Известия Транссиба №1(49), 2022

Статья посвящена оценке влияния диагностических параметров, необходимых для оценки технического состояния профиля коллектора тяговых электродвигателей подвижного состава, на значение механической силы в контакте «щетка - коллектор». Представлены результаты проведенных экспериментальных исследований оценки параметров профиля коллектора для тяговых электродвигателей ЭК810Ч магистральных электровозов 2ЭС6. Проведены четырехэтапные численные экспериментальные исследования для следующих условий: первый этап - учтены перепады высоты ламелей и гармоник; второй этап - учтены перепады высоты ламелей без влияния гармоник (с пониженным биением); третий этап - учтены гармоники без влияния перепадов высоты ламелей (с пониженным биением); четвертый этап - учтены гармоники без влияния перепадов высоты ламелей (с повышающим коэффициентом до заданного биения). С использованием математической модели движения щетки по коллектору установлена степень взаимосвязи между диагностическими параметрами, которые характеризуют состояние профиля коллектора тягового электродвигателя, и значением механической силы в контакте «щетка - коллектор». Предложен диагностический параметр, характеризующий разброс значений механической силы в контакте «щетка - коллектор» тягового электродвигателя, определяемый из соотношения силы упругого взаимодействия щетки с коллектором и среднего значения данной силы. Анализ результатов численного эксперимента показал, что коэффициент неустойчивости контакта в значительной степени определяется величиной среднего квадратического отклонения перепадов ламелей и в малой степени зависит от значений амплитуд гармоник. Гармонический состав профиля коллектора практически не влияет на значение коэффициента неустойчивости контакта при малых значениях перепадов ламелей. Сделан вывод о возможности использования диагностических параметров оценки состояния поверхности коллектора тягового электродвигателя для определения возможного неудовлетворительного контактирования между щеткой и коллектором. Предложено производить оценку качества ремонта коллекторов тяговых электродвигателей с учетом среднего квадратического отклонения (СКО) перепадов ламелей.

В статье представлен сравнительный анализ эффективности автоматизированных систем регистрации параметров работы автономных локомотивов. Актуальность применения таких систем обусловлена предотвращением дефектов на этапе выявления возможных неисправностей в процессе эксплуатации локомотивов в межремонтные периоды. Поэтому рассмотрены применяемые системы параметрической диагностики энергетических установок автономных локомотивов. Также для сравнения представлен опыт зарубежных исследований по применению системы мониторинга тепловозов. Несмотря на то, что существующие автоматизированные системы регистрации параметров работы тепловозов имеют широкий функционал, позволяющий получить типовые зависимости мощности дизель-генераторной установки (ДГУ) от температуры и давления, эти системы не учитывают особенности протекания внутрицилиндровых процессов, которые могут существенно влиять на мощность ДГУ. В статье предложен способ контроля и настройки мощности ДГУ в процессе эксплуатации путем регистрации режимов работы оборудования и определения фактической мощности дизеля за счет расширения номенклатуры диагностических параметров с помощью установки дополнительных датчиков регистрации измеряемых величин для точности контроля и настройки ДГУ и принятия своевременных решений по техническому обслуживанию и ремонту тепловозов. Показаны структурная схема регистратора режимов работы с расположением датчиков для измерения информативных параметров и схема подключения регистратора к силовой цепи на примере маневрового тепловоза ЧМЭ3. Разработано программное обеспечение, которое может быть дополнительно установлено в штатную автоматизированную систему регистрации параметров работы тепловоза ЧМЭ3 с последующей обработкой данных.

Для повышения скорости доставки грузов разрабатываются грузовые вагоны, рассчитанные на конструкционную скорость 140 км/ч. Одной из важных частей грузового вагона является ходовая тележка, от конструкции которой зависят динамические качества вагона. В тележке таких вагонов используется рама жесткой конструкции, которая восприимчива к кососимметричным нагрузкам. Анализ стандартов показал, что проверка прочности во время проектирования рамы тележки жесткой конструкции при воздействии максимальных кососимметричных сил, которые могут возникнуть в эксплуатации при сходе колеса с рельса, не требуется, что может привести к остаточной кососимметричной деформации рамы тележки. Для оценки влияния остаточной кососимметричной деформации на безопасность движения по коэффициенту запаса устойчивости колесной пары от схода с рельсов выполнены теоретические исследования. Результаты исследований показали, что остаточная деформация рамы тележки приводит к перераспределению нагрузок на шейки оси колесной пары, которое по влиянию на коэффициент запаса устойчивости колесной пары от схода с рельсов схоже с боковой качкой вагона. Боковая качка при движении вагона влияет на снижение коэффициента запаса устойчивости колесной пары от схода с рельсов в большей степени, чем колебания при галопировании и подпрыгивании. Таким образом, допуск к эксплуатации вагонов с кососимметричной остаточной деформацией рамы тележки без ее дефектоскопии может привести к нарушению безопасности движения. Для соблюдения безопасности движения вагонов с тележками, имеющими жесткие рамы, и снижения экономических потерь на стадии проектирования должна быть проведена оценка прочности рамы в зависимости от действия кососимметричных сил.

Статья посвящена оценке возможности эффективного использования рекуперируемой энергии как ключевого фактора при выборе типа тягового подвижного состава для вождения поездов на проектируемой железнодорожной линии Дальнего Востока России. Проектируемая линия будет использоваться для перевозки угля и генеральных грузов, отправляемых в порты Охотского моря и на экспорт. Строительство новой линии даст толчок развитию северных районов Хабаровского края и северо-востока Амурской области. С учетом уникального профиля линии, имеющей протяженный спуск к морскому побережью, основная идея работы состоит в том, чтобы использовать огромное количество потенциальной энергии для выработки достаточного количества электричества для покрытия потребностей поездов встречного направления, идущих на подъем. Выполнены тягово-энергетические расчеты, которые позволили определить расчетный диапазон скоростей движения поездов и объемы потребляемой энергии. Показана возможность существенного энергетического самообеспечения рассматриваемого участка для тяги поездов при условии организации эффективного энергообмена между электровозами, находящимися на одной межподстанционной зоне, что возможно только при движении грузовых поездов по фиксированному расписанию. Оценка объемов рекуперируемой энергии показала, что рассматриваемые объемы энергии не могут быть сохранены в бортовых накопителях автономных локомотивов при существующем уровне технологий, что подтверждает необходимость электрификации. Использование электровозов с асинхронным тяговым приводом и энергоэффективными четырехквадрантными тяговыми преобразователями может обеспечить повышение уровня использования рекуперативной энергии по сравнению с электровозами с зонно-фазным регулированием напряжения на тяговых двигателях. Предлагаемое решение позволяет значительно снизить углеродный след железнодорожного транспорта на рассматриваемой линии. Возможность эффективного использования рекуперативной энергии позволяет применять этот критерий в качестве ключевого фактора при выборе вида тяги на вновь проектируемых железнодорожных линиях.

В январе 2022 г. на российско-китайской границе образовалась очередь из двух тысяч автомобилей в ожидании пропуска через государственную границу [1]. Основными причинами скопления большого числа транспортных средств на пограничных пунктах пропуска являются ограничения по перемещению транспорта и груза в связи со сложной эпидемиологической обстановкой, отсутствие оперативного информационного взаимодействия транспортных организаций и контролирующих органов, недостаточная пропускная способность транспортной и терминально-логистической инфраструктуры. Грузоотправители переходят на отправку контейнеров железнодорожным транспортом, в том числе рассматривается вопрос контрейлерных перевозок. Холдинг ОАО «РЖД» в последние годы активно развивает логистический сервис по перевозке полуприцепов железнодорожным транспортом, в том числе в международном сообщении. Транспортировка грузов в контрейлерах из приграничных провинций Китайской Народной Республики в направлении северо-восточных регионов России, где слабо развита транспортная инфраструктура, сложные климатические условия и неритмичное транспортное сообщение, является эффективным способом доставки товаров для обеспечения бесперебойного снабжения населения региона. В рамках стратегии нового Шёлкового пути «Один пояс - один путь» можно организовать контрейлерные маршруты на направлении Суйфэньхэ - Гродеково - Нижний Бестях с формированием необходимой трансграничной терминально-логистической и транспортной инфраструктуры. Предметом данного исследования является анализ инфраструктуры железнодорожного пункта пропуска «Пограничный» и технологических процессов организации международных контрейлерных перевозок. Целью работы является разработка проекта инфраструктурного оснащения терминально-логистического комплекса железнодорожного пункта пропуска «Пограничный» для организации контрейлерных перевозок. В данной работе использованы теоретические методы исследования, включая системный анализ и синтез информации. С помощью анализа количественных и качественных показателей, технологии работы и технического оснащения станции Гродеково были определены объекты терминально-логистической инфраструктуры и вопросы, которые требуют решения при осуществлении контрейлерных перевозок. В статье представлены транспортно-технологические схемы доставки контрейлеров, которые основаны на функционировании терминально-логистических комплексов, объединенных единым информационным пространством, а также рассмотрены элементы, влияющие на эффективность организации контрейлерных перевозок. Специалисты транспортной отрасли прогнозируют дальнейшее увеличение объемов пропуска и перевалки грузов через дальневосточные транспортные коридоры, поэтому применение бесперегрузочных технологий транспортировки и реализация принципов «бесшовной» логистики потребуют переформатирования приграничной терминально-логистической инфраструктуры с внедрением цифровых сервисов взаимодействия участников международной перевозки.

В статье дана оценка состояния рынка транспортно-грузовых услуг Узбекистана, рассмотрена проблема научного обоснования рационального размещения грузовых объектов страны. Анализ проблем транспортных услуг показал, что грузовые транспортные потоки перераспределились, проявились отрицательные тенденции в виде регулярного роста стоимости топливно-энергетических ресурсов, ужесточения регулятивных требований, роста таможенных пошлин, санкций в виде отмены ранее введенных льгот и др. Однако такие показатели железнодорожных грузоперевозок, как дальность контейнерных перевозок и среднее время в пути, стабильны в железнодорожном сообщении, т. е. диверсификация грузовой базы и тенденции к полной загрузке мощностей имеют место быть. Отдельно следует отметить, что железнодорожные перевозки взаимодействуют с другими транспортными отраслями - автомобильнойй, авиа, морской, речной и другими видами транспорта - как партнеры, а не как конкуренты - широко развиты мультимодальные грузовые перевозки, действуют специальные логистические агентства по обеспечению организации бесперебойной работы при грузовых перевозках. Железные дороги Узбекистана нуждаются в реформировании, а, возможно, в реструктуризации. По крайней мере уже сейчас привлекаются средства частного капитала в систему частного операторства вагонов. В статье описаны научные методы анализа и синтеза, классификации, математической статистики, используемые при исследовании. Предложена дорожная карта качественных преобразований по реорганизации транспортно-грузовой отрасли, которые принесут положительные результаты для транспортной инфраструктуры в целом. Результаты исследования в дальнейшем позволят выявить возможности терминальных сетей, способных обеспечить в короткие сроки доставку необходимых грузов больших объемов на внутренние и внешние рынки, бесперебойное функционирование необходимой инфраструктуры для размещения грузовых объектов на сети железных дорог. Объектом исследования является состояние транспортной инфраструктуры с решающей ролью в торговле.

В связи с прослеживаемым мировым трендом повышения средних скоростей движения на железнодорожном транспорте все чаще стараются исключить пересечения железных и автомобильных дорог. Однако в Российской Федерации только 40 % железнодорожных переездов находятся вблизи населенных пунктов или на оживленных автомобильных дорогах, строительство двухуровневых развязок на остальных переездах экономически не выгодно, а иногда затруднительно из-за климатических особенностей. Поэтому необходим другой подход к предотвращению инцидентов и дорожно-транспортных происшествий на переездах. При этом следует учитывать необходимость индивидуального построения стратегии обеспечения безопасности для каждого объекта транспортной инфраструктуры. В настоящее время в существующих информационных системах Министерства транспорта, Министерства внутренних дел, а также у владельцев железнодорожной инфраструктуры накоплен достаточно большой объем статистической информации об инцидентах и дорожно-транспортных происшествиях на железнодорожных переездах. Но чаще всего эти данные используются для справок, содержащих абсолютные значения в каждом из ведомств. При этом взаимосвязи между этими разрозненными источниками информации комплексно не анализируются. Современные технологии создания интеллектуальных информационных систем на основе существующих баз данных большого объема и таких инструментов, как машинное обучение, интеллектуальный поиск, нейронные сети, позволяют построить экспертную систему, основанную на определенном наборе правил, способную проанализировать ситуацию на конкретном переезде, оценить вероятность возникновения внештатных ситуаций и предложить пути их предотвращения. Кроме того, важно анализировать не только инфраструктуру, но и конкретные единицы транспортных средств и показатели безаварийности управляющих ими водителей. В данной статье рассмотрены предпосылки и технология построения базы знаний интеллектуальной системы, применяемой для анализа уровня безопасности на железнодорожных переездах, которая позволит объединить в себе в настоящее время информацию о факторах, накопленных в различных системах, оказывающих влияние на безопасность движения на переездах, и на основе накопления знаний дать прогноз развития ситуации на каждом конкретном объекте.

В Российской Федерации на неохраняемых железнодорожных переездах происходит больше всего железнодорожных аварий. Большинство научных работ и исследований по теме переездов посвящены совершенствованию работы и обслуживания охраняемых железнодорожных переездов. В настоящее время не существует эффективного способа повышения безопасности на неохраняемых железнодорожных переездах. Предметом исследования являются неохраняемые железнодорожные переезды. Целью работы является разработка комплекса предупреждения нештатных ситуаций на неохраняемых железнодорожных переездах. В статье рассмотрены случаи дорожно-транспортных происшествий на железнодорожных переездах Западно-Сибирской железной дороги за период времени с 2015 по 2020 г. и исследована схема неохраняемого железнодорожного переезда. Предложена структурная схема комплекса предупреждения нештатных ситуаций на неохраняемых железнодорожных переездах. Представлены алгоритмы работы комплекса предупреждения аварий на неохраняемых железнодорожных переездах и подачи извещения в кабину локомотива о нештатной ситуации на неохраняемых железнодорожных переездах. Использование существующей схемы кодирования автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа в качестве линии передачи информации о нештатной ситуации на железнодорожном переезде позволило значительно упростить схему разработанного комплекса. В работе рассчитаны также максимально допустимое время занятия неохраняемого железнодорожного переезда автотранспортом и время изменения кодирования в системе автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа. Предложенный комплекс предупреждения нештатных ситуаций на неохраняемых железнодорожных переездах не требует дополнительного оборудования для организации канала связи, прост в эксплуатации и имеет небольшую стоимость. Оснащение данным комплексом неохраняемых железнодорожных переездов позволит улучшить безопасность движения поездов, сократить число дорожно-транспортных происшествий и повысить эффективность работы железнодорожного транспортного комплекса в целом.

Цель представленных в статье исследований состояла в разработке компьютерных моделей для определения электромагнитных полей (ЭМП), создаваемых трехфазными системами тягового электроснабжения (СТЭ) напряжением 25 кВ. В отличие от традиционных однофазных СТЭ трехфазные системы отличаются электромагнитной сбалансированностью, обеспечивают симметричные нагрузки подстанций, повышение напряжений на токоприемниках подвижного состава, снижение несимметрии и несинусоидальности в питающих сетях 110 - 220 кВ. Однако вопросы количественной оценки условий электромагнитной безопасности в трехфазных тяговых сетях остаются неизученными. Для реализации сформулированной цели использовались методы моделирования режимов и ЭМП, разработанные в Иркутском государственном университете путей сообщения, отличительная особенность которых состоит в применении фазных координат; при этом модели элементов СТЭ формируются на базе решетчатых схем замещения. Моделирование проведено для схем трехфазных СТЭ различной сложности, при этом сложная тяговая сеть была реализована путем модификации модели реальной СТЭ одной из магистральных железных дорог Восточной Сибири. Рассматриваемый участок включал в себя 33 тяговые подстанции и 32 межподстанционные зоны. Осуществлялся пропуск 93 поездов в каждом направлении с интервалом 12 минут, масса поездов нечетного направления составляла 3200 т, четного - 6000 т. Результаты моделирования показали, что по сравнению с типовой СТЭ напряжением25 кВ в трехфазной системе максимум напряженности электрического поля увеличивается на 2,5 %. Максимальное значение напряженности магнитного поля снижается на 26 %. Аналогичные показатели для средних значений составляют 2,6 и 19 %. Разработанные цифровые модели позволили получить новые научные результаты, характеризующие пространственную структуру электромагнитных полей и условия электромагнитной безопасности в перспективных тяговых сетях трехфазной конструкции. Предложенная методика и разработанные компьютерные модели могут использоваться при проектировании перспективных СТЭ трехфазной конструкции. В условиях цифровизации транспортной электроэнергетики применение этой методики позволит научно обоснованно подходить к анализу условий электромагнитной безопасности в тяговых сетях и разрабатывать мероприятия по ее улучшению.

Рассматривается проблема повышения энергосбережения при использовании топлива в нагревательных печных агрегатах кузнечных и термических цехов для тепловой обработки металла под обработку давлением (ковку и штамповку) и термообработку (закалку, отпуск, цементацию и нитроцементацию). Исследовались способы улучшения энергосбережения в промышленных печах и вопросы снижения расхода топлива в теплотехнологических процессах. Задача рационализации регенерации низкопотенциальной теплоты уходящих газов решалась не достаточно полно, так как не в полной мере учитывались экономические факторы и влияние определяющих параметров на температурный и тепловой режимы теплоутилизационных установок. Таким образом, актуальным является решение вопроса о целесообразной степени рекуперации теплового потенциала уходящих из нагревательной печи газов, нахождения наиболее выгодных параметров теплоутилизационных установок. Предложен критерий оценки эффективного уровня степени использования теплоты отработанных газов на выходе из нагревательных печей. Предлагается оценивать эффективность работы теплоутилизационной установки и определять оптимальную степень рекуперации теплоты уходящих из нагревательной печи дымовых газов исходя из разности изменяющихся затрат на сооружение и эксплуатацию теплоутилизационной установки. Разработаны метод и алгоритм определения технически и экономически целесообразной степени утилизации низкопотенциальной теплоты продуктов сгорания топлива после печных агрегатов в теплоутилизационной установке. Разработанный алгоритм обеспечил необходимые условия оптимальности, проверялся на достаточность путем проведения исследований на существование экстремума в испытуемой точке и положительность последующих производных. Получены зависимости экономически целесообразной температуры продуктов сгорания топлива после теплоутилизационной установки от определяющих факторов, основных величин, ценовых показателей и исходных данных, позволяющих в случае реконструкции и модернизации печного хозяйства кузнечных и термических цехов минимизировать затраты на реконструкцию, и повысить эффективность его использования. Обоснована практическая значимость применения предложенных разработок для практического использования при проектировании, реконструкции и модернизации печного хозяйства кузнечных и термических цехов.

В статье рассмотрены вопросы совместного использования низкотемпературного солнечного коллектора и теплового насоса в системе солнечного теплоснабжения, комбинация которых позволяет обеспечить высокую энергоэффективность и устойчивую работу системы за весь период года. Изучение и развитие инновационных технологий в альтернативной энергетике является актуальным вопросом сегодняшнего дня. На основе фактических статистических климатических данных г. Омска произведен тепловой расчет солнечного коллектора и воздушного теплового насоса в системе теплоснабжения здания. Приведены значения солнечной инсоляции и угла наклона для города Омска по месяцам, определенные в зависимости от широты, построена зависимость изменения солнечной инсоляции города Омска от периода года. Представлена схема работы комбинированной системы солнечного коллектора и воздушного теплового насоса в системе отопления здания. Предложенная схема позволяет создать высокую энергоэффективность и устойчивую работу системы в период летних и переходных месяцев года. Приведена методика расчета выработки тепловой энергии с использованием комбинированной системы. Вычислено необходимое количество трубок солнечного вакуумного трубчатого коллектора СВК- 20А. Предложена работа воздушного теплового насоса и солнечного коллектора по бивалентной схеме, а также рассмотрен график тепловой нагрузки системы отопления. Изучены теплофизические свойства рабочего вещества солнечной системы и воздушного теплового насоса при изменении температуры окружающей среды, исследована зависимость температуры замерзания водных растворов этиленгликоля и пропиленгликоля от массовой концентрации гликоля. Произведен технический расчет коэффициента преобразования теплового насоса (СОР) для одного из учебных корпусов ОмГУПСа. Предложен эффективный вариант использования данной системы это системы отопления «теплый пол», «теплые стены» или «теплый потолок».

В статье описаны три варианта математической модели функции чувствительности магнитоиндукционного датчика для оценки влияния различных параметров датчика в электромеханической системе «колесо - рельс - магнитоиндукционный датчик» для диагностирования технического состояния поверхности катания колес подвижного состава в процессе его движения над датчиком. Описан пример алгоритма для идентификации дефектов, находящихся на поверхности круга катания колеса. Предлагаемая многовекторная математическая модель позволяет имитировать различные дефекты на поверхности катания колеса, разрабатывать и тестировать новые алгоритмы обработки выходного сигнала датчика на основе современных аппаратных и программных средств. Реализованный алгоритм идентификации дефекта основан на свойстве центрально симметричной формы функции чувствительности магнитоиндукционного датчика и выделения полезного сигнала, соответствующего определенному типу дефекта, на основе применения взаимной корреляционной функции и оценки ее максимального и минимального значений по сравнению с заданными порогами и доверительными интервалами. Основное требование для реализации модели - это равномерное движение состава над датчиком по прямолинейному участку рельсового пути. В данной статье рассматривается только один из возможных алгоритмов цифровой обработки сигналов, но предлагаемая модель позволяет сравнивать эффективность и других возможных алгоритмов идентификации дефектов поверхности катания колесных пар. Разработанная модель подтверждает перспективность применения магнитоиндукционных датчиков для идентификации не только видимых, но и скрытых дефектов на поверхности катания колеса в процессе движения железнодорожного состава.

Проблема оптимизации режимов ведения поезда долгое время продолжает оставаться актуальной, несмотря на большое число научных исследований и разработок в данной предметной области. Это связано как с общей сложностью реализации технологического процесса ведения поезда, так и с параметрической неопределенностью и значительными вариациями параметров самого объекта управления и внешней среды. Известные методы вычисления энергооптимальных режимов ведения поезда (вариационное исчисление, принцип максимума, динамическое программирование) и системы автоведения, построенные на их основе, предполагают некоторые упрощения исходной задачи и, как следствие, на практике реализуют квазиоптимальное управление. В связи с этим разработка методов поиска глобального экстремума функционала, определенного на множестве допустимых траекторий движения поезда как динамической системы, является как теоретически, так и практически значимой задачей. Целью работы является создание вычислительно-эффективного метаэвристического алгоритма поиска энергооптимального управления как глобального экстремума целевой функции, значения которой вычисляются с помощью эталонной модели объекта управления. Авторами разработан проблемно-ориентированный эволюционный алгоритм вычисления оптимального управления движением поезда на основе теории случайного поиска. Его особенностями являются предложенные специализированные операторы локального случайного поиска, учитывающие специфику объекта управления как многорежимной системы; комбинированные процедуры локальной и глобальной оптимизации на основе концепции многоостровного популяционного алгоритма с суперпопуляцией, а также метод отбора (селекции) перспективных вариантов на основе алгоритма кластеризации. Вычислительные эксперименты показали хорошую сходимость алгоритма и повторяемость результатов вычислений. На основе полученных решений может быть реализован регулятор времени хода поезда, реализующий асимптотически-оптимальное управление.