Известия Транссиба №2(26), 2016

Представлены результаты исследований по анализу и оценке эффективности использования тепловозов 3ТЭ10М на холмисто-горном участке Мароканд - Навои узбекских железных дорог при движении грузовых поездов с остановками и без остановок на промежуточных станциях (раздельных пунктах).Приведены параметры основных показателей перевозочной работы исследуемых тепловозов 3ТЭ10М в виде табличных данных и графических зависимостей,а также обозначены уравнения регрессии для организации вычисления значений упомянутых показателей в принятом диапазоне изменения массы состава грузовых поездов.

Приведена методика расчета максимальной массы состава вагонов.Выполнен расчет максимальной массы состава вагонов грузовых поездов тепловоза 2ТЭ116 и электровоза 2ЭС5К в условиях Улан-Баторской железной дороги.Представлено обоснование выбора серии электровоза для Улан-Баторской железной дороги.

Разработана конструкция рабочего органа планировщика откосов для выправочно-подбивочно-отделочной машины ВПО-3000. На основе проведенного анализа существующих конструкций планировщиков балласта путевых машин (ВПО-3000,СЗП-600Р,ПБ-01,СС-3,ЭЛБ-3МК,ЭЛБ-4К),находящихся в эксплуатации на сети Западно-Сибирской железной дороги,выбран наиболее подходящий аналог - плуг машины СЗП-600Р.В предлагаемом проекте конструкция всех структурных элементов плуга СЗП-600Р была изменена с учетом требуемых траекторий движения планировщика откосов и его геометрической компоновки на машине ВПО-3000,а также с учетом требований,предъявляемых к конструкции и состоянию верхнего строения пути,в частности,щебеночной балластной призмы,после проведения работ по ее очистке щебнеочистительной машиной СЧ-600. Выбор геометрических параметров и расчет конструкции элементов планировщика откосов выполнены с применением программы APMWinMashin согласно реальным условиям эксплуатации и действующим нагрузкам,в частности: стрела с плугом находится в рабочем положении и осуществляет срезание и сдвижку неочищенного балласта за опоры контактной сети; стрела раскрыта на максимальный угол ?; плуги не раскрываются и располагаются вдоль оси стрелы. Разработанная конструкция планировщика откосов позволяет производить удаление загрязненного участка балластной призмы от железнодорожного пути и другие операции по планированию откосов призмы. Предлагаемый проект усовершенствования машины ВПО-3000 позволяет исключить из технологического процесса модернизации железнодорожного полотна дополнительную машину по удалению загрязненного участка балластной призмы,что обеспечивает снижение себестоимости производимых работ.

Фрагменты системы квазипружины в частности также могут обладать нулевой жесткостью,что проявляется через особенности совместных движений элементов системы. Результаты исследований подтверждаются вычислительным моделированием,приводятся графики частотных зависимостей для отношений координат движения.Получен ряд аналитических соотношений для определения частот граничных условий перехода к различным режимам.Для оценки динамических свойств используются структурные математические модели и правила их преобразования.

Рациональным способом повышения эксплуатационного КПД локомотива является ступенчатое регулирование мощности. Осуществление данного способа возможно при применении устройств автоматического регулирования мощности,реализующих оптимальный нагрузочный режим работы тягово-энергетической установки (ТЭУ) локомотива. Целью данной работы является получение математической зависимости,устанавливающей оптимальное соотношение количества работающих тяговых двигателей (ТД) с учетом силы тяги и скорости движения. Определение оптимального соотношения находящихся в работе тяговых двигателей базируется на нахождении минимума потерь мощности в узлах ТЭУ. Поиск минимума сложной функции представляет собой задачу оптимизации,которая с математической точки зрения сводится к определению минимума функции многих переменных,имеющих целый ряд ограничений и связей. Для решения задачи поиска минимума сложной функции использован метод неопределенных множителей Лагранжа. Процесс оптимизации рассматривается при постоянном значении напряжения,подведенного к ТД,и реализуемой мощности. Переменные величины - сила тяги,скорость движения,коэффициент добавочных потерь,сопротивление цепи якоря ТД - были приняты постоянными,что позволило упростить решение задачи,сведя его к поиску трех неизвестных величин - тока,числа ТД и магнитного потока. Решением данной системы уравнений относительно числа ТД,участвующих в работе,были получены аналитические зависимости оптимальных значений числа ТД в зависимости от скорости движения,силы тяги на ободе движущих колес электровоза и напряжения. Аналитические выражения для определения оптимальных параметров регулирования мощности электровозов постоянного тока позволяют получить оптимальные значения числа работающих ТД и их нагрузку в зависимости от заданных значений силы тяги и скорости движения во всем диапазоне нагрузочных режи- мов ЭПС. Полученные аналитические выражения могут быть использованы при составлении режимных карт и энергетических паспортов ЭПС,а также для задания оптимального соотношения количества работающих ТД в решающих автоматических устройствах регулирования мощности подвижного состава.

В статье приведены результаты влияния продольного мультипликативного возмущения от железнодорожного пути на подвижной состав.Изложена методика нахождения областей комбинационных резонансов разностного типа,опирающаяся на теорему о разделении движения динамической системы на медленные и быстрые составляющие.Доказан факт,что резонансная скорость движения железнодорожного экипажа - это не конкретное числовое значение,а зона,ширина которой в основном зависит от коэффициента мультипликативного возбуждения.

В работе оцениваются и анализируются различные варианты лазерного модифицирования поверхностей сопряжения применительно к ЦПГ авиационного двигателя АШ-62ИР. Приводятся данные микроструктурного анализа поверхностного слоя,показателей микротвердости и износостойкости.Дано краткое описание триботехнической лабораторной установки и методики проведения эксперимента на основе сравнительного анализа полученных данных.При этом триботехнические показатели сопоставлялись с результатами металлографических исследований и физико-механическими свойствами модифицированного слоя,в частности,с показателем микротвердости. В результате проведенных трибологических исследований установлено,что рост показателя износостойкости пары трения "кольцо - гильза цилиндра" отмечается на всех исследованных режимах лазерного воздействия с учетом выявленных граничных условий обработки для того и другого элементов сопряжения.Максимальное значение износоустойчивости наблюдается при лазерном термоупрочнении обеих поверхностей сопряжения,на критических уровнях плотности энергии лазера,не вызывающих оплавления и появления микротрещин в поверхностном слое.При этом износоустойчивость модифицированной поверхности гильзы цилиндра может увеличиться в 4,5 - 5 раз,а поршневых колец - более чем в три раза. Предложены теоретические основы механизма изнашивания термоупрочненных поверхностей,поясняющие кинетику повышения их износостойкости в результате фрмирования микроструктуры особого поверхностного слоя,обладающего повышенной несущей способностью,микротвердостью и улучшенными условиями изнашивания модифицированного слоя.Экспериментально подтверждено,что наибольшая износоустойчивость наблюдается в элементах трения при взаимном модифицировании их поверхностей.

Перевод электрифицированных железнодорожных линий на высокоскоростное движение требует усиления системы тягового электроснабжения,которое может осуществляться на основе применения симметрирующих трансформаторов и коаксиальных кабелей.Для решения вопросов практического применения тяговых сетей с симметрирующими трансформаторами и коаксиальными кабелями необходимы средства компьютерного моделирования таких сетей,которые могут быть реализованы на базе методов,разработанных в ИрГУПСе.Кроме того,представляет интерес рассмотрение комплексного технического решения,включающего в себя оба из обозначенных способов усиления системы тягового электроснабжения. Усиление обеспечивает дополнительные эффекты,состоящие в улучшении качества электроэнергии в питающих высоковольтных сетях и районах электроснабжения нетяговых потребителей,а также в снижении потерь электроэнергии и повышение энергоэффективности. Приведены результаты компьютерного моделирования систем тягового электроснабжения 2 ?25 кВ с симметрирующими трансформаторами Вудбриджа и коаксиальными кабелями.Моделирование осуществлялось для трех вариантов: традиционная схема тяговой сети 2 ?25 кВ; система тягового электроснабжения,оснащенная модифицированными трансформаторами Вудбриджа; комплексное техническое решение,включающее в себя симметрирующие трансформаторы и коаксиальные кабели. Результаты моделирования позволили сделать следующие выводы: применение коаксиальных кабелей способствует повышению уровня напряжения на токоприемниках электроподвижного состава; за счет использования модифицированных трансформаторов Вудбриджа удается существенно снизить коэффициент несимметрии по обратной последовательности на шинах высокого напряжения тяговых подстанций; наибольший эффект имеет место при комплексном применении симметрирующих трансформаторов и коаксиальных кабелей.

Приведен расчет распределения электрических величин в системе, состоящей из трех проводников: первый расположен на поверхности однородной среды, два других расположены на глубине h и h соответственно. В реальных условиях проводник, расположенный на поверхности среды, соответствует рельсовому пути, а сооружения - двум трубопроводам. В качестве примера был рассмотрен участок рельсовой сети с двумя сосредоточенными нагрузками. Получены выражения для тока, потенциала и плотности тока утечки первого и второго сооружений. При выведении выражений для расчетов был использован метод преобразования Фурье. Полученные аналитические выражения показали, что присутствие второго сооружения увеличивает в первом значения электрических величин. Проведен анализ влияния тока утечки и сопротивления изоляции второго сооружения на распределение электрических величин в первом

Рассмотрено устройство для компенсации реактивной мощности электровоза, выполненного на базе регулируемого пассивного компенсатора. Такая конфигурация компенсатора позволяет повысить коэффициент мощности электровоза во всех режимах его работы за счет приближения значения коэффициента мощности к его максимально возможным значениям. Управление компенсатором осуществляется методом экстремального регулирования напряжения на выходе автономного инвертора напряжения. Математическое моделирование работы электровоза с таким компенсатором, выполненное в пакете Matlab, показало возможность повышения коэффициента мощности до значения 0,98.

В статье рассмотрен один из способов повышения энергетической эффективности системы тягового электроснабжения переменного тока магистральных железных дорог 25 кВ, 50 Гц. Предложенный подход позволяет определить оптимальное место размещения и мощность нерегулируемого устройства поперечной емкостной компенсации по критерию минимума потерь активной мощности в тяговой сети. Моделирование движения поездов на участке было выполнено с использованием мгновенных схем, описание системы тягового электроснабжения реализовано методом узловых потенциалов и комплексным методом, определение оптимальных значений реактивной мощности для всех возможных мест размещения компенсирующего устройства было рассчитано численным оптимизационным методом Хука - Дживса по критерию минимума потерь активной мощности в тяговой сети. Математическая модель позволяет учитывать элементы тяговой сети, графики движения поездов, изменение тяговых токов электровозов, схемы питания контактной сети. Предложенный подход был рассмотрен на примере тестовой задачи, в результате решения которой были определены оптимальное место размещения и необходимая реактивная мощность нерегулируемого компенсирующего устройства. Размещение компенсирующего устройства в определенном месте на участке позволит минимизировать потери мощности в контактной сети, рельсовой цепи и тяговых трансформаторах от протекания реактивной составляющей тока в среднем для всех мгновенных схем с различными тяговыми нагрузками. Одно нерегулируемое компенсирующее устройство на межподстанционной зоне позволяет снизить расход электроэнергии на тягу поездов на 1 - 2 %

Реальный процесс взаимодействия токоприемника с контактной подвеской связан со случайными процессами. Основными факторами, воздействующими на токоприемник, являются колебания подвижного состава на уровне установки токоприемника, аэродинамическое воздействие, нестабильность динамических свойств токоприемника и контактной подвески и т. д. Ввиду множества влияющих на токосъем факторов теоретически исследовать динамическую систему «токоприемник - контактная подвеска» в полном объеме сложно. Более рациональным для теоретических исследований и достаточным для практического использования является рассмотрение детерминированных процессов. При численном моделировании токоприемников наиболее распространены следующие типы расчетных схем (моделей): схема с малым числом степеней свободы и приведенными массами; схема, состоящая из элементов, описываемых массами и геометрическими размерами реального токоприемника; модели токоприемника, созданные в специализированных CAD-системах, которые детально описывают геометрические размеры и физические свойства каждого элемента токоприемника. При проектировании устройств токосъема необходимым является расчет взаимодействия токоприемника с контактной подвеской. Контактная подвеска в расчетах учитывается в виде сосредоточенной массы, взаимодействующей с полозом токоприемника, или в виде пространственной системы, составленной из упругих элементов конечной длины (контактная подвеска с распределенными параметрами). Второй тип модели контактной подвески активно используется в расчете взаимодействия с первыми двумя типами рассмотренных моделей токоприемников. Однако данный тип модели контактной подвески не может быть использован в CAD-системе, так как такие системы в настоящее время не позволяют выполнять динамические расчеты с учетом деформаций и волновых процессов в контактной подвеске. С учетом особенностей каждого из представленных видов моделей токоприемника предложена методика выбора модели токоприемника в зависимости от цели моделирования.

Важнейшей задачей энергетической стратегии Российской Федерации является эффективное использование топливно-энергетических ресурсов. Железнодорожный транспорт - один из крупнейших потребителей дизельного топлива и электроэнергии, основная доля энергозатрат которого приходится на тягу поездов. Расход энергии на тягу зависит от множества эксплуатационных факторов, в том числе от скоростных характеристик движения поездов. Статья посвящена определению способа оценки влияния изменения коэффициента участковой скорости движения грузовых поездов на изменение удельного расхода энергии локомотивами. Сделан вывод о том, что расчет коэффициентов влияния показателей использования локомотивов, в том числе коэффициента участковой скорости, необходимо выполнять для каждого структурного подразделения и анализируемого календарного периода. Предложенная для этого авторами статьи формула включена в состав Методики анализа и прогнозирования расхода ТЭР на тягу поездов, внедренной на сети железных дорог России в 2015 г.

В статье представлены методики расчета надежности рельсов. Проведено исследование отказов и долговечности рельсов на двух направлениях Западно-Сибирской дирекции инфраструктуры для участков пути с разными эксплуатационными характеристиками. Получена зависимость гамма-процентного ресурса рельсов от осевой нагрузки вагонов и плана пути. Сделано заключение об условиях увеличения продолжительности жизненного цикла рельсов с наработкой тоннажа до 1500 млн т брутто.

В статье проведен корреляционный анализ влияния вида происшествий, как качественного факторного признака, на статистические показатели производственного травматизма в хозяйстве пути Куйбышевской железной дороги за ряд последовательных лет. Посредством математических расчетов установлена статистическая взаимосвязь исследуемых характеристик и величин с учетом степени тяжести повреждения здоровья работников, пострадавших от несчастных случаев на производстве. Подтверждена постановочная гипотеза в рамках путевого хозяйства Куйбышевской железной дороги и произведена оценка степени взаимной сопряженности видов происшедших несчастных случаев и их количества. Показана практическая значимость полученных результатов корреляционного анализа в части формирования и (или) корректировки превентивных мероприятий по снижению уровня профессиональных рисков и профилактики произ-водственного травматизма

В статье рассматриваются некоторые структурные подразделения железнодорожного транспорта, расположенные в Западно-Сибирском регионе. Цель работы - выявить структурные подразделения с наиболее низкими показателями энергетической эффективности. Для этого рассчитывается такой показатель, как удельная энергоэффективность за период времени, равный одному календарному году, на основе данных о годовом расходе электрической энергии и годовом объеме работы предприятия. В статье излагаются также основные положения концепции анализа и контроля показателей энергетической эффективности стационарных объектов железнодорожного транспорта, которая позволит выявлять неэффективные структурные подразделения с применением управляющих воздействий по снижению нерационального расхода энергетических ресурсов. Расчет удельной энергоэффективности осуществляется на одном из этапов данной концепции. В результате получены диаграммы удельной энергоэффективности структурных подразделений Западно-Сибирского региона различной хозяйственной принадлежности, позволяющие наглядно произвести сравнение этого показателя. По итогам сравнения установлено, что 10 из 65 рассмотренных структурных подразделений имеют низкий показатель удельной энергоэффективности. Это говорит о необходимости тщательного изучения причин низких значений показателя энергетической эффективности в этих структурных подразделениях и предложения мер по устранению такой ситуации. Порядок осуществления этих мероприятий предложен на третьем и четвертом этапах указанной концепции. Установление и последующее применение единого подхода к анализу и контролю показателей энергетической эффективности для всех структурных подразделений позволит повысить энергетическую эффективность территориальных филиалов ОАО «РЖД» и всего холдинга в целом.