Известия Транссиба №3(39), 2019

В данной статье описана штатная система ослабления поля (ОП) тяговых электродвигателей (ТЭД) контакторно-реостатного типа с использованием индуктивных шунтов (ИШ), выявлены ее недостатки. Разработана и предложена усовершенствованная система ОП ТЭД электровоза переменного тока на базе IGBT-транзисторов. Предложенное решение позволит исключить из силовой цепи медесодержащий ИШ, при этом обеспечит надежную защиту при нестационарных режимах работы электровоза, а также снизит потребление электроэнергии на тягу поездов. Для доказательства преимуществ предложенной системы ОП ТЭД был применен метод сравнительного анализа электромагнитных процессов математических моделей штатной и предлагаемой систем ОП ТЭД электровоза, полученных в среде MatLab Simulink. В результате доказано, что реализация системы ОП ТЭД с применением IGBT-транзисторов с разработанным алгоритмом управления обеспечивает повышение коэффициента мощности электровоза в среднем не менее чем на 4 %, а также значительно снижает пульсацию тока возбуждения ТЭД.

В статье рассмотрены феноменологический и модельный подходы к исследованию взаимодействия деформируемого колеса и опорной плоскости. Описаны преимущества и недостатки указанных подходов. В рамках феноменологического подхода были рассмотрены пять способов вычисления касательной силы тяги локомотива. Для того чтобы касательная сила тяги локомотива могла совершить работу и изменить кинетическую энергию поезда в точке касания колеса и рельса, обязательно должно присутствовать псевдоскольжение. Специалисты по тяге поездов считают мощность как произведение касательной силы тяги локомотива на скорость поступательного движения поезда, хотя в действительности следует брать скорость точки ее приложения, а приложена она к колесной паре, поэтому скорость этой точки и должна использоваться для подсчета мощности локомотива. Учет данного факта уменьшает мощность локомотива в несколько десятков раз. Ключевые слова: локомотив, контактное пятно, фрикционное взаимодействие колесной пары и рельсов, сила тяги, коэффициенты крипа, феноменологический и модельный подходы, зоны сцепления и качения.

Проведен анализ результатов прогнозирования потребления электрической энергии на тягу поездов, полученных при помощи существующих методов и математического аппарата интервальной регрессии. Определены погрешности прогнозирования по трем методам относительно фактического электропотребления. Представлен программный продукт по расчету прогнозных значений электропотребления на тягу поездов с учетом эксплуатационных показателей работы участка электрифицированной железной дороги в условиях неопределенности исходных данных.

Обоснована целесообразность введения в практику вибродиагностирования роторных механических узлов динамических моделей развития дефектов. Показано, что в качестве основы для создания моделей целесообразно использовать эмпирические данные. Приведен пример построения динамической модели дефекта малой шестерни колесно-редукторного блока. Определен примерный объем работ по созданию динамических моделей. Предложены методы реализации динамических моделей дефектов «в большом».

В соответствии с долгосрочной программой развития ОАО «Российские железные дороги» до 2025 года предполагается повышение уровня экономической связанности территории России посредством расширения сети скоростных и высокоскоростных перевозок. Это предполагает не только строительство новых высокоскоростных магистралей, но и модернизацию конструкций отдельных узлов подвижного состава, а также внедрение энерго- и ресурсосберегающих технологий. Применение контактных элементов с увеличенным сроком службы является одним из наиболее экономичных и наименее затратных способов обеспечения надежной, экономичной и экологичной передачи электроэнергии на подвижной состав. Увеличения срока службы токосъемного элемента можно достичь в том числе за счет снижения износа путем корректного подбора элементов контактной пары как с точки зрения их трибосовместимости, так и способности обеспечения качественного токосъема. В ОмГУПСе разработана и успешно апробирована методика проведения экспериментальных исследований контактных пар устройств токосъема, предполагающая проведение стендовых испытаний для каждой пары контактных материалов «контактная вставка - контактный провод» с целью определения их оптимального сочетания для снижения износа и увеличения ресурса. Оценка величины износа и прогнозирование ресурса элементов контактной пары производятся в том числе с помощью математических моделей. Однако применение существующих моделей для прогнозирования износа в условиях высокоскоростного движения является не достаточно точным из-за отсутствия учета аэродинамического воздействия и скорости движения подвижного состава на процессы токосъема. В данной статье рассмотрено совершенствование механической составляющей модели изнашивания элементов контактных пар устройств токосъема в условиях высокоскоростного движения. Приведены графики механического изнашивания контактных элементов, полученные экспериментально и в результате расчета по математической модели. Анализ графиков позволяет сделать вывод о возможности применения усовершенствованной математической модели для моделирования механической составляющей процесса изнашивания элементов контактных пар при максимальном значении погрешности не более 5 %.

В настоящей статье представлены результаты расчетов изменения показателей энергоэффективности Московского центрального кольца, таких как удельный расход электроэнергии, отпущенной на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций, удельная рекуперация, технические потери электроэнергии в системе тягового электроснабжения при ее передаче к электроподвижному составу, в том числе технические потери энергии рекуперации, в зависимости от различных вариантов установки выпрямительно-инверторных преобразователей на тяговых подстанциях участка.

Целью статьи является рассмотрение вопроса расчета и выбора уставок срабатывания короткозамыкателя КЗКС-3,3 при организации защиты контактной сети постоянного тока в вынужденном режиме. Измерительным органом короткозамыкателя является модуль напряжения. При выполнении условий срабатывания именно модуль напряжения собирает цепь на включение коммутационного аппарата короткозамыкателя. Важным является вопрос выбора оптимального места установки короткозамыкателей и уставки срабатывания по напряжению. Определена исходная информация, необходимая для проведения расчета уставок. Приведены порядок расчета токов короткого замыкания и схемы замещения для наиболее распространенных схем питания и секционирования контактной сети. Для токовых защит быстродействующих выключателей фидеров контактной сети приведены формулы определения зон чувствительности. Для выбора оптимального места установки короткозамыкателя и выбора уставки срабатывания по напряжению из допустимого диапазона построена потенциальная диаграмма участка контактной сети. Анализ, проведенный на основании потенциальной диаграммы, позволяет сделать вывод об эффективности организации защиты контактной сети в вынужденном режиме с использованием короткозамыкателей.

Рассмотрено влияние силовых характеристик поглощающих аппаратов на величину максимальных продольных сил, возникающих между вагонами. С помощью компьютерной программы MSC.ADAMS выполнено имитационное моделирование маневрового соударения вагонов и переходных процессов в движущемся поезде. Определены зависимости максимальных сил столкновения вагонов при различных скоростях движения от формы силовых характеристик упругих элементов. Произведена оценка работы различных амортизаторов при трогании поезда с мести, электрическом торможении и движении через переломы продольного профиля пути. Показано, что амортизаторы с быстро нарастающей линией нагрузки приводят к возникновению и распространению вдоль поезда больших сил ударного характера, а при пологой характеристике - к их снижению за счет увеличения амплитуды упругих колебаний, распространяемых вдоль поезда. Для снижения продольных сил в поезде предложено использовать высокоэнергоемкие поглощающие аппараты, скорость нарастания силы в которых существенно зависит от скорости сжатия амортизатора.

Эксплуатационная надежность хозяйства электрификации и электроснабжения и связанная с ней безопасность движения в основном определяются техническим состоянием контактной сети - элемента, который чрезвычайно сложно каким-либо образом резервировать. Состояние устройств контактной сети Восточно-Сибирской железной дороги косвенно характеризуется периодами электрификации участков. Оборудование контактной сети, введенное в эксплуатацию в 1960 - 1970 гг., выработало свой проектный ресурс, не в достаточной мере обладает требуемой нагрузочной способностью и снижает надежность работы электрифицированного участка. В статье представлено, что целью повышения надежности работы электрооборудования в процессе эксплуатации устройств электроснабжения является прогнозирование состояния ее элементов, в частности, металлических опор контактной сети, как объекта исследования. Корректно оценить состояние и ресурс устройств контактной сети позволит применение на практике новейших систем диагностики с использованием математического аппарата и методов моделирования. Показано, что, проводя мониторинг различных параметров, характеризующих опору, можно вовремя обнаружить изменение технического состояния объекта исследования и провести техническое обслуживание в тот промежуток времени, когда возникают отклонения параметров от допустимых пределов. Обобщены статистические данные о состоянии опорного хозяйства на ВСЖД, приведены основные виды повреждений металлических опорных и поддерживающих конструкций. Показано, что выявляются новые виды повреждений металлических конструкций, не классифицирующиеся ранее, что качественная и количественная оценка состояния металлических опор контактной сети, которые имеют различные повреждения конструкции, возможна с использованием методов моделирования, имитации и оценки состояния конструкций. В качестве независимой полнофункциональной среды для моделирования, имитации и оценки результатов анализа характеристик металлических опор модели М6/10 использована система FEMAP - независимая система автоматизированного проектирования от компании Siemens PLM.

В статье изложены современные подходы к определению максимально допустимого длительного тока магистральных токоприемников на стоянке и в движении. Рассмотрены особенности методик, позволяющих достоверно учесть эксплуатационные факторы при проведении испытаний в лабораторных условиях. Описана математическая модель для исследования распределения токовой нагрузки в аварийном режиме обрыва токоведущего шунта.

В статье рассматриваются вопросы совершенствования модели взаимодействия с клиентами посредством внедрения проектов цифровизации в сферу организации грузовых железнодорожных перевозок, описаны изменения основных функций подразделений компании и технологические аспекты их деятельности. Определены технологические и экономический эффекты от разработки и внедрения проектов цифровизации грузовых перевозок на примере проекта совершенствования цифровой платформы взаимодействия с клиентами. Проработана модель внедрения CRM-системы цифровизации транспортных услуг и определены инвестиции по ее разработке и внедрению. Рассмотрены основные категории рисков с наибольшим непосредственным влиянием на эффективность реализации новой модели взаимоотношений с клиентами. Цифровая платформа взаимодействия с клиентом позволяет осуществить заказ услуги перевозки грузов железнодорожным транспортом без каких-либо дополнительных финансовых и технологических нагрузок, связанных с получением квалифицированной электронной подписи, упростить организацию договорной работы, связанную с получением услуг и расчетов за них.

В статье описана возможность использования алгоритмов диагностирования для снижения времени поиска и устранения повреждений применительно к конкретной задаче поиска повреждения в аппаратуре релейного конца станционной тональной рельсовой цепи. Целью работы является обоснования необходимости учета сложности обследования при составлении этих алгоритмов. Рассчитаны условные вероятности, диагностические веса, частные и общие диагностические ценности. На основании проведенных вычислений составлены алгоритмы диагностирования без учета и с учетом сложности обследования аппаратуры релейного конца тональной рельсовой цепи. Показан эффект от учета сложности обследования при составлении алгоритмов. Результаты работы, представленные в статье, могут быть использованы при техническом обслуживании систем автоматики действующих железных дорог.

Одним из самых распространенных является мокрый способ очистки доменного газа от частиц колошниковой пыли. Полый форсуночный скруббер - аппарат мокрой очистки доменного газа, в котором обеспыливание доменного газа осуществляется за счет взаимодействия частиц колошниковой пыли с каплями диспергированной технической воды. Принцип очистки доменного газа в полом форсуночном скруббере основан на инерционном механизме столкновения частиц колошниковой пыли с каплями диспергированной технической воды, после которого частицы смачиваются, слипаются и под действием силы тяжести выпадают из потока очищаемого газа. В данной работе предлагается методика расчета эффективности очистки доменного газа в полом форсуночном прямоточном скруббере, которая основана на разделении объема данного аппарата газоочистки на расчетные участки. С учетом того, что траектория движения капли в потоке доменного газа в полом форсуночном скруббере имеет параболическую форму, в данной методике по определению эффективности улавливания частиц колошниковой пыли учитывается радиальная составляющая абсолютной скорости капли. Поправочный коэффициент в выражении для определения фракционного коэффициента эффективности очистки доменного газа от колошниковой пыли определяет наличие мертвых зон при орошении запыленного газа технической водой, распыленной эвольвентными форсуночными устройствами. Кроме того, в представленной методике учитывается повышение эффективности очистки доменного газа за счет процесса конденсации водяных паров из потока запыленного газа в нижней части полого форсуночного скруббера.

Применение в практике эксплуатации линий электропередачи новых самонесущих изолированных проводов и высокотемпературных проводов позволяет повысить пропускную способность линий и, как правило, уменьшить эксплуатационные расходы. Оптимальное использование нагрузочной способности линии электропередачи зависит от точного определения допустимых токовых нагрузок. Значения допустимых токов и установившейся температуры являются главными параметрами рабочего режима линии, влияющими на прочность и стрелу провеса провода. Температурный режим провода зависит от погодных условий и токовой нагрузки. Для широко применяемых традиционных проводов типа АС уже существуют методики определения температуры и допустимых токов. Они нашли частичное отражение в ПУЭ и стандарте ПАО ФСК ЕЭС 2013 года. Для новых типов проводов можно отметить недостаточный объем исследований в этом направлении. В данной статье приведены результаты исследований влияния погодных условий и нагрузки на температуру и потери активной мощности в изолированных и высокотемпературных проводах. Особенное внимание уделено влиянию солнечной радиации. Для сравнения представлены и результаты расчетов по традиционным проводам типа АС. Проведенные исследования показали, что для заданных величин нагрузки и погодных условий учет солнечной радиации обеспечивает увеличение потерь активной мощности порядка 2 %. Расчеты значений допустимого тока по разработанной методике для классических проводов АС выявили высокое совпадение со значениями из стандарта ПАО ФСК ЕЭС. Относительная погрешность находится в пределах двух процентов. При этом предложенная методика является более обобщенной, она позволяет одновременно проводить анализ как неизолированных проводов, так и проводов с изоляцией. В связи с широким применением самонесущих изолированных проводов разработанное программное обеспечение может найти применение при проектировании и эксплуатации современных линий электропередачи для оптимизации пропускной способности.