Известия Транссиба №3(63), 2025

В статье рассмотрены причины обрыва грузовых поездов, происходящего чаще всего из-за резкого перехода от сжатого состояния в растянутое. Это становится возможным ввиду неисправности тормозной системы (утечки, закупорка калиброванных отверстий воздухораспределителя) и, конечно, из-за нарушения технологии управления поездом, последняя причина зависит и от характеристик тяговых и тормозных средств подвижного состава, и от опыта и мастерства машиниста, особенно при сложном профиле пути. Установлена зависимость обрывов от времени года по причине частой пробоксовки колесной пары и снижения прочностных характеристик металла автосцепки. В связи с этим решение задач динамики поезда с целью определения рациональных приемов вождения поезда является актуальным. Использованы существующие методики построения моделей. Представлены результаты исследований продольной динамики поезда на основе дискретной модели. Расчет производился для режимов торможения и тяги во временной области, для чего заранее были определены силы, действующие на вагоны и локомотив в зависимости либо от времени (сила тяги и торможения), либо от скорости движения (силы сопротивления). С помощью математического моделирования были получены значения перемещения, скорости для каждого вагона с номером в составе, кратным пяти. Анализ полученных результатов показал, что в режиме торможения возникают повышенные продольные силы в середине состава поезда. Полученная модель позволяет изучить силы, действующие на составы с порожними вагонами, для выдавливания которых из состава необходимы относительно незначительные силы.

В статье рассматривается важная научно-техническая проблема определения переходного сопротивления в системе «рельс - земля», которая имеет критическое значение для обеспечения безопасности и эффективности работы железнодорожного транспорта. Предметом исследования выступает механизм растекания электрического тока через балластный слой с учетом особенностей контактного взаимодействия между рельсом и щебнем. Целью исследования является разработка комплексной методики расчета электротехнических параметров железнодорожного пути. Для достижения поставленной цели применяется методология аналитического моделирования, учитывающая механические характеристики системы, удельное сопротивление материалов и влияние водного слоя. В ходе исследования разработана математическая модель, позволяющая учитывать различные конфигурации контакта щебня с рельсом, включая боковое касание и зажатие под рельсом. Особое внимание в исследовании уделяется анализу влияния механического напряжения в зоне контакта, поверхностной и объемной проводимости, а также воздействию загрязнения и увлажнения балластного слоя. В результате проведенного исследования разработаны методики расчета переходного сопротивления с учетом различных факторов, построены графики зависимости сопротивления от ключевых параметров системы. Практическая значимость работы заключается в возможности применения полученных результатов для прогнозирования электротехнических характеристик железнодорожных путей, оптимизации их эксплуатации и повышения электробезопасности. Разработанная методика позволяет учитывать ключевые факторы, влияющие на переходное сопротивление: состояние поверхности щебня, объемную и поверхностную проводимость, механическое напряжение в зоне контакта. Это дает возможность более точно оценивать электротехнические характеристики железнодорожного пути и принимать обоснованные решения по его обслуживанию и ремонту. Исследование показало, что поверхностная проводимость (обусловленная загрязнением и пленкой воды) часто оказывает более значительное влияние на общее сопротивление системы, чем объемная проводимость материала.

В статье рассматривается задача оценки влияния работы зарядных станций на показатели графиков нагрузки трансформаторных подстанций. Решение задачи выполнено на примере объектов, проходящих опытную эксплуатацию в автомобильном хозяйстве железнодорожного транспорта. Параметры зарядной станции и аккумуляторной батареи электротранспорта использованы для варианта медленной зарядки на основе зарядной станции переменного тока и аккумуляторной батареи с номинальным напряжением 346 В и энергоемкостью 48 кВт · ч. Для оценки влияния работы зарядной станции рассмотрены результаты опытной эксплуатации электромобиля. Оценка выполнена для ряда показателей графиков нагрузки. Для рассмотрения и оценки динамических процессов, наблюдающихся при работе зарядной станции, разработана имитационная модель, содержащая управляемый выпрямительный преобразователь и ограничитель тока заряда, реализованный с помощью широтно-импульсного регулирования. В модели зарядной станции реализовано регулирование по уровню напряжения и тока, которые определяются на основе заводских характеристик. Полученные результаты могут быть использованы для оценки показателей графиков трансформаторных подстанций при расширении зарядной инфраструктуры, оценки показателей качества электроэнергии для различных схемных решений, применяемых при регулировании напряжения и тока заряда, разработки мероприятий по управлению спросом в процессах заряда электротранспорта, а также разработки рекомендаций по обеспечению показателей качества электроэнергии. Результатами работы являются оценка влияния работы зарядной станции на показатели графика нагрузки трансформаторной подстанции и имитационная модель зарядной станции для отработки алгоритмов регулирования, протоколов зарядки аккумуляторных батарей и схемных решений для процессов выпрямления и инвертирования тока.

Статья посвящена совершенствованию регрессионных моделей собственного сопротивления элементов заземляющего устройства при пропускании через него синусоидального тока с целью повышения точности данных моделей. Данный род моделей позволяет с достаточно высокой точностью проводить оценку изменений физических величин. Точность описания зависит от числа факторов, учитываемых при построении модели, и степени полинома регрессии. Представленные в статье модели построены на основании эксперимента по измерению собственного сопротивления элементов заземляющего устройства, в котором через цилиндрические проводники четырех диаметров - 10, 16, 22, 28 мм - пропускался синусоидальный ток с частотой 25, 50, 100, 200, 400, 800, 1000 Гц. Сила пропускаемого тока изменялась от 6 до 40 А с шагом 2 А. Из-за большого числа факторов и сложного характера физических процессов, протекающих внутри проводника, был применен многофакторный регрессионный анализ. Повышение точности представленных в статье регрессионных моделей было достигнуто за счет увеличения степени полинома регрессии. После построения моделей произведена их оценка на адекватность и оценка коэффициентов полученных моделей на статистическую значимость. Оценка адекватности моделей произведена по критерию Фишера. В результате оценки установлен факт, что полученные модели адекватны и точно описывают экспериментальные данные. Научная новизна работы состоит в усовершенствовании регрессионной модели. Практическая значимость исследований заключается в том, что повышение точности позволит получать более достоверные сведения о значении собственного сопротивления элементов заземляющих устройств, что в свою очередь упростит дальнейшую автоматизацию процесса проектирования и моделирования заземляющих устройств.

Рассмотрена проблема снижения тягово-сцепных свойств грузовых электровозов под действием динамической составляющей крутящего момента при прохождении вертикальных неровностей пути, которое может достигать 20 %. В результате проведенного анализа определены варианты конструкций тяговых приводов, позволяющие устранить данное явление. Установлено, что тяговые приводы с опорно-рамным подвешиванием тягового электродвигателя и тяговой передачи ввиду особенностей их конструкции имеет смысл применять при использовании высокомоментных тяговых электродвигателей с осевым магнитным потоком, а тяговые приводы с опорно-рамным тяговым двигателем и осевым редуктором - в случаях, когда допустимо внесение изменений в конструкцию рамы тележки. Для модернизации имеющегося парка грузовых электровозов с асинхронными ТЭД предложено применять опорно-осевой привод с упругим звеном, не требующий внесения изменений в конструкцию рамы тележки. Проведен поиск новых вариантов размещения упругих элементов в опорно-осевом приводе. Предложена конструкция опорно-осевого тягового привода агрегатной компоновки, в котором упругий элемент представляет собой одинарную упруго-компенсирующую муфту, варианты конструкции опорно-осевого тягового привода интегрированной компоновки с применением тонкослойных резинометаллических элементов и размещением упругих элементов в полом якоре или на колесных центрах, а также вариант конструкции тягового привода с опорно-рамным подвешиванием тягового электродвигателя и двойной зубчатой муфтой, в котором упругие элементы расположены в диске колесного центра, а осевой редуктор опирается на колесную пару через полый вал и тонкослойные резинометаллические элементы. На предложенные конструкции получен патент на полезную модель и поданы три заявки на получение патента.

Описана математическая модель для адаптивной системы автоматического управления тормозом грузового поезда с применением расширенного фильтра Калмана (EKF) для идентификации реальных параметров поезда и тормозной системы. Для оценки качества работы предложенной системы автоматического управления был выполнен имитационный эксперимент с вероятностной постановкой задачи исследования с использованием модели разработанной САУ ПТ. Целью выполненного эксперимента является определение вероятностных характеристик случайной величины отклонения координаты остановки поезда от заданного значения. Определение достаточности количества выполненных расчетов для достоверного определения статистических характеристик в данном исследовании выполнено с использованием методики определения границ доверительных интервалов выборочных среднего и дисперсии для выполненного количества расчетов. Получены гистограммы распределения величины отклонения от заданной точки остановки при прицельном торможении поезда с выключенным и включенным алгоритмом EKF. Для оценки вероятности превышения величиной отклонения координат остановки от заданного значения подобраны теоретические законы распределения случайной величины и проверены по критерию согласия nw2. Показано, что без применения предложенного алгоритма идентификации параметров тормозной системы и поезда (расширенного фильтра Калмана (EKF)) величина отклонения от заданной точки остановки при прицельном торможении поезда может привести к серьезному нарушению безопасности движения поездов. Предложенная система автоматического управления пневматическим тормозом обеспечивает высокое качество управления, позволяя повысить точность прицельного остановочного торможения поезда в заданную координату пути. Работа выполнена за счет бюджетного финансирования в рамках государственного задания от 20.03.2025 № 103-00001-25-02.

Целью данной работы является оценка влияния жесткости пружины, последовательно включенной с гидравлическим гасителем колебаний, на диссипативные силы в гидравлическом гасителе, а также на коэффициенты динамики в буксовой ступени рессорного подвешивания. В качестве объекта исследования рассматривается одноосная трехмассовая модель с двухступенчатым рессорным подвешиванием, соответствующая четырехосной секции грузового электровоза. Моделируются вертикальные колебания подпрыгивания кузова, тележек и колесных пар экипажа при случайном кинематическом возмущении в виде неровности пути и двух вариантах конструкции буксовой ступени рессорного подвешивания: с типовым и упругозащищенным (предлагаемым) гидравлическими гасителями. При моделировании учитываются также упругие и диссипативные свойства пути, приведенные к одной колесной паре. Возмущение задавалось выражениями спектральных плотностей неровностей раздельно в низкочастотном и высокочастотном диапазонах. Решение уравнений колебаний выполнено в частотной области с определением вещественной, мнимой и амплитудной частотных характеристик диссипативных сил типового и упругозащищенного гасителей колебаний в буксовой ступени рессорного подвешивания, связывающих кинематическое возмущение с изменением сил указанных гасителей. Проверка эффективности последовательного включения пружины с гидравлическим гасителем колебаний выполнялась на основе исследования динамических свойств упрощенной трехмассовой модели локомотива с типовым и упругозащищенным гасителями колебаний. Кроме того, на основе исследования случайных процессов вертикальных колебаний такой модели определялись значения показателей динамических качеств и максимальных динамических сил, действующих на гасители. По результатам расчетов были сделаны выводы о значительном снижении динамических сил в упругозащищенном гасителе по сравнению с типовым при незначительном ухудшении показателей динамических качеств, которые в обоих вариантах расчета не превышают своих допустимых значений. Рекомендовано окончательные выводы сделать после решения задачи оптимизации параметров рессорного подвешивания на полноразмерной модели экипажа.

Работа посвящена возможности определения местоположения железнодорожного подвижного состава на участке железнодорожного пути по значению входного сопротивления рельсовой линии с учетом влияния параметров ее аппаратуры и внешних факторов. Целью работы является оценка возможность использования значение комплексного входного сопротивления участка железнодорожного пути для уточнения местоположения железнодорожного подвижного состава в классических рельсовых цепях. В статье представлены результаты моделирования изменения значений входного сопротивления участка железнодорожного пути на примере кодовой рельсовый цепи частотой 25 Гц, традиционно применяемой на железных дорогах Российской Федерации и стран СНГ. В качестве исходных данных взяты три основных режима расчета рельсовых цепей: нормальный, шунтовой и контрольный. На основании аналитических выражений классической теории рельсовых цепей для этих режимов с применением программного пакета Smath Studio получены графики зависимостей значений активной и реактивной составляющих комплексного входного сопротивления от значений сопротивления изоляции, ординаты местоположения железнодорожного подвижного состава и места излома рельса. Результаты моделирования показали, что возможно использовать значение комплексного входного сопротивления участка железнодорожного пути для определения местоположения железнодорожного подвижного состава с точностью 50 метров и определения места излома рельса с точностью 100 м. Полученные результаты могут найти применение при разработке систем отслеживания местоположения подвижного состава, в том числе высокоскоростного, а также в системах диагностирования элементов рельсовой сети, что в целом позволит перейти на системы предиктивного обнаружения отказов.

Стремительная глобализация и растущие объемы перевозок требуют внедрения современных технологий и инновационных решений. В связи с этим необходимо эффективно планировать перевозку грузов различными видами транспорта. Перевозки грузов обусловливаются необходимостью продолжения и завершения процесса производства продуктов промышленности и сельского хозяйства в сфере обращения, после чего они становятся готовыми к потреблению. Предлагаемая методология по совершенствованию доставки грузов обеспечит расчет всех видов отправок и позволит сократить время доставки грузов. Применение предлагаемой методологии поможет определить процесс принятия решения при выполнении различных процессов на станции. Предложенная модель основана на математическом моделировании в зависимости от технологического процесса для принятия эффективного решения. В целях проверки методологии по нормированию продолжительности перевозок необходимо организовать их, учитывая опаздывание каждого технологичекого процесса. Основными причинами применения нормативов являются ускорение доставки груза и правильное распределение штрафов между железной дорогой и клиентами за несвоевременную доставку. Эффективное управление грузопотоками на железнодорожном транспорте требует комплексного подхода, направленного на улучшение всех аспектов функционирования, что в свою очередь будет способствовать повышению грузооборота и развитию транспортной системы. Эффект от применения данной методики позволяет планировать принятие решений при изучении факторов, влияющих на ожидание выполняемых технологических процессов для совершенствования доставки грузов. Модель позволяет сократить время ожидания вагонов и наблюдать технологические процессы.

В статье рассматривается проблема тарифной разобщённости городского и пригородного транспорта в пределах Ташкентской агломерации, которая приводит к повышенным расходам пассажиров и снижению эффективности использования инфраструктуры. Предметом исследования является процесс организации тарифного взаимодействия между различными видами транспорта и разработка экономически обоснованного механизма интеграции тарифов. Цель работы заключается в формировании единой схемы расчёта тарифа, позволяющей учитывать поездку на пригородном поезде как составную часть общего маршрута внутри городской транспортной сети. Методологическая основа исследования включает в себя сравнительный анализ действующих тарифных схем, оценку их влияния на затраты пассажиров и разработку математической модели интегрированного тарифообразования. В качестве практического инструмента предлагается использование фиксированной скидки при пересадках, реализуемой через цифровую платформу ATTO. Методика интегрированного тарифа предусматривает автоматическое определение мультимодального маршрута, объединение всех поездок в единую транзакцию и применение регулируемой скидки при пересадке с пригородного поезда на городской транспорт. Полученные результаты интегрированного тарифа подтверждают, что интеграция тарифов позволяет существенно снизить совокупные расходы пассажиров и повысить привлекательность железнодорожных перевозок. Область применения упомянутых результатов охватывает разработку тарифной политики, транспортное планирование, создание транспортно-пересадочных узлов и цифровых сервисов для управления пассажирскими потоками. В заключение делается вывод о том, что внедрение интегрированного тарифа на базе цифровых технологий способствует повышению доступности и удобства поездок, оптимизации транспортной системы агломерации и развитию устойчивой мобильности.

В статье рассматривается вопрос о пожарной опасности диэлектрической среды трансформатора (трансформаторного масла), в котором за период эксплуатации изменяются характеристики, в том числе и пожароопасные свойства. Целью работы является исследование трансформаторной диэлектрической среды (трансформаторного масла) на воспламеняемость. В статье приведены результаты лабораторных испытаний нового и отработанного трансформаторного масла по определению параметров температуры воспламенения и температуры вспышки. Проанализированы статистические данные по пожарам, связанным с электрооборудованием. Установлено, что при длительной и интенсивной выработке физико-химические свойства трансформаторного масла ухудшаются. Представленные результаты исследований подтверждают, что трансформаторное масло может превращаться из горючей жидкости в более пожароопасную легковоспламеняющуюся жидкость. Исследования по определению температуры вспышки и воспламенения производились с помощью лабораторного оборудования по ГОСТ 12.1.044-2018. Исследовалась причина такого критического превращения и проводился более углубленный анализ образцов нового и отработанного трансформаторного масла с помощью хроматографа «Кристаллюкс-4000М». Установлено, что за период эксплуатации трансформаторное масло теряет свои свойства, в том числе повышается пожарная опасность, а именно температура воспламенения, и температура вспышки снижается на 19 и 32,2 % соответственно. Выявлено, что из-за изменений в химической структуре масла ухудшается показатель его пожаробезопасности. Акцентируется внимание на актуальности проблемы своевременной замены трансформаторного масла, так как именно оно является одним из основных источников пожарной опасности. Предлагаются пути решения названной проблемы в виде более тщательного контроля за состоянием трансформаторного масла и сроком его замены.

Актуальным является вопрос проектирования устройств с оптимальными характеристиками преобразования электрического сигнала и его формы без искажения при разработке устройства с малыми габаритами для электроподвижного состава. В данной статье рассмотрено влияние параметров трансформатора на форму передачи напряжения и даны рекомендации по выбору значений этих параметров. Это касается импульсных, дифференциальных трансформаторов и трансформаторов малой мощности. Проработка данного вопроса идет в направлении от теории к конструктивному расчету. В эпоху проектирования цифровых двойников расчетная математическая модель трансформатора позволит получить быстрое принятие решения о соответствии заложенных требований к изделию. Являясь универсальной, предлагаемая модель позволяет выполнять расчеты для любого импульсного трансформатора при условии задания соответствующих исходных данных и позволит уже на этапе проектирования получить оценочную характеристику трансформатора. Исследование показало зависимость между конструкцией трансформатора, используемыми материалами для магнитопровода и формой выходного сигнала. Очевидно, что индуктивность рассеивания и емкость обмоток являются основными параметрами, которые вносят искажения в сигнал. Моделирование конструкции обмоток, подбор магнитных сплавов или ферритов способствуют уменьшению вихревых токов в магнитопроводе, что позволяет улучшить характеристики выходного сигнала и снизить влияние постоянной составляющей тока в конце импульса. Модель трансформатора с уменьшенными габаритами сердечника из стали с меньшей толщиной проката и однородной доменной структурой, а также использование распределенной обмотки по сердечнику, которая имеет минимальную собственную емкость, получила наименьшее влияние на выходной сигнал с допустимым искажением сигнала 3 %. Полученная модель трансформатора может использоваться для создания готового изделия.

В статье рассматривается современный метод диагностики рельсовых цепей (РЦ) с использованием широкополосных сигналов (ШПС). Актуальность исследования обусловлена существенными недостатками традиционных рельсовых цепей, такими как низкая информативность, значительная зависимость от состояния балласта и высокие эксплуатационные затраты, которые приводят к существенным экономическим потерям и рискам для безопасности движения. Предлагаемый подход с применением ШПС позволяет осуществлять непрерывный мониторинг состояния пути в реальном времени, точно локализуя дефекты, такие как обрывы, утечки тока, ухудшение изоляции и микротрещины, что невозможно при использовании классических методов. Это не только повышает безопасность движения, но и существенно снижает количество ложных срабатываний. В работе представлена детализированная математическая модель распространения ШПС, учитывающая ключевые факторы затухания: влияние утечек тока через балласт, шпалы и межпутевые соединения. Проведен комплексный анализ частотных характеристик сигнала, включая изучение скин-эффекта в рельсах и зависимости комплексного импеданса балласта от внешних условий, таких как влажность и температура. Для минимизации потерь сигнала предложен комплексный подход, основанный на адаптивной оптимизации частотного диапазона и применении алгоритмов обработки данных. Центральное место в исследовании занимает принцип согласованной фильтрации, который обеспечивает максимальное отношение «сигнал/шум» на выходе фильтра благодаря эффективному сжатию сигнала и интеллектуальному подбору его параметров. Разработана и представлена структурная схема системы диагностики с подробным описанием функциональных узлов. Результаты исследования демонстрируют, что внедрение системы контроля на основе ШПС позволяет перейти к непрерывному мониторингу состояния инфраструктуры без остановки движения, значительно повысить точность и скорость локализации дефектов. Практическая реализация разработанного метода способна существенно снизить эксплуатационные расходы и в целом повысить надежность, безопасность и пропускную способность железнодорожного транспорта.

В настоящее время частотно-регулируемый синхронный электродвигатель с электромагнитным возбуждением активно применяется в высокоавтоматизированных электроприводах большой мощности (единицы и десятки МВт) различных механизмов и агрегатов, для которых ранее использовались менее надежные и требующие более тщательного обслуживания электромеханические системы постоянного тока. В то же время организация систем автоматического управления синхронных машин с помощью традиционного способа, при котором контурные регуляторы настраиваются в соответствии с принципом подчиненного регулирования, является более сложной задачей ввиду особенностей объекта управления - синхронного двигателя (в большей мере выраженной нелинейности, многомерности, трудоемкости учета насыщения магнитной системы). Цель данной работы - сравнительный анализ переходных процессов, возникающих при работе частотно-регулируемой синхронной машины, для которой вводится учет насыщения по основному магнитному потоку - потоку в воздушном зазоре - при регулировании ее координат за счет организации двух различных систем автоматического управления: типовой, в основе которой лежит применение полеориентированного управления по магнитному полю статора, и модернизированной, в которой закон управления магнитным полем машины изменяется в зависимости от статической нагрузки. Особое внимание в рамках данной статьи уделяется способу учета насыщения магнитной системы двигателя и построению математической и имитационной моделей, удобных для дальнейшего синтеза с системой автоуправления. На основе указанного сравнительного анализа в статье обосновывается целесообразность синтеза более сложных систем автоуправления - систем с переменной структурой, в которых негативное влияние на качество регулирования из-за возникновения насыщения магнитной системы машины нивелируется выбором оптимального закона управления магнитным полем. Модели, представленные в статье, могут быть использованы при проектировании реальных регулируемых синхронных электроприводов, работающих в условиях высоких нагрузок.