоянной скоростью. На основе применения цифровых технологий разработанная стигматическая модель позволяет оценить энергетические параметры магнитоиндукционных датчиков в зависимости от свойств современных магнитных материалов. Результаты моделирования показали, что величина МДС постоянного магнита определяет основные параметры магнитоиндукционных датчиков, поэтому применение современных магнитов на основе редкоземельных металлов позволяет устранить традиционный недостаток устаревших типов магнитоиндукционных датчиков, т. е. снизить их габариты и массу. Применение предложенной стигматической модели расширяет область возможных решений экстремальных задач для выбора и обоснования параметров магнитоиндукционных датчиков, помогает повысить точность систем диагностирования технического состояния вагонного парка и безопасность движения на железнодорожном транспорте.

Микроминиатюризация элементов систем связи способствовала развитию Интернета вещей, что привело к расширению разнообразного сервиса и для служб железной дороги. Одним из составных частей Интернета вещей является беспроводная сенсорная сеть (БСС). Особенностью функционирования БСС является динамично изменяющаяся информационная сетевая обстановка, что усложняет принятие оперативно достоверных управленческих решений в системе мониторинга состояний объектов железнодорожного транспорта на основе их оценок. Одним из направлений принятия достоверного решения в сложной сетевой обстановке на БСС является использование в узлах управления БСС когнитивных карт. В связи с этим в статье рассматриваются различные модели когнитивных карт для оценки состояний сетевых элементов и сетевых процессов, которые в том числе могут быть использованы для служб железнодорожного транспорта.