Известия Транссиба №4(28), 2016

В статье рассматриваются возможности снижения энергозатрат на тягу при движении электропоездов в условиях равнинного профиля Западно-Сибирской железной дороги за счет отключения тяговой секции электропоезда и рационального распределения времени хода по всему направлению движения. При расчете и построении графиков скоростных режимов движения поезда по участку используется аналитический метод решения дифференциального уравнения движения поезда. Для анализа оптимальных графиков движения поезда на каждом этапе их моделирования проводится проверка вычислений, которая позволяет гарантировать достоверность получаемых результатов. Для определения потенциальных возможностей снижения энергозатрат на тягу при управлении движением электропоезда проанализирована конкретная поездка электропоезда ЭД4М по маршруту Омск - Иртышская. Приводятся расчетные графики скоростных режимов движения электропоезда в рассматриваемой поездке, а также режима движения с отключением одной тяговой секции. Стандартными средствами системы компьютерного моделирования определяются средняя по пути скорость электропоезда, дисперсия скорости по пути, энергопотребление. Полученная величина затрат энергии на тягу с отключенной тяговой секцией значительно меньше потребления энергии в реальной поездке. Рациональное распределение времени хода электропоезда по всему направлению движения из условия сохранения времени его прибытия на конечную станцию также позволяет уменьшить расход электроэнергии на тягу. На основании данных о расходе электроэнергии в целом по депо ТЧ-31 Омск определяется возможная экономия энергозатрат на тягу за счет применения предложенных способов.

В статье рассмотрено такое важное понятие, как резонанс для трех случаев, когда подвижной состав описывается системой линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами, когда математическая модель подвижного состава представляется нелинейной системой дифференциальных уравнений и когда в последней учитывается мультипликативное возмущение со стороны железнодорожного пути, а именно его междушпальная неравноупругость. В этом случае правильно и корректно говорить не о конкретной величине резонансной скорости, а об областях параметрической неустойчивости.

В статье рассмотрены основные причины ослабления посадки бандажей колесных пар локомотивов, приводящие к их провороту на колесном центре. Предложено новое конструктивно-технологическое решение, направленное на повышение прочности посадки бандажа на колесный центр. При этом рассмотрены основные варианты получения предложенного соединения. Представлены предварительные расчеты, определяющие наиболее эффективные варианты сопряжения, направленные на обеспечение равномерного натяга и повышения площади контакта при посадке бандажа на колесный центр. Конструктивное решение, приведенное в статье, может быть использовано при совершенствовании технологии формирования колесных пар тягового подвижного состава, что в свою очередь способствует повышению надежности колесных пар локомотивов и сокращению простоя локомотивов на ремонте.

Долговечность крышек цилиндров тепловозных дизелей оказывает существенное влияние на эффективность функционирования силовой установки тепловоза. Актуальным направлением является изыскание резервов повышения долговечности цилиндропоршневой группы дизелей тепловозов. В статье обобщена совокупность факторов, влияющих на долговечность цилиндровых крышек тепловозного дизеля, выделены их основные группы и подгруппы. В предложенной классификации преобладают субъективные факторы, которые зависят непосредственно от деятельности человека. Снизить влияние субъективных факторов можно посредством уменьшения ошибочных решений человеческой деятельности при эксплуатации и ремонте тепловозов. Рассмотрены мероприятия, совершенствующие работу дизеля тепловоза и положительно влияющие на показатели надежности крышек цилиндров. Предложены простые в реализации и экономически целесообразные способы продления ресурса службы цилиндропоршневой группы. Для уменьшения температурного перепада в зимнее время года между дизелем тепловоза после его остановки и окружающей средой предложена установка теплоизоляционного экрана, что позволит снизить перепад температур от дизеля в окружающую среду и, как следствие, повысит долговечность цилиндропоршневой группы в процессе эксплуатации. Наиболее перспективным способом продления ресурса крышек цилиндров тепловозных дизелей является усовершенствование гидродинамических параметров в полостях охлаждения. Для обеспечения необходимой циркуляции охлаждающей жидкости с учетом режимов нагрузки предлагается установить в водяную систему дополнительный насос с электрическим приводом.

В статье рассмотрены приоритетные задачи в сфера токосъема для повышения безопас-ности движения, развития скоростного и высокоскоростного движения. Для обеспечения движения и нормального функционирования железнодорожного транспорта необходима бесперебойная передача электроэнергии. Диагностирование элементов контактной сети является важной задачей для предупреждения неисправностей системы электроснабжения, в том числе тех, которые могут привести к аварийной ситуации. В статье рассмотрены системы встроенного диагностирования, принципы их работы, представлен вариант их применения.

Обоснована актуальность задачи по созданию тестовых сигналов вибрации. Описаны возможные способы реализации тестовых сигналов вибрации. Предложена методика реализации тестовых сигналов путем корректировки амплитуд отдельных гармонических составляющих вибросигнала. Приведены результаты моделирования. Показан возможный эффект от использования предложенного способа реализации тестовых сигналов вибрации.

В статье рассмотрены этапы развития энергосиловых установок автономных локомотивов от паровой машины до газотурбинных двигателей и двигателей на топливных элементах.

Целью настоящей статьи является создание математической модели для комплексной оценки качества выполненного ремонта коллекторно-щеточного узла тягового электродвигателя подвижного состава, включающей в себя оценку механической и коммутационной составляющих произведенного ремонта. Задачами настоящего исследования являются определение лингвистических переменных на основании сформированного набора диагностических признаков, в том числе биения рабочей поверхности коллектора, среднего квадратического отклонения относительных высот коллекторных ламелей, амплитуд первой, второй гармонических составляющих профиля коллектора, среднего квадратического отклонения относительных высот коллекторных ламелей без учета первой и второй гармонических составляющих, минимального значения второй производной функции профиля коллектора, среднего квадратического отклонения второй производной функции профиля коллектора, действующего значения высших гармонических составляющих функции профиля коллектора с наибольшей диагностической ценностью и определение их функций принадлежности, а также определение комплексных показателей качества ремонта и его составляющих: комплексных показателей ка-чества механической обработки и коммутации в коллекторно-щеточном узле тягового электродвигателя. Решение поставленных задач выполнено с использованием математического аппарата нечеткой логики на основе использования результатов статистической обработки данных экспериментальных исследований и расчета диагностической ценности измеренных и рассчитанных параметров. В результате выполненного исследования сформированы математические модели качества ремонта в пространстве выбранных признаков с использованием аппарата нечеткой логики, позволяющие рассчитывать значение предложенных комплексных показателей для произвольных значений диагностических параметров. Полученные результаты можно использовать для контроля качества выполненного ремонта коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей подвижного состава.

В статье описаны возможности снижения числа неселективных отключений быстро-действующих выключателей путем применения реледифференциального шунта при полном снятии пакета стали на ветви меньшего сечения. Приведены результаты экспериментальной оценки работы реледифференциальный шунт при полном снятии пакета стали на ветви меньшего сечения и его опытной эксплуатации. Сделаны выводы о ранее не описанном свойстве реледифференциального шунта при полном снятии пакета стали на ветви меньшего сечения - с увеличением скорости нарастания тока появляется значительная задержка во времени срабатывания реле.

Предметом исследований, результаты которых представлены в статье, являются аварийные режимы в системах тягового электроснабжения (СТЭ) 27,5 кВ, вызванные короткими замыканиями (КЗ). Цель исследований состояла в анализе погрешностей расчета токов КЗ, возникающих при упрощенном эквивалентировании внешней сети на основе реактансов, определяемых мощностью короткого замыкания. Для достижения сформулированной цели выполнены сопоставительные расчеты токов КЗ для ряда типовых схем СТЭ при использовании полных моделей в фазных координатах и упрощенных, сформированных на основе реактансов электроэнергетической системы (ЭЭС). Моделирование показало, что расчеты токов КЗ в контактной сети тупиковой тяговой подстанции (ТП) по реактансам ЭЭС дают приемлемую точность для тока фидера контактной сети ТП, вблизи которой происходит короткое замыкание. Однако погрешность расчета тока удаленной от места КЗ подстанции может достигать 100 % при мощности КЗ на вводах ТП около 300 МВ·А и снижается до значений порядка 10 % при увеличении этого параметра до 2500…3000 МВ·А. При питании группы тяговых подстанций от двух линий 110 кВ погрешности расчетов по эквивалентным реактансам значительно меньше, однако при мощности КЗ 300 МВ·А они достигают 35 % и снижаются до 10 % при мощности КЗ на вводах более 550 МВ·А. Вариант питания тяговых подстанций от двух ЛЭП-220 отличается небольшими погрешностями расчетов токов КЗ по эквивалентным реактансам внешнего электроснабжения: отличия от расчетов по полной схеме не превышают 9 % при мощности КЗ 1200 МВ·А и более. Полученные результаты могут использоваться при совершенствовании существующих и создании новых методик определения токов КЗ в тяговых сетях 27,5 кВ.

В статье рассматривается процесс применения оперативного расчета пропускной способности и межпоездных интервалов в рамках концепции координатного управления движением поездов. Предложенная методика направлена на решение задачи поиска достоверных межпоездных интервалов в реальном времени, расчета послеаварийного установившегося режима и оценивания надежности системы тягового электроснабжения, основанная на использовании аппарата искусственных нейронных сетей и современных средств интервального регулирования движения поездов.

В работе рассматривается проблема устойчивого инновационного развития электроэнергетической системы Монголии с учетом географического положения этой страны на границе транспортного пути между Китаем и Россией. В более широком понимании между азиатским промышленным регионом и Европой, товарооборот между которыми ежегодно возрастает. Основным сдерживающим фактором на пути этого процесса является неэлектрифицированная главная железнодорожная магистраль, проходящая по территории Монголии. Показаны преимущества электрификации железных дорог для решения проблемы электроснабжения промышленности и сельского хозяйства. При этом наиболее важной задачей является электрификация транспортной магистрали Сухэбатор-Уланбатор-Замын Удэ протяженностью 1111 км. Показано, что реализация этой задачи позволит сократить железнодорожный путь из Европы в центральную Азию на 1025 км. Сделан прогноз развития транспортных перевозок в будущем. Наряду с этим выполнен прогноз развития электроэнергетической системы Монголии, в которой тяговая электрическая нагрузка будет составлять примерно 22 %. Приведен соответствующий график требуемого развития генерирующих мощностей в монгольской энергосистеме, чтобы к 2025 г. довести располагаемую мощность до 3500 МВт. Доказаны существенные преимущества электрифицированной железной дороги за счет улучшения электровозной тяги по сравнению с тепловозной тягой. В отличие от значительной доли электрифицированных железных дорог на постоянном токе в России в работе предложен путь развития системы тягового электроснабжения 2 × 25 кВ переменного тока. По примеру других высокоразвитых стран это позволит перейти к использованию скоростных железных дорог. Таким образом, будет достигнуто сбалансированное развитие электроэнергетической системы Монголии с учетом электрификации транспортного коридора «Азия - Европа».

В статье рассмотрен один из способов повышения энергетической эффективности трехфазной системы электроснабжения промышленных и железнодорожных потребителей. Представлена и доказана теорема, которая позволяет определить необходимые проводимости и реактивные токи ветвей компенсирующего устройства с несимметричной структурой, для которых эквивалентная проводимость этих элементов и нагрузки будет симметричной и активной. В трехфазной электрической цепи переменного синусоидального тока реактивные элементы позволяют перераспределить активную и реактивную мощность между фазами. Использование компенсирующего устройства с несимметричной структурой, проводимости ветвей которого рассчитаны с использованием приведенных в статье выражений, позволит снизить потери от протекания реактивных токов, токов обратной и нулевой последовательности в низковольтной трехфазной электрической сети. В качестве примера использования теоремы и расчетных выражений для определения проводимостей ветвей несимметричного компенсирующего устройства рассмотрена тестовая задача, для которой задана несимметричная нагрузка и рассчитаны проводимости ветвей устройства, приведены значения потерь мощности, коэффициентов несимметрии напряжения с использованием устройства и без него. Рассмотрены возможные варианты практической реализации такого технического устройства.

В статье рассмотрены конструктивные особенности системы токосъема Московской монорельсовой дороги и выявлены ее недостатки, ограничивающие возможности повышения скорости движения электроподвижного состава. Рассмотрены особенности перспективной монорельсовой транспортной системы нового поколения с увеличенной скоростью движения (до 150 км/ч) сообщением «город - аэропорт», в которой предлагается использовать контактную систему токосъема с плоскими рабочими поверхностями токоприемника и токопровода. Цель работы заключалась в разработке мероприятий и технических решений по совершенствованию токоприемников для обеспечения надежной, экономичной и экологичной передачи электрической энергии на борт электроподвижного состава монорельсовых транспортных систем. Предложенные технические решения позволили увеличить средний срок эксплуатации контактных элементов токоприемников электроподвижного состава на действующих участках Московской монорельсовой дороги с 30 дней до 5 месяцев. Разработан эскизный проект и изготовлен макетный образец токосъемного устройства подвижного состава для монорельсовой транспортной системы нового поколения с увеличенной скоростью движения. Разработана базовая модель токоприемника, позволяющая унифицировать все основные узлы и детали вариантов токоприемников для различных скоростей движения, нагрузочного тока и других условий эксплуатации и выбирать необходимую модель с учетом технической и экономической целесообразности. Результаты работы могут быть использованы при совершенствовании существующих и разработке новых конструкций токоприемников электроподвижного состава монорельсовых транспортных систем для обеспечения высоких скоростей движения.

В статье рассмотрен алгоритм работы существующей режимной автоматики преобразовательных агрегатов. Ранее считалось, что применение автоматики включения-отключения резервных преобразовательных агрегатов является эффективным средством снижения потерь при регулировании мощности подстанции в зависимости от тяговой нагрузки. Определяющими факторами оценки эффективности автоматики являются токовые и временные уставки, а также ограничение количества переключений в сутки. Анализ графиков тяговой нагрузки показал, что существует достаточно большое число временных интервалов, где работа автоматики неэффективна. С одной стороны, это связано с тем, что нагрузка находится выше точки равенства потерь при одном и двух преобразовательных агрегатах довольно непродолжительное время, и автоматика подключает резервный преобразовательный агрегат уже в процессе снижения нагрузки и отключает его по истечении временной уставки, с другой - действующее ограничение количества переключений резервного преобразовательного агрегата в сутки не позволяет получить значительного экономического эффекта. Решение о применении режимной автоматики с существующими уставками может быть положительным, если при этом оцененный эффект в виде сокращения потерь электроэнергии будет выше совокупного ущерба от коммутаций резервного преобразовательного агрегата. Режимную автоматику в большинстве случаев следует рассматривать не как средство получения экономического эффекта, а как средство повышения надежности работы полупроводниковых выпрямителей в пиковые моменты нагрузки, что в свою очередь влияет на надежность электроснабжения тяги поездов в целом.

Рассматривается концепция развития автоматизированной системы, предназначенной для мониторинга и учета электроэнергии на фидерах контактной сети постоянного тока. Система основана на ранее разработанном прототипе, введенном в эксплуатацию, и отличается от него новыми решениями, позволяющими достаточно просто выполнять развертывание системы, ее масштабирование и при необходимости перенос с одного объекта на другой. Описываются основные проектные решения, связанные с выбором архитектуры и ключевых алгоритмов, а также функции и потенциальные возможности системы.

В статье рассматривается решение задачи организации эксплуатационного контроля элементов подвижного состава на основе методов статистического определения качества, получивших широкое применение при анализе дефектов текущего производства. Задача решается на примере проведения контрольно-диагностических операций, по результатам выполнения которых делается заключение о техническом состоянии элементов подвижного состава. Предлагаемый в статье подход позволяет учитывать апостериорную информацию и тем самым оптимизировать объем проводимых работ. Полученные результаты могут быть использованы при решении комплекса задач по снижению ресурсоемкости системы ремонта и содержания подвижного состава.