Известия Транссиба №2(50), 2022

Развитие систем диагностики сопровождается их широким внедрением в технические системы. Использование диагностики позволяет выявить дефекты узлов технических систем на ранней стадии их возникновения с целью заблаговременного и оперативного упреждения, повышения производительности работы, снижения времени простоя в ремонте, уменьшения материальных затрат на замену или глубокое восстановление. Железнодорожный транспорт также находится на стадии широкого внедрения диагностики в различные узлы и детали подвижного состава. Основным примером внедрения диагностических систем является локомотивный парк как более сложная техническая единица. Сегодня в локомотивном парке применяются аппаратно-программные диагностические комплексы, микропроцессорные системы диагностики, бортовые и путевые системы контроля, позволяющие охватить весь спектр диагностических данных основных технических узлов. Однако применение указанных выше систем нуждается в постоянном совершенствовании математической модели диагностирования. Одним из направлений совершенствования диагностических моделей является использование методов теории искусственного интеллекта - раздела искусственных нейронных сетей, которые по сравнению с классическими полиноминальными регрессионными моделями обладают свойством экстраполяционной точности и позволяют адаптивно прогнозировать значения диагностических параметров по данным, которые были за пределами выборки обучения искусственной нейронной сети. Данные характеристики позволяют заблаговременно и точно спрогнозировать развитие дефектов и возможных отказов с целью их устранения и получения экономического эффекта. В работе представлен пример разработки диагностической искусственной нейросетевой модели диагностики масляного голодания моторно-осевых подшипников колесно-моторного блока грузового магистрального электровоза серии 3ЭС5К «Ермак». Данный узел имеет низкие показатели надежности, поэтому нуждается в применении непрерывных средств диагностики, которые на текущий момент времени отсутствуют.

Увеличение скоростей движения электроподвижного состава оказывает влияние на энергетические показатели работы системы тягового электроснабжения. Одним из технических решений задачи по выравниванию графика тяговой нагрузки для снижения потерь напряжения в контактной сети является применение систем накопления электроэнергии. В статье приведены результаты имитационного моделирования, позволяющие оценить изменение энергетических показателей электропоезда при увеличении скоростей движения для условий одиночного следования электропоезда по участку. По результатам тяговых расчетов показано влияние уровня напряжения на токоприемнике электропоезда на техническую скорость, отклонение которой для граничных значений напряжения в скоростном движении составляет около 1 %. Для выбранного участка скоростного движения и технических скоростей обоснован уровень напряжения для проведения тяговых расчетов. Получены зависимости изменения средних значений нагрузки и технической скорости при увеличении максимальной скорости движения до 250 км/ч. Определены статистические оценки для напряжения на токоприемнике электропоезда Velaro RUS. Показано влияние энергоемкости бортовой системы накопления при соответствующей зарядной характеристике на снижение максимальных токов. Получены зависимости для падения напряжения на токоприемниках электропоезда при увеличении скоростей движения. Выполнена оценка максимальной энергоемкости устройств накопления для наиболее тяжелых условий эксплуатации при одиночном следовании электропоезда по участку. Приведенные результаты позволяют определить перспективы совершенствования способа расчета энергетических показателей и применения систем накопления на участках скоростного движения в качестве бортовых систем и сравнить их эффективность со стационарными системами на основе имитационного моделирования, в котором реализуются различные алгоритмы управления.

Рассмотрен вариант применения цепной контактной компенсированной подвески с рычагами и боковым токосъемом для трехфазной системы тягового электроснабжения (ТСТЭ). Две разнофазные контактные подвески располагаются с разных сторон от оси пути. Электроподвижной состав должен иметь два токоприемника, которые давят на контактный провод от оси пути в противоположные стороны. Произведено описание конструкции контактной подвески в целом и основных узлов, в частности крепление стержней, что позволяет обеспечить вертикальный зигзаг и ограничить поперечное перемещение контактного провода. В точках у опор рычаги соединены с консолями и имеют узел для создания угловой жесткости. Кроме этого поворот данных рычагов ограничен в сторону к оси пути и в противоположную сторону. Этим самым предотвращается возможность схлестывания разнофазных контактных проводов. В соответствии с указанной конструкцией была разработана математическая модель данной контактной подвески на основе метода конечных элементов, обеспечивающая расчет в статике и динамике с учетом токоприемника. Для описания токоприемника используется распространенная трехмассовая модель. На основе анализа результатов, полученных с помощью данной модели, определено влияние конструктивных параметров подвески, поперечного ветра и скорости движения токоприемника на качество токосъема, установлены границы применимости рассматриваемой подвески в зависимости от величины данных параметров. Определено, что в отличие от обычной контактной подвески с вертикальным токосъемом для подвесок с боковым токосъемом значительное влияние на качество токосъема оказывает боковой ветер. Именно скорость ветра является основным фактором, ограничивающим возможность применения подвески с боковым токосъемом.

В ходе эксплуатации токоприемников электроподвижного состава происходят процессы, приводящие к снижению механических показателей токоведущих конструкций. Контроль параметров работы токоприемников и нагрузок, действующих на них, в настоящее время затруднен из-за того, что разность потенциалов его элементов и кузова электроподвижного состава соответствует рабочему напряжению в контактной сети. Применение различных способов разделения среды передачи данных и гальванической развязки питания датчиков сопряжено с некоторыми недостатками, главным из которых являются значительные габариты и масса устройств такого типа. В исследовательских целях разработаны и применяются автономные источники питания и накопители информации, не претендующие на внедрение в конструкцию серийных токоприемников. В статье описано устройство, предназначенное для решения множества задач диагностики, использующее принцип утилизации свободной энергии для питания датчиков, преобразователей и системы передачи данных на внешние носители. Проведены исследования энергетических показателей модулей отбора мощности механических колебаний деталей токоприемника. Определены основные параметры пьезоэлектрического модуля для энергообеспечения малогабаритного устройства сбора диагностической информации. Предлагаемый подход должен обеспечить автономность работы устройства при движении электроподвижного состава с поднятым токоприемником. При этом отсутствует зависимость количества вырабатываемой энергии от освещенности или скорости движения, свойственных другим альтернативным источникам питания. Представлены компоновочные решения для опытного образца устройства, на основе которых возможно создание конструкторской документации для организации производства установочной партии. Описаны роль устройства в системе функционирования управляемых токоприемников и изменение технологии их эксплуатации.

В статье предлагается подход к повышению эффективности использования системы автоматического ведения поезда на основе мгновенных тяговых расчетов с использованием фактических параметров движения по данным текущих измерений бортовых систем электровозов. Выполнен критический анализ научных исследований по совершенствованию систем автоведения грузовых магистральных электровозов на основе современных технологий и алгоритмов машинного обучения. Как правило, все существующие подходы к определению оптимальных режимов ведения поезда основаны на применении правил тяговых расчетов с эмпирическим заданием сопротивлений движению и прочих факторов без учета реального влияния внешней среды, в том числе состоянии подвижного состава и объектов инфраструктуры. Представлены результаты сравнения тяговых расчетов на участке Западно-Сибирского полигона по действующим правилам и в программе «КОРТЭС» с фактическими данными бортовых систем измерений электровоза серии 2ЭС6. На основе данных, расшифрованных с регистраторов параметров движения электровозов серии 2ЭС6, исследованы законы управления током возбуждения на реостатных и ходовых позициях в режиме тяги. Обоснована возможность использования измеренных данных бортовых систем электровозов для определения параметров поезда, включая вращающий момент тяговых электродвигателей, силу тяги секций электровоза, фактическое суммарное сопротивление движению, инертные свойства и пр. Выполнен расчет указанных параметров для режима тяги. Введено понятие эквивалентной меры инертности и представлены выражения для определения параметров поезда на основе уравнения движения в виде малых приращений измеренных и расчетных данных. Полученные результаты определения параметров поезда по мгновенным тяговым расчетам и данным текущих измерений бортовых систем электровозов показали статистическую устойчивость на реостатных позициях С-соединения и могут быть использованы в реальном времени для систем автоведения поезда, обеспечивая повышение точности определения управляющих воздействий с учетом фактического влияния внешней среды и повышение эффективности использования системы автоведения грузовых электровозов в целом.

В практике железнодорожного транспорта и локомотивного комплекса используемые среднестатистические данные на практике не являются однородными, что в литературе принято называть «средней температурой по больнице». Однородность данных определяется их унимодальностью, т. е. наличием в выборке одного процесса. Неудачное формирование выборки приводит к ее бимодальности и даже к мультимодальности. Проверку на унимодальность исходных данных предлагается реализовать, воспользовавшись следствием закона больших чисел, согласно которому при увеличении числа данных однородные выборки стремятся к одному из законов распределения случайной величины: нормальному, экспоненциальному, логнормальному или другому известному закону. Следовательно, любая унимодальная выборка должна соответствовать критерию согласия, в качестве которого в статье предлагается использовать критерий Пирсона («хи-квадрат», χ). Унимодальность данных предлагается оценивать через вероятность соответствия выбранному для рассмотрения закону распределения случайной величины, считая достаточной вероятность более 0,3 (30 %). На примере данных эксплуатации локомотивов и данных бортовых микропроцессорных систем показаны данные, которые действительно не могут быть унимодальными, а есть данные, требующие изменения правил формирования выборки для достижения унимодальности. Например, при рассмотрении среднесуточных пробегов локомотивов по сериям по конкретным депо приписки при участии в одном виде движения (магистральное движение, вывозная или маневровая работа) достигается их унимодальность. Попытка укрупнить данные (взять несколько серий, несколько полигонов и др.) приводит к потере унимодальности. В статье рассмотрена унимодальность данных бортовых микропроцессорных систем управления МСУ-ТП тепловозов серии 2ТЭ116У. Ожидаемое время работы по позициям контроллера машиниста оказалось мультимодальным. Неожиданно унимодальным оказался ток тяговых электродвигателей независимо от ходовой позиции контроллера машиниста.

Актуальным вопросом является повышение коэффициента мощности электроподвижного состава. Один из способов повышения коэффициента мощности в режимах тяги и рекуперативного торможения предложен учеными ИрГУПСа - это применение выпрямительно-инверторного преобразователя на IGBT-транзисторах с измененными алгоритмами управления. Данное решение позволяет значительно снизить потребление реактивного тока из контактной сети, увеличить пропускную способность железнодорожных участков, повысить техническую скорость, увеличить КПД тяговой системы электроснабжения, а также повысить количество возвращаемой электроэнергии в контактную сеть в режиме рекуперативного торможения. Представляет интерес исследование работоспособности данного преобразователя. Объемы грузов, провозимых по железнодорожным магистралям Российской Федерации, продолжают увеличиваться. Одним из ключевых звеньев в обеспечении заданных темпов роста тонна-километровой работы является наличие мощного тягового подвижного состава, оборудованного соответствующим тяговым приводом. Мощный тяговый привод характеризуется значительным потреблением тока. Чтобы обеспечить его протекание по плечам преобразователя, применяется параллельное соединение силовых полупроводниковых приборов. Для современных преобразователей электровозов в плече используют четыре параллельные ветви силовых ключей. Особенности параллельной работы ветвей плеча сказываются на работоспособности преобразователя на IGBT-транзисторах. В данной статье предлагается рассмотреть одну из таких особенностей, а именно влияние паразитных индуктивностей на распределение токов по параллельным ветвям преобразователя в зависимости от точки подключения силовой шины переменного тока. Исследование проведено с помощью программного комплекса Matlab Simulink. В статье рассмотрены различные варианты топологии соединения силовых шин и представлены диаграммы распределения токов в параллельных ветвях плеча для каждого способа подключения. Произведена оценка таких параметров, как разброс пикового тока включения ветвей плеча, время выравнивания тока в течение периода проводимости и разница по величине тока в конкретных ветвях. Исходя из результатов исследования, а также учитывая существующие габариты для оборудования электровозов переменного тока, сделан вывод о наиболее оптимальном в применении варианте соединения силовых шин.

Существенная доля расходов ОАО «РЖД» приходится на закупку дизельного топлива и электрической энергии на тягу поездов. В связи с этим особую важность приобретает задача обеспечения рационального потребления энергоресурсов. Ее решение невозможно без четко отлаженной системы планирования и прогнозирования показателей энергетической эффективности локомотивов. В статье предложен метод прогнозирования удельного расхода энергии (УРЭ) на тягу поездов, основанный на определении прогнозных значений перевозочной работы и расхода топливно-энергетических ресурсов методом экстраполяции временных рядов, который заключается в распространении тенденций изменения величин, установленных в прошлом, на будущий период. Отличительными особенностями разработанного метода являются определение индексов сезонности и учет ритмичности изменения показателей. В случаях, если прогнозный период включает в себя месяцы первого или четвертого кварталов, предложена формула для определения прогнозного значения УРЭ с учетом влияния температуры атмосферного воздуха. Выполненные расчеты показали, что применение предложенного метода для структурных подразделений с разным объемом и характером перевозочной работы и уровнем УРЭ обеспечивает достаточно высокую точность прогнозирования энергозатрат на тягу поездов. Метод включен в состав разработанной в ОмГУПСе Методики анализа и прогнозирования расхода топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов, внедренной на сети железных дорог Российской Федерации.

В настоящее время высокоскоростной пассажирский поезд «Аfrosiyob» курсирует на участках Ташкент - Самарканд, Самарканд - Карши, Самарканд - Бухара. В ближайшем будущем планируется запустить грузовые поезда на участках маршрута Бухара - Мискен. На высокоскоростных двухпутных участках Ташкент - Самарканд, Самарканд - Наваи предусмотрено движение грузовых поездов совмещенно с пассажирскими поездами, что отрицательно сказывается на пропускной способности станций и перегонов. В связи с этим актуальным вопросом является движение грузовых поездов на этих участках. Необходимы дополнительные исследования по увеличению пропускной способности участков, где курсируют грузовые и высокоскоростные пассажирские поезда. В статье рассматриваются варианты аэродинамического взаимодействия грузовых и высокоскоростных пассажирских поездов, движущихся в попутном или встречном направлении. При этом была выдвинута идея безопасной организации движения грузовых поездов при встречном и попутном движении высокоскоростных пассажирских поездов. Результатом данного исследования является определение возможности движения грузовых поездов в одном направлении или в противоположном направлении при обеспечении безопасности движения на двухпутных участках, по которым курсируют высокоскоростные электропоезда «Аfrosiyob». Это дает возможность выработать рекомендации по более эффективному использованию пропускной способности участков. При расчете аэродинамического взаимодействия выполнен анализ научных идей, выдвинутых учеными Европы, США, России и других стран. Описаны способы решения уравнений Навье - Стокса с использованием существующих моделей программирования.

В статье рассматриваются особенности конструкции механической и экипажной частей пассажирского электровоза постоянного тока ЭП2К, которые непосредственно оказывают или обусловливают воздействие на рельсовый путь. Цель работы - рассмотреть особенности взаимодействия экипажа и пути при движении данного электровоза в кривых малого радиуса путем оценки сил, возникающих в контакте «колесо - рельс» трехосных тележек электровоза ЭП2К в данных условиях. Необходимость решения такой задачи вызвана результатами анализа статистических данных по износу гребней колес электровозов ЭП2К. Данные электровозы эксплуатируются на объединенном полигоне железных дорог, где встречается большое число криволинейных участков, в том числе и кривые малого радиуса. Для достижения поставленной цели составлена расчетная схема трехосной тележки электровоза ЭП2К, позволяющая выполнить количественную оценку сил, действующих в контакте гребней колес с головками рельсов. По расчетной схеме составлена система уравнений, решение которой и позволяет оценить силы между гребнем и внутренней гранью головки рельса. На основании результатов расчета направляющих сил колесных пар трехосной тележки электровоза ЭП2К сделан вывод о том, что значения направляющей силы, действующей на вторую колесную пару, сопоставимы с усилиями воздействия на первую и третью колесные пары, а в некоторых вариантах даже превышают значения данных усилий. Полученные результаты могут быть использованы для дальнейших исследований по разработке мероприятий, направленных на снижение износа гребней колес электровозов серии ЭП2К в условиях эксплуатации.

Надежность работы тепловозного дизеля в значительной степени зависит от его температурных режимов. Стабильность температурных режимов должна обеспечивать система охлаждения, которая регулирует отвод тепла от охлаждающей жидкости в зависимости от ее температуры и режима работы дизеля. В процессе эксплуатации при существующих алгоритмах работы штатных систем охлаждения наблюдаются существенные перепады температуры охлаждающей жидкости за довольно короткие интервалы времени. Это негативно сказывается на надежности работы дизеля. На различных сериях тепловозов система регулирования работы вентиляторов холодильника может существенно различаться. Для регулирования потока воздуха через секции холодильника применяется алгоритм включения или выключения определенного количества мотор-вентиляторов или изменения потока масла через гидромашину аксиально-поршневого типа, или регулирования уровня масла в гидротрансформаторе. Для разработки алгоритма управления работой системы охлаждения с целью стабилизации температурных режимов необходимо изучить процессы, реализуемые в эксплуатации. В статье приведены результаты исследования температурных колебаний охлаждающей жидкости в процессе эксплуатации тепловозов. По результатам исследования установлены реализуемые скорости увеличения и уменьшения температуры охлаждающей жидкости с учетом инерционности процесса. Установлено, что штатные системы охлаждения не допускают превышения установленных ограничений, но не исключают значительных перепадов температуры охлаждающей жидкости при смене режима работы дизеля. Полученные результаты могут быть использованы для совершенствования управления теплообменными процессами с целью стабилизации температурных режимов дизеля, что позволит повысить надежность его работы.

Резистивный нагрев полоза токоприемника, обусловленный протеканием тягового тока по токопроводящим элементам верхнего узла, имеет неравномерное распределение вдоль конструкции каркаса и зависит от места расположения контактного провода на вставке. Целью работы является разработка математической модели расчета потерь мощности в полозе токоприемника, позволяющая оценить ее величину с учетом зигзага контактного провода при движении электроподвижного состава. Предметом исследования является полоз токоприемника. В работе приведен пример расчета каркасного полоза токоприемника, оснащенного угольными вставками. Экспериментальные исследования распределения тока по шунтам полоза в зависимости от положения контактного провода выполнены в феврале 2021 г. в лаборатории «Конструкции контактных сетей, линий электропередачи и устройств токосъема» с использованием комплекса для испытания устройств токосъема. Расчет величины мощности нагрева полоза определяется по закону Джоуля - Ленца. Результаты расчета показали, что максимальная величина мощности нагрева наблюдается при положении контактного провода в середине полоза, при этом места наибольших потерь, расположенных по его краям, - над местами крепления шунтов. Модель позволяет получить функциональную зависимость величины нагрева вдоль полоза. Полученные результаты распределения мощности нагрева полоза позволяют дополнить комплексную модель теплового состояния токоприемника, разработанную в Омском государственном университете путей сообщения с участием авторов статьи. Универсальность разработанной модели позволяет исследовать различные зигзаги контактного провода и оценивать влияние положения контактного провода в плане на распределение тягового тока по полозу в зависимости от мест установки шунтов и их количества.

В статье приведены результаты разработки и внедрения методики управления технологическими процессами ремонта локомотивов на основе сетевого планирования. Методика позволяет в режиме онлайн отслеживать «узкие» места при производстве текущих ремонтов и сокращать продолжительность критического пути за счет варьирования временными показателями событий и работ, использования агрегатно-узлового метода ремонта, перераспределения ресурсов между критическими и некритическими работами. В основе разработанной методики лежит корректировка базовых сетевых графиков ремонта с учетом загруженности технологического оборудования и ремонтного персонала, наличия запасных частей и материалов, необходимости проведения внеплановых работ при плановой постановке в ремонт конкретного локомотива. Данный подход был реализован в рамках автоматизированной системы управления (АСУ) «Сетевой график» и обеспечивает контроль и корректировку выполнения технологических операций по показателям технологической подготовки ремонта. Разработан алгоритм определения обобщенного показателя эффективности при оценке качества функционирования автоматизированной системы управления техническим обслуживанием и ремонтном локомотив в сервисных локомотивных депо.

Основной целью данной статьи является анализ инструментария блокчейн-технологий, используемых в области цепочек поставок. Для достижения указанной цели производится детальный анализ отдельных технологий, приводятся практические примеры их использования, доказывающие полезную эффективность его интеграции. Распространение и становление информационных технологий являются существующим фактом в современном мире. Данное направление в течение последних десятилетий определяет основные траектории развития экономики, промышленности и общества в целом, что в свою очередь приводит к колоссальным изменениям в аспекте технологического прогресса. Становление и развитие цифровой среды является одним из наиболее приоритетных направлений большинства развитых стран, включая Российскую Федерацию, США, Германию и иных. Современный технологический прогресс отличается разработкой и становлением различных информационных технологий, способствующих повышению рациональности использования ресурсов и повышению эффективности работы современных предприятий. В настоящее время существует огромное множество прикладных и профессиональных задач, наиболее эффективное решение которых предполагает использование различного рода информационных технологий. В данной статье поставлен вопрос об актуальности использования технологии Blockchain, о возможных проблемах ее внедрения, о том, что может дать блокчейн различным отраслям экономики и логистике. Чтобы разобраться в вопросе, как устроен blockchain, за основу берется блокчейн второго поколения Ethereum, который включает в себя обновленную систему смарт-контрактов и многое другое. Рассмотрены актуальные вопросы, которые способен решить блокчейн в логистике, такие как инвентаризация и отслеживание грузов, проверка подлинности, прозрачность в цепочках поставок, повышение скорости доставки грузов, создание фрахтового рынка. Также рассмотрена возможность и дано описание применения данной технологии на сети железной дороги Узбекистана. Данная технология применима во многих отраслях современного быстроразвивающегося мира и способна ускорить развитие цифровой экономики.