Известия Транссиба №3(43), 2020

Предметом исследования является силовой тиристорный преобразователь электровозов переменного тока и его влияние на коэффициент мощности локомотива. Предложен и проанализирован новый способ повышения коэффициента мощности электровозов переменного тока с тиристорными преобразователями электроэнергии. К таким электровозам относятся локомотивы серий 2ЭС5К, ВЛ85, ЭП1 и др. В начале статьи кратко рассмотрены существующие способы повышения коэффициента мощности и указан их недостаток по сравнению с предложенным способом. Также проанализирован недостаток существующих преобразователей, заключающийся в наличии задержки открытия тиристоров в начале полупериода питающего напряжения. В предлагаемом способе подразумевается модернизация цепей управления тиристорами преобразователя, благодаря которой в начале полупериода за счет питающего напряжения на управляющем электроде самопроизвольно создается ток управления. Благодаря этому тиристоры открываются с минимальной задержкой относительно начала полупериода. Для оценки эффективности предложенной модернизации было проведено компьютерное моделирование работы силовой схемы электровоза в программе ORCAD. Моделирование проводилось для двух вариантов: силовая схема со штатными преобразователями и силовая схема с преобразователями, модернизированными в соответствии с предлагаемым способом. При моделировании исследовалось изменение значения коэффициента мощности электровоза при различных токе тяговых двигателей, зоне и угле регулирования. При исследовании осциллограмм токов различных плеч преобразователя обнаружено, что при использовании модернизированных преобразователей момент окончания сетевой коммутации наступает раньше, чем в штатной схеме. Отсутствует также участок с отрицательным напряжением на выходе преобразователя в начале полупериода. В конце статьи приведены значения коэффициента мощности электровоза при различных условиях. Эти результаты показывают, что использование предлагаемого способа повышает коэффициент мощности электровоза в среднем на 1,2 процентных пункта.

В статье приведены результаты исследования влияния функциональной связи между параметрами микрогеометрии поверхности тормозного диска и уровнем напряженно-деформированного состояния области контакта на коэффициент термического сопротивления в условиях торможения. Приведены результаты экспериментального исследования процесса изменения шаговых и высотных параметров микрогеометрии поверхности тормозного диска под влиянием нормальных и тангенциальных сил, реализуемых при трении. Установлено, что под влиянием нормальных и тангенциальных сил высотные параметры микрогеометрии имеют тенденцию к увеличению, а шаговые - к уменьшению. Показано, что при расчете контактного термического сопротивления необходимо учитывать функциональную связь между геометрическими параметрами микронеровностей поверхности тормозного диска и уровнем напряженно-деформированного состояния области контакта. Расчеты, выполненные без учета этой связи, приводят к завышенным величинам контактного термического сопротивления и, соответственно, к погрешности в определении величин тепловых потоков, проходящих через область контакта сопряженных поверхностей. Уточнены величины констант, которые зависят от конструктивных особенностей узла трения дискового тормоза и используются для определения характера изменения геометрических особенностей микронеровностей. Выполнена коррекция входных параметров микрогеометрии поверхности тормозного диска с учетом динамики изменения их геометрии под влиянием силового нагружения. Показано, что учет динамики изменения микрогеометрии поверхности целесообразно осуществлять при аналитическом определении контактного термического сопротивления дискового тормоза. Полученные результаты рекомендуется применять при расчетах характеристик трения и оценки тепловых потоков, проходящих через область взаимного контакта тормозного диска и тормозных колодок дискового тормоза в условиях торможения.

В статье предлагается метод с использованием математического аппарата теории нечетких множеств при автоматизации управления надежностью локомотивов, так как при написании алгоритмов возникает проблема перехода от не до конца формализованных понятий человеческого общения к формализации программного обеспечения. Описаны примеры применения нечетких множеств при расчете показателей надежности локомотивов. При анализе параметров надежности вручную объем расчетов не позволяет перейти к более сложным алгоритмам. При наличии автоматизированных систем следует для каждого показателя перевозочного процесса, влияющего на его надежность, задать функцию принадлежности к опасному и нормальному состоянию с использованием математического аппарата теории нечетких множеств. Тогда риск наступления опасного события будет оценен вероятностью принадлежности логического утверждения к риску.

В статье обоснована необходимость обновления нормативной документации по выбору сглаживающих устройств для тяговых подстанций постоянного тока. Сформулированы общие требования к сглаживающим устройствам, требования по охране труда и электромагнитной безопасности. Рассмотрены основные схемы сглаживающих устройств, применяемых на тяговых подстанциях постоянного тока. Разработаны рекомендации по выбору схем сглаживающих устройств при модернизации и строительстве новых тяговых подстанций с учетом их энергетической эффективности.

В статье освещены темы энергоэффективности тяги поездов в ОАО «РЖД». Обоснована актуальность научных исследований в данном вопросе. Приведены требования к организационно-техническим мероприятиям, внедряемым с целью повышения энергоэффективности тяги поездов. Определены группы факторов, фактически влияющих на показатели энергоэффективности. Предложено создание интеллектуальной системы мониторинга и планирования энергоэффективности тяги поездов. Сформулированы цели и задачи создания такой системы. Описаны основные особенности и классы интеллектуальных систем в контексте их применения для решения обозначенных в статье задач. Приведены функциональная схема предлагаемой системы и ее описание.

Для колесно-моторного блока грузовых электровозов характерно динамическое воздействие широкого спектра возмущений, связанных с неровностями пути. Данное обстоятельство является одной из основных причин высокой повреждаемости кожухов зубчатой передачи, отмечаемой в последнее время, и свидетельствует о необходимости совершенствования его конструкции. Предлагаемые конструктивные изменения для кожуха должны быть непосредственно связаны с оценкой уровня динамической нагруженности в процессе его эксплуатации. Представлены результаты численного и экспериментального определения собственных частот металлических кожухов тяговой зубчатой передачи, использующихся на электровозах серий ВЛ85 и 2(3)ЭС5К. Для численного определения собственных частот кожухов выполнен модальный расчет твердотельной модели кожуха в программной среде Ansys Workbench с применением метода конечных элементов. Проведен сравнительный анализ распределения полей деформаций в боковинах кожуха для незакрепленного к тяговому двигателю и жестко закрепленного кожуха. Для экспериментальной оценки собственных частот кожухов зубчатой передачи использовался вибропреобразователь, закрепленный на кожухе, для возбуждения вибрации применен метод возбуждения колебаний одиночным ударом. В результате проведения эксперимента на некоторых частотах были выявлены пиковые значения виброускорения, что свидетельствует о возникающих резонансных явлениях для кожуха, и получены значения таких динамических параметров для конструкции кожуха, как собственная частота, добротность колебательной системы, логарифмический декремент затухания, время релаксации. Значения собственных частот кожуха зубчатой передачи получены путем решения системы дифференциальных уравнений Лагранжа второго рода. Созданная с этой целью математическая модель рассматриваемой механической системы учитывает упругий характер крепления кожуха к тяговому двигателю. Полученные таким образом значения частот собственных колебаний кожуха зубчатой передачи позволяют оценить его динамическую нагруженность при частотах, близких резонансным.

Разработана модель управления жизненным циклом локомотивов при их техническом обслуживании и ремонте (ТОиР) с использованием автоматизированных систем технического диагностирования (АСТД). На основании статистического анализа данных об эксплуатации локомотивов теоретически обосновано влияние надежности локомотива и его системы технического обслуживания и ремонта на эффективность эксплуатации локомотивов. Разработаны методы анализа эффективности систем технического диагностирования с использованием математического аппарата теории информации и прогнозирования продолжительности времени технического обслуживания и ремонта с динамическим использованием накопленной статистики.

В статье приведены основные результаты проведения экспериментальных исследований в границах межподстанционных зон Фадино - Новоселецк, Новоселецк - Стрела участка Входная - Иртышское. В результате проведения исследований выявлены проблемы, которые в настоящее время препятствуют организации онлайн-мониторинга эксплуатационных показателей электроподвижного состава (ЭПС) и устройств электроснабжения: недостаточность данных о работе тяговых подстанций, наличие ЭПС без систем регистрации параметров движения (РПД), отсутствие процесса по сбору данных с РПД, отсутствие единого источника и процесса по получению данных, недостаточный объем памяти запоминающего устройства картриджа, отсутствие фиксации данных о работе локомотива в целом, недостаточный набор фиксируемых параметров, непостоянная дискретизация фиксации параметров, недостаточно детальная итоговая документация, несовершенство программного обеспечения для экспорта данных с картриджей и отсутствие привязки к глобальному времени. Показана возможность организации стыковки данных с различных автоматизированных систем ОАО «РЖД» и измерительных систем ОмГУПСа, которая позволит оценивать потери в тяговой сети, расход на собственные нужды электроподвижного состава, расход электроэнергии на тягу и возврат электроэнергии в контактную сеть, а также перейти к реализации предикативного управления режимами работы электроподвижного состава и энергетической инфраструктуры железных дорог в изменяющихся условиях перевозочного процесса, что позволит обеспечить наилучшие условия для реализации силы тяги, рекуперативного торможения, заданных графиков движения поездов, в том числе при критических ограничениях со стороны системы электроснабжения, не допуская остановку движения поездов.

В данной статье рассмотрена проблема оценки устойчивости бесстыкового пути при его температурном удлинении. Проанализирован разработанный специалистами АО «ВНИКТИ» способ определения напряженно-деформированного состояния различных упругих объектов на примере рельса бесстыкового участка пути. Суть указанного способа заключается в определении зависимости собственных частот колебаний рельса от приложенного продольного усилия. В качестве средства получения такой зависимости был выбран модальный анализ модели участка пути, произведенный с использованием метода конечных элементов. В статье изложена методика проведения расчетов собственных частот колебаний рельса, представлены описание созданной модели участка пути и ее свойства, определены контактные взаимодействия элементов модели и граничные условия. Выполнены расчеты по определению собственных частот и форм колебаний рельса, показаны первые четыре формы колебаний рельса, полученных расчетным и экспериментальным способами. Проведена оценка адекватности созданной модели участка пути посредством сравнения собственных частот и форм колебаний рельса, полученных расчетом, методами модального анализа и экспериментально при измерении колебаний на натурном объекте - рельсошпальной решетке, имеющей аналогичную модели конструкцию. В качестве критерия, позволяющего сравнивать полученные формы собственных колебаний рельса, было решено использовать расстояние между узлами колебаний. Для дальнейшего исследования выбрана первая форма колебаний. С применением созданной модели участка пути проведены расчеты и получена зависимость собственной частоты первой формы колебаний рельса от приложенного к нему продольного усилия. Полученная зависимость может быть использована в предложенном специалистами АО «ВНИКТИ» способе с целью определения действующего продольного усилия в рельсах на натурном участке бесстыкового пути.

Глобализация мировых экономических процессов ставит задачи развития международных транспортных коридоров (МТК) и их участков в составе национальных транспортных систем. Тарифная политика и нормативно-правовое окружение перевозочного процесса формируют институциональные предпосылки и грузовую базу МТК, которые могут стать барьером или драйвером его развития. Целью работы является оценка потенциала развития транспортного коридора и повышение привлекательности МТК за счет использования мультимодальных схем перевозки для привлечения грузопотоков (в том числе экспортных) со смежных направлений. В статье приводятся анализ и развитие методов оценки перспективной грузовой базы транспортного коридора в условиях конкуренции предприятий видов транспорта с учетом конфигурации национальной транспортной сети. Представлена методика оценки грузовой базы в условиях мономодальных и мультимодальных перевозок на логистических принципах - сокращение временных и стоимостных параметров схемы организации перевозок. Показаны возможности интегративного развития видов транспорта в зоне тяготения транспортного коридора за счет организации перевозок в мультимодальном сообщении. Географическое «транзитное» расположение Российской Федерации на евразийском континенте открывает широкие возможности для сближения экономик европейских и азиатских стран за счет развития МТК, пролегающих по нашей территории. Рассматриваются перспективы развития МТК «Север - Юг», зависящие от геополитических и инфраструктурных (технологических) факторов. Технологический фактор связан с такими проблемами транспортной системы России, как загруженность инфраструктуры на подходах к портам Азово-Черноморского бассейна, железнодорожного хода Москва - Лихая - Ростов-на-Дону - Краснодар и др., влияющими непосредственно на потенциал транспортного коридора. Представлена графическая схема основных железнодорожных и автомобильных сообщений МТК «Север - Юг» с расстояниями для проведения тарифных расчетов.

Организация перевозочного процесса в масштабах Российской Федерации на железнодорожном транспорте претерпела множество изменений с момента начала структурной реформы. Была создана конкурентная среда на рынке грузовых перевозок путем выделения вагонной составляющей в тарифе на перевозку. В результате возник рынок собственников подвижного состава, который определил потребность в новых инструментах для оптимизации технологических процессов взаимодействия участников процесса перевозок. Цель работы - проанализировать деятельность операторских компаний с точки зрения выполняемых ими функций и определить потенциальные направления развития. Проведен анализ организационной структуры и организационно-распорядительной документации крупных операторских компаний, а также проанализированы результаты маркетинговых исследований журнала «РЖД-Партнер» по оценке удовлетворенности грузоотправителей услугами операторов подвижного состава. Рассмотрены теоретические направления исследовании в области повышения эффективности управления вагонным парком за счет консолидации разобщенного вагонного парка под управлением единого координирующего органа управления. Выделены основные функции, исполняемые операторами в настоящий момент на транспортном рынке. Оценка индекса качества позволила выяснить, что поведение собственников подвижного состава коррелирует с конъюнктурой рынка, а сами собственники проводят клиентоориентированную политику. Показано, что возможности диверсификации бизнеса в этой области изучены слабо, хотя для удовлетворения потребностей клиентов компании расширяют перечень предоставляемых услуг. На основе систематизированного анализа предлагается для операторских компаний возможность диверсификации операторского бизнеса технологическим аутсорсингом, который позволит повысить качество их основных услуг, а также интегрироваться в соответствующие функциональные подсистемы контрагентов - транспортные предприятия и грузоотправители.

Национальной программой социально-экономического развития Дальнего Востока на период до 2024 года и на перспективу до 2035 года [1], утвержденной 24 сентября 2020 г., предусмотрена модернизация транспортной инфраструктуры Восточного полигона «Российских железных дорог», в 2021 г. провозная способность которых должна составить 144 млн т, а к 2025 г. провозная способность будет увеличена до 182 млн т. Кроме того, программой предусмотрены реализация мероприятий по увеличению производственных мощностей дальневосточных морских портов и мероприятия по развитию Арктического региона и Северного морского пути как конкурентоспособного межконтинентального транспортного коридора для перевозки грузов между портами стран Азиатско-Тихоокеанского региона и Европейского союза. Для обеспечения пропуска перспективных объемов грузопотока необходимо решить вопросы, препятствующие эффективному функционированию дальневосточных транспортных узлов. В настоящее время железнодорожная инфраструктура транспортных узлов имеет максимальную загрузку. В 2018 г. выгрузка вагонов, прибывших в составе маршрутных поездов, на припортовых станциях Дальневосточной железной дороги составила 994,46 тыс. вагонов, при этом погрузка составила 426,88 тыс. вагонов. Такая диспропорция в объемах погрузки и выгрузки грузов приводит к скоплению на припортовых станциях Восточного полигона железных дорог большого количества порожнего подвижного состава, который необходимо отправить под погрузку на станции западного направления. Высвободившийся подвижной состав занимает пути станции и порта, тем самым затрудняя выполнение маневровой работы и ограничивая возможности станции по приему груженых вагонов. Целью данного исследования является разработка предложений по организации работы с порожним вагонопотоком на Восточном полигоне железных дорог. При этом требуется решить следующие задачи: проанализировать объемы работы станций и дальневосточных морских портов, технологию взаимодействия всех частников перевозочного процесса, разработать мероприятия по организации работы регионального логистического центра с порожними вагонами, определить экономическую эффективность рассматриваемых мероприятий . Важными направлениями работы регионального логистического центра Дальневосточной железной дороги являются совершенствование технологии работы с высвободившимся подвижным составом и организация транспортно-логистической системы по ускоренному возврату порожних полувагонов на станцию погрузки. В данной работе представлена организационная схема взаимодействия операторов подвижного состава и управляющих подразделений ОАО «РЖД» для регулирования движения порожнего подвижного состава. Для повышения эффективности оперирования вагонным парком необходимо организовать оперативный обмен информацией между различными собственниками подвижного состава, региональным логистическим центром Восточного полигона и станцией выгрузки, которая должна консолидировать вагонопоток для формирования специального порожнего маршрута. Завершением исследования является определение потенциальной экономической эффективности сокращения оборота вагонов маршрутного поезда на направлении следования «станция Находка-Восточная - станции погрузки Восточно-Сибирской, Западно-Сибирской и Красноярской железных дорог».

Железнодорожные пути необщего пользования и станции примыкания магистрального железнодорожного транспорта являются важнейшими звеньями системы «железная дорога - клиенты», кроме зарождения и погашения вагонопотоков в этих пунктах происходит обмен информацией и документами. При организации взаимодействия необходимо учитывать интересы не только перевозчика и владельца (пользователя) пути необщего пользования, но и владельцев подвижного состава, поэтому наиболее эффективным решением представляется разработка автоматизированной системы управления взаимодействием. Целью работы является определение факторов, приводящих к простою вагонов в ожидании выполнения с ними технологических операций, для последующего поиска управляющих решений, направленных на устранение (снижение) негативного влияния на работу системы «железная дорога - клиенты». Для достижения указанной цели разработана блок-схема алгоритма нахождения вагона на железнодорожных путях необщего пользования, на основании которой выявлены факторы, оказывающие негативное влияние на время простоя вагонов на путях необщего пользования. Предложенный алгоритм является основой для разработки математической модели расчета времени нахождения вагона на путях необщего пользования. Вследствие выявления факторов, негативно влияющих на взаимодействие, нахождение вагонов на пути необщего пользования представлено как объект управления для последующей разработки автоматизированной системы управления взаимодействием станций примыкания и путей необщего пользования, отличающейся комплексным подходом к расчету расходов и рисков всех участников системы «железная дорога - клиенты».

В статье представлены результаты исследуемых грунтов по физическим и теплофизическим характеристикам на территории города Омска. Отсутствие таких данных может приводить к ошибочным расчетам при проектировании грунтовых зондов, использующих низкопотенциальную энергию земли. Предложена методика определения минимального расстояния между скважинами, позволяющая исключить вымораживание грунта и повысить эффективность работы теплотрансформаторов.

В работе рассматривается применение имитационного моделирования при реинжиниринге технологических процессов ремонта узлов подвижного состава на примере ремонта тележки модели 18-578 полувагона. В качестве объекта реинжиниринга рассматривался наиболее трудоемкий подпроцесс ремонта надрессорной балки этой тележки. Рассматривались три варианта реинжиниринга данного подпроцесса, предполагающие полную замену использующегося в настоящее время на ремонтных операциях (позициях) технологического оборудования на более производительное, организацию дублирующей ремонтной позиции для «узкого места» данного подпроцесса с использованием имеющегося технологического оборудования и реорганизацию технологического маршрута перемещения надрессорной балки между ремонтными позициями подпроцесса. Для обоснования выбора наиболее предпочтительного варианта реинжиниринга использовались значения таких показателей функционирования рассматриваемого подпроцесса, как его производительность за смену (пропускная способность), коэффициент загрузки используемых на ремонтных позициях ресурсов, объем незавершенного производства на конец смены, численность занятых в производстве рабочих и затраты, связанные с возможным приобретением нового технологического оборудования. Имитационное моделирование функционирования рассматриваемого подпроцесса ремонта надрессорной балки тележки осуществлялось на основе методов теории массового обслуживания. Построение имитационных моделей и оценка на их основе перечисленных выше показателей производились в среде Arena RockWell Software. При разработке имитационных моделей каждого из возможных вариантов реинжиниринга подпроцесса учитывалась дисциплина его организации и сопровождения. В статье для каждого из вариантов реинжиниринга представлены расчетные количественные оценки перечисленных показателей, полученные с использованием соответствующих разработанных имитационных моделей. Использование данных оценок снижает риски при разработке и последующей реализации организационно-технических решений, связанных с модернизацией рассматриваемого технологического подпроцесса ремонта надрессорной балки тележки полувагона.

Рассмотрено влияние систематических отказов на функциональную безопасность автоматизированных систем управления опасными технологическими процессами. Показано, что обеспечение устойчивости АСУ ТП к систематическим отказам в настоящее время является актуальной задачей. Представлены подходы для повышения устойчивости к систематическим отказам, рекомендованные МЭК 61508. Особое внимание уделено методам, базирующимся на диверситете. Подробно раскрыты функциональный диверситет и диверситет технологий. Приведены примеры использования диверситета в системах железнодорожной автоматики. Сформулированы основные проблемы применения диверситета для повышения устойчивости к систематическим отказам. Основными преимуществами использования диверситета являются повышение стойкости к систематическим отказам и снижение риска возникновения опасных отказов за счет применения диверситетных методов защиты на функциональных уровнях АСУ ТП. Недостатками использования диверситета являются значительное увеличение затрат на разработку и техническое обслуживание АСУ ТП, сложность подтверждения различного поведения диверситетных каналов при возникновении систематических отказов и отсутствие эффективного метода оценки достаточности полученного диверситета для заданного уровня полноты безопасности.