Современные технологии. Системный анализ. Моделирование

Направления разработки эффективной системы управления электроприводом насосной станции

2024-01-05T06:39:21+00:00

В системах электроснабжения потребителей постоянного тока достаточно часто используются выпрямительные установки. При этом могут возникать такие проблемы, как увеличенное сечение токоведущих частей в случае отсутствия стабилизации напряжения, искажение качества электрической энергии, сопровождающееся дополнительными ее потерями из-за появления высших гармоник. Также следует учитывать, что современные двигатели постоянного тока остро реагируют на искажение формы кривой питающего напряжения. Актуальной задачей является разработка выпрямительного устройства, которое способно подвести к электроприемникам электрическую энергию необходимого качества при соблюдении требований по надежности работы электрооборудования. В статье предложено использовать для управления электроприводом постоянного тока трехконтурную систему регулирования, включающую датчики положения ротора. Сигналы, снимаемые с указанного датчика, непосредственно поступают в систему управления данных двигателей. При этом основным предложенным техническим решением является регулируемое выпрямительное устройство на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем. С целью исследования процессов, происходящих в устройстве, рекомендовано применение метода математического моделирования с уравнениями, составленными на основе теории электрических цепей с взаимоиндуктивностью. Произведен расчет переходных процессов, происходящих при коммутации нагрузки и при различных видах несимметрии питающего напряжения. Полученные результаты расчета подтвердили эффективность использования трансформатора с вращающимся магнитным полем и датчика положения ротора для создания рабочей системы управления электроприводом постоянного тока.

Условия применения максимально возможной толщины тормозных колодок в тормозной системе тележки грузового вагона с цилиндрами 670В

2023-11-22T04:19:19+00:00

Эксплуатация грузовых вагонов с раздельным торможением выявила нерешенность проблемы нормирования выхода штока тормозного цилиндра. Работы по определению расчетного выхода штока цилиндра с учетом особенностей современных конструкций показывают значительное превышение нижней и верхней границ выхода штока относительно нормативных, а существенно отличающиеся упругие деформации различных по структуре рычажных передач предопределяют невозможность применения одного нормативного диапазона выхода штока. Кроме того, использование авторегулятора для таких вагонов, главным образом хопперов, не позволяет эксплуатировать их при наличии в рычажных системах этих вагонов цилиндров 710 с конструктивным максимальным выходом штока 125 мм, рекомендованного нормативными документами. Один из возможных путей решения данной проблемы – применение рычажной системы с установленными на тележках тормозными цилиндрами и унифицированной рычажной передачей. Такие системы являются перспективными для использования на железных дорогах России, соответственно их исследование актуально. Для схемы с унифицированной рычажной передачей и размещением на тележке двухосной типа 2 и типа 3 (ГОСТ 9246-2013) цилиндров 670В в работе определялся фактический выход штока. В статье оценена возможность прохождения крутого затяжного спуска вагоном с разработанной схемой. Разработана таблица монтажных размеров тормозной системы в эксплуатации для тормозной колодки толщиной 60 ± 4 мм. На основании таблицы и полученного выхода штока, учитывающего упругую деформацию тормозной системы, установлен фактический суммарный ход штока и винта тормозного цилиндра в эксплуатации. Определены условия применения максимально возможной толщины тормозных колодок.

Построение модели организации потоков пассажиров на вокзальном комплексе

2023-11-11T06:53:11+00:00

В организации работы вокзальных комплексов моделирование становится важной частью производственного процесса. Оно помогает детально продумать и оптимизировать практически все: от проектов зданий вокзала до загруженности инфраструктуры железнодорожного транспорта и использования ресурсов. При организации потоков пассажиров в здании вокзала и на привокзальной площади необходима оценка проходимости отдельных зон, числа посетителей, попадающих в какую-либо зону, а также плотности их потока. Актуальным является исследование загрузки элементов вокзального комплекса и выявление узких мест в перемещении людей в здании вокзала. В статье рассмотрены вопросы целесообразности применения имитационного моделирования в деятельности вокзальной инфраструктуры. Представлены результаты моделирования пассажиропотоков в системе AnyLogic. Процесс создания модели состоит из ряда этапов. На начальном этапе устанавливается главный критерий организации пассажиропотока – равномерное распределение и накопление пассажиров. Затем происходит выбор критериев системы, чтобы задать параметры модели: количество посетителей, интенсивность их прибытия. Впоследствии создается блок-схема, соответствующая структуре вокзального комплекса. Разработанная имитационная модель организации пассажиропотоков показала необходимость их деления на дальних и пригородных с целью равномерного накопления ожидающих отправления пассажиров. Учитывая, что пешеходные потоки нужно организовывать соответственно их источникам и направлениям движения, моделирование пассажиропотоков с AnyLogic позволяет определить характер транспортной доступности, что является важнейшим критерием при оценке качества предоставления услуг посетителям вокзального комплекса.

Фактор технологической прецизионности в алгоритме конструктивной эволюции буксового узла грузовых вагонов

2023-12-05T10:29:22+00:00

В статье рассмотрена тенденция выбора композиционного решения по параметру прецизионности при реализации модели в работоспособное устройство, приобретающее для выполнения своей основной функции новое конструктивное предложение, уровень совершенства которого определяется назначенным ресурсом. В качестве адекватного примера использован буксовый узел грузового вагона, реагирующий на все нагрузки и воздействия в процессе движения. Решение общей задачи предполагается не только в ракурсе инновационного технологического обеспечения производства и ремонта, но также создания объективно более целесообразных конструктивных композиций с преимущественной локализацией материалов и деталей и максимизацией импортозамещения. Осуществлено предварительное обобщение в эволюции буксового узла грузового вагона в связи с развитием прецизионности, основой которого в настоящее время является роликовый подшипник, выполняющий адаптивную роль передачи вертикальной нагрузки, и наличием новых конструкционных материалов, когда проявляется возможность превентивной рационализации, особенно для повышения уровня надежности и общего ресурса. Подтверждается свойство «изотропности» рассматриваемого для использования в конструкции подшипника материала, которая наряду с декларируемыми параметрами (низким коэффициентом трения ~ 0,02 и высокой твердостью ~ 32 Гпа) позволяет смягчить уровень требований к прецизионности в технологии изготовления и назначении ограничений в процессе эксплуатации буксового узла в целом. В работе осуществляется очередная попытка с целью развития исходной позиции представить технологически реальный прикладной аспект для алгоритма оптимизации узла по критерию «прецизионность», обеспечиваемая текущим состоянием науки и производства. Критически важным в композиции буксового узла является узел трения, который эксплуатируется в очень широком диапазоне воздействий и нагрузок. Оценивается эволюционная композиция на основе нового антифрикционного материала (AlMgB₁₄) в схеме «подшипника скольжения» по возможным сравнительным расчетам в компьютерной программе типа ANSYS и при назначенном критерии улучшения. Показано, что решение задачи в рамках технологического алгоритма с пошаговой оптимизацией влияния на процесс эволюции конструктивного решения тяжелонагруженного узла грузового вагона, передающего широкий спектр воздействий, технически и математически выполнимо и после специализированного экспериментального подтверждения доступно к отраслевому использованию.

Построение цифровых двойников железнодорожного пути с помощью мобильных средств диагностики

2023-11-17T09:46:19+00:00

В соответствии с государственной программой Российской Федерации «Национальная система пространственных данных», утвержденной постановлением Правительства РФ от 1 декабря 2021 г. № 2148 с целью реализации стратегических направлений развития инновационных технико-технологических решений по использованию пространственных данных и координатных методов управления в производственной деятельности ОАО «РЖД», принята стратегия по цифровой трансформации компании до 2025 г. Стратегия нацелена на эффективное функционирование, модернизацию и инновационное развитие железнодорожного транспорта. Одно из направлений развития в области цифровой трансформации – это моделирование объектов путевой инфраструктуры в режиме реального времени, т.е. построение цифровых моделей железнодорожного пути на основе данных, полученных с мобильных средств диагностики. В статье представлены результаты изучения нормативных документов по оценке состояния рельсовой колеи путеизмерительными средствами, методы расшифровки путеизмерительных лент, типы путеизмерителей, контролируемые параметры железнодорожного пути, а также подходы к имитационному моделированию реальных объектов путевой инфраструктуры с помощью внедряемых инновационных технологий диагностики и мониторинга, прогнозирования поведения элементов железнодорожного пути при различных нагрузках в автоматизированной системе управления инфраструктурой. Кроме того, рассмотрен математический аппарат, применяемый для прогнозирования состояния рельсовой колеи по показаниям диагностических комплексов путеизмерителей. Использование современных технологий, внедряемых с помощью мобильных средств диагностики, позволяет решить такие задачи, как совершенствование контроля за содержанием железнодорожного пути, обеспечение комплексной его диагностики, анализ параметров и прогнозирование состояния элементов верхнего строения пути, своевременное устранение выявленных отступлений и неисправностей геометрии рельсовой колеи в режиме параллельной расшифровки, снижение повторов пропусков дефектов, повышение безопасности движения подвижного состава.

Применение теории массового обслуживания и сетей Петри при анализе параметров системы обслуживания тягового подвижного состава методом математического моделирования

2023-12-29T11:28:02+00:00

Современный тяговый подвижной состав требует актуальной системы технического обслуживания и ремонта, создание которой должно привести к оптимизации ее параметров согласно диаграмме Тагути. Поэтому тема данного исследования – разработка имитационной математической модели эксплуатации и обслуживания с целью факторного анализа и выбора параметров системы обслуживания жизненного цикла составов – на сегодняшний день имеет большую важность. Процесс обслуживания в условиях депо предполагает использование ограниченного числа позиций для планового ремонта по пробегу и непланового ремонта подвижного состава, что соответствует тематике теории массового обслуживания. Для поставленной задачи наиболее точно подходит модель «сеть Петри», когда каждое последующее состояние модели определяется предыдущим дискретным состоянием и заданием на моделирование: размерами полигона, временем оборота, числом пар поездов в сутки, периодичностью ремонтов, а также стохастическими процессами возникновения отказов и случайным временем задержки поездов после отказов и в результате обслуживания. Согласно канонам теории массового обслуживания и сетей Петри разработана программа на алгоритмическом языке Visual Basic for Applications в среде MS Excel. В статье описан алгоритм программы. В программе последовательно для заданного числа дней моделирования для каждого часа суток определяется необходимость постановки каждого из свободных составов на ремонт, в случае отсутствия свободных ремонтных позиций состав ставится в очередь. Не поставленные на ремонт составы подвязываются к поездам, отправляемым в текущий час. В поездке моделируются отказы с заданной интенсивностью, которая считается постоянной.

Методика принятия проектных решений по изменению облика и мощности мультимодального транспортного узла

2023-11-22T05:27:58+00:00

Стабильная тенденция роста экспортных перевозок топливно-энергетических грузов в направлении портов тихоокеанского побережья Дальнего Востока Российской Федерации требует значительного усиления мощности транспортной инфраструктуры Восточного полигона, особенно в нынешней геополитической ситуации. В этой связи особую актуальность приобретает задача эффективного использования существующих резервов провозной и пропускной способностей объектов железнодорожного и морского транспорта, их комплексного развития на основе сбалансированности параметров, определяющих производительность железнодорожной и морской портовой инфраструктуры. В связи с этим была разработана методика принятия проектных решений по изменению облика и мощности мультимодального транспортного узла с учетом взаимодействия объектов железнодорожного и морского транспорта и надежности их функционирования. Применены методология структурного системного анализа, теория систем, принцип декомпозиции, теория множеств, основы теории графов и теории надежности, а также методы системного анализа, математического моделирования процессов и систем, принятия решений, динамического программирования, многокритериальной оптимизации, экономической оценки эффективности проектных решений. Обоснована актуальность задачи эффективного использования существующих резервов провозной и пропускной способностей железнодорожной и морской портовой инфраструктуры, ее всестороннего развития на основе сбалансированности технических и технологических параметров. Предложенная методика позволяет сформировать область эффективных стратегий развития мультимодального транспортного узла для принятия решений по изменению объектов железнодорожного и морского транспорта с целью повышения их функциональности, конструктивного взаимодействия и безопасности.

Диагностический алгоритм анализа тока асинхронных электродвигателей, основанный на методиках оценки годографа и частотного спектра

2023-11-29T04:38:29+00:00

В статье рассмотрен диагностический алгоритм для анализа технического состояния асинхронного электродвигателя на основе сигналов потребляемого линейного тока. Цель разработки данного алгоритма – своевременное выявление дефектов асинхронных электродвигателей в режиме их эксплуатации. Проведен литературный обзор по статистике наиболее распространенных неисправностей и методам их диагностики. Среди неисправностей выделяются: обрыв фазы, межвитковое замыкание, замыкание фазы на корпус, дефект ротора и эксцентриситет ротора. Недостатки существующих подходов, основанных на стендовых испытаниях, могут привести к несвоевременной диагностике и, следовательно, развитию нарушений до критического уровня и повреждению смежных с электродвигателем узлов. В связи с этим требуется производить диагностику в режиме эксплуатации, что позволит вовремя предупредить развитие дефектов асинхронного электродвигателя. Методы диагностики можно разделить на четыре типа: анализ тока во временной области, анализ тока при помощи нейронных сетей, анализ тока в частотной области и анализ годографа обобщенного вектора тока. Для разработанного алгоритма были выбраны последние две методики. Они позволяют надежно классифицировать конкретные типы неисправностей, а параллельное их использование повышает робастность системы. Для тестирования работы алгоритма был изготовлен испытательный стенд, а также искусственно воссозданы следующие неисправности: межвитковое замыкание и дефект ротора. После испытаний на стенде и настройки чувствительности срабатывания, алгоритм проходит тестирование на трех электродвигателях реального электропоезда. Данный алгоритм приспособлен для диагностики асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, с типом соединения «звезда». Однако в будущем планируется масштабировать его на двигатели с фазным ротором и двигатели, соединенные «треугольником».

Оценка эффективности инвестиций в проекты для компаний железнодорожного транспорта

2023-11-30T08:01:15+00:00

В статье рассматривается методика выбора целесообразного места расположения железнодорожных путей для выполнения технического осмотра порожних вагонов, направляемых под погрузку. Использование разработанной методики позволит выбирать оптимальное место для проведения работ по технической передаче вагонов под сдвоенные операции по критерию минимума суммарных эксплуатационных расходов, а также обосновывать затраты на содержание штата осмотрщиков вагонов по договору для транспортных компаний ОАО «РЖД». Объект исследований – пункты проведения технической передачи вагонов под сдвоенные операции; предмет – критерий выбора оптимального местонахождения железнодорожных выставочных путей, заключающийся в минимизации эксплуатационных расходов. Расчет таких расходов по полурейсам при различных значениях учитываемых факторов (параметры путевого развития, количество и масса местных вагонов) произведен на основе имитационного моделирования маневровых передвижений. Методы статистического исследования применялись с целью выявления математических зависимостей и определения влияния изменяемых параметров на изучаемые величины. В результате были получены зависимости эксплуатационных расходов от массы и числа вагонов в маневровом составе, от длины и продольного профиля полурейсов, используемых в перестановке фитинговых платформ для технического осмотра под сдвоенные операции. Разработанная методика апробирована на реальном железнодорожном объекте. Практическая значимость данного исследования заключается в совершенствовании работы станции путем сокращения простоя местных вагонов, а также оптимизации условий обслуживания грузоотправителей и грузополучателей за счет ускорения доставки грузов.

Новые подходы к моделированию устойчивости бесстыкового пути в среде конечно-элементного анализа

2023-11-24T12:04:40+00:00

В статье рассмотрены подходы к решению актуального на данный момент вопроса, касающегося безопасного расширения полигона бесстыкового пути с недопущением потери устойчивости против выброса. Проведено исследование существующих методов оценки запаса устойчивости бесстыкового пути начиная от самых простых, не требующих значительных вычислений, заканчивая методиками, которые реализуются с помощью специализированного программного обеспечения, обозначены их преимущества, недостатки и возможные сферы применения в зависимости от спектра решаемых задач. Представлена модель участка бесстыкового пути, выполненная в среде конечно-элементного анализа, оптимальная с точки зрения ширины диапазона задания начальных условий и получения выходных данных (результатов). Показаны способы нивелирования одного из самых существенных недостатков метода конечных элементов – уход от необходимости перестроения модели при изменении исходных данных за счет разработанных программ-макросов в среде Visual Basic for Applications, значительно упрощающих процессы формирования моделей, а также вывода и анализа результатов. В работе описывается новый подход определения параметров максимально допускаемого превышения температуры рельсов относительно температуры закрепления, основанный на моделировании процесса выброса, позволяющий получать параметры устойчивости для любой конструкции пути. При этом с помощью методов теории вероятности вычисляются значения критических температур для заранее выбранных критериев оценки запаса устойчивости бесстыкового пути, статистическая взаимосвязь в которых при использовании моделирования и эмпирических методов максимальна, что помогает вычислить «условно эмпирические» величины повышения температуры рельсовой плети, допускаемые по условию устойчивости.

Исследование газодинамических процессов в электропневматических тормозах на электропоезде ЭД9М

2023-11-30T02:17:29+00:00

В процессе разработки алгоритма адаптивного управления тормозным нажатием колодок пассажирского подвижного состава при электропневматическом торможении возникла необходимость учесть протекающие в тормозной системе газодинамические процессы. Для этого в моторвагонном депо «Иркутск» был проведен эксперимент на электропоезде ЭД9М во время стоянки с применением специального цифрового оборудования. В ходе эксперимента выполнено некоторое количество циклов торможения с целью выявления задержки между подачей управляющего воздействия краном машиниста и началом наполнения тормозного цилиндра или его разрядкой, также выявлено количество возможных ступеней разрядки тормозного цилиндра при ручном управлении электропневматическими тормозами для уточнения алгоритма адаптивного торможения. Датчики давления подключались в семи точках тормозной системы: тормозной цилиндр, ложный тормозной цилиндр, рабочая камера воздухораспределителя, питательный и запасный резервуары, питательная магистраль, тормозная магистраль. Сигнал с датчиков давления поступал в устройство регистрации и сохранения данных. Момент начала подачи управляющего воздействия в электропневматическую тормозную систему путем перевода ручки крана машиниста в положения «отпуск», «перекрыша» и «торможение», фиксировался датчиками света, установленными на лампах перекрыша и торможение на панели управления в кабине машиниста. В результате эксперимента подтверждена возможность применения алгоритма адаптивного торможения при управлении электропневматическими тормозами в части их быстродействия и управляемости.

Моделирование распределения тепловых полей на поверхностях трения композиционных тормозных накладок дисковых тормозов железнодорожного подвижного состава

2023-12-13T09:05:16+00:00

В статье рассматривается важная роль скоростного и высокоскоростного подвижного состава в железнодорожном транспорте Российской Федерации. Для обеспечения необходимого уровня безопасности движения требуются тормозные системы с высокими характеристиками. К подобным тормозным системам относятся дисковые тормоза. Одним из решений, обеспечивающих нужные технические характеристики дисковых тормозов, является проведение компьютерного моделирования работы выбранного типа тормозного оборудования, в частности моделирования тепловых процессов, возникающих в ходе торможения. Указано, что дисковые тормоза больше всего подходят для скоростного и высокоскоростного подвижного состава, так как они обладают значительными техническими достоинствами. Выявлен основной недостаток стандартных колодочных тормозов локомотивов и вагонов. Отмечено, что следует учитывать температуру нагрева элементов трения в конструкции тормозов подвижного состава, так как от данного фактора зависит величина коэффициента трения и, следовательно, эффективность торможения. Рассмотрена конструкция и назначение важнейших элементов и узлов дисковых тормозов на примере электропоезда ЭС1 «Ласточка». Смоделированы в системе автоматизированного проектирования «Компас-3D» композиционные тормозные накладки с различной степенью износа для проведения дальнейшего исследования. Произведен расчет изменения коэффициента трения и тормозной силы в процессе торможения подвижного состава, оснащенного дисковыми тормозами. Согласно теории пропорциональности механической и тепловой мощности, выделяемой в ходе трения тормозных накладок о диск, определена плотность теплового потока. Установлены коэффициенты теплового потока как для тормозного диска, так и для тормозных накладок. Описан процесс конечно-элементного анализа в среде MSC Patran/Marc. Приведены результаты моделирования с иллюстрацией распределения тепловых полей на поверхностях трения тормозных накладок с различной степенью и формой износа. Сделаны выводы о влиянии износов на максимальную температуру нагрева тормозных накладок.

Ключевые аспекты функционирования динамической модели загрузки инфраструктуры ОАО «Российские железные дороги»

2023-11-30T08:27:29+00:00

В научной статье авторы поднимают вопросы взаимосвязанности производственных и транспортно-логистических процессов в рамках принимаемых мер по внедрению динамической модели загрузки инфраструктурного комплекса грузоотправителей, структурных подразделений ОАО «Российские железные дороги» и пользователей транспортных услуг. Проведен факторный анализ действующей до 2023 г. процедуры обработки заявок на перевозку груза формы ГУ-12 и новой автоматизированной процедуры с учетом внедрения комплекса «Динамическая модель загрузки инфраструктуры», что помогло определить сильные и слабые стороны технологии согласования заявок. Изучены основные аспекты работы динамической модели загрузки инфраструктуры, которые предусматривают достаточно обширную совокупность функциональных возможностей, направленных на повышение клиентоориентированности отрасли. Внедрение автоматизированной процедуры позволит добиться стабильности перевозочного процесса, улучшить качественные характеристики эксплуатационной работы, максимально быстро и эффективно проводить организацию технологических операций и их планирование, обеспечить полноценный логический контроль согласования заявок формы ГУ-12 за счет сбалансированности взаимодействия инфраструктурного комплекса грузоотправителей и перевозчика и достигнуть тем самым бесперебойности в осуществлении транспортировки в секторе грузовых перевозок, а также повысить рентабельность работы отрасли. Цель проводимого анализа заключалась в выявлении уровня взаимосвязанности существующих технологических процессов, в которых участвуют пользователи транспортных услуг ОАО «РЖД», и транспортно-логистических процессов в условиях поэтапного внедрения динамической модели загрузки инфраструктуры, в разработке комплекса рекомендаций по адаптации и устранению проблем в работе модели.

Исследование распределения вибрации и дефектов вспомогательных машин электровозов

2024-01-20T01:40:26+00:00

Статья посвящена исследованию вибрации с использованием разработанной в лаборатории технической диагностики Иркутского государственного университета путей сообщения аппаратуры дистанционного измерения вибропараметров с последующей их автоматизированной обработкой и выдачей протоколов вибродиагностики вспомогательных машин грузовых электровозов ВЛ-85 и пассажирских электровозов ЭП-1. Измерения проводились в локомотивных депо «Нижнеудинское» и «Иркутское» перед входом электровозов на текущий и средний ремонт. Обозначенная аппаратура выполнена в виде виброизмерительных блоков с одним или двумя вибродатчиками, установленными на подшипниковых опорах вспомогательных машин, в частности мотор-вентиляторах электровозов. Большое внимание уделено статистической обработке полученного массива виброданных с целью минимизации количества необходимых вибродатчиков, располагаемых только в точках с максимальной вибрацией. Проведенный статистический анализ позволил сократить число датчиков виброизмерительных блоков на каждой вспомогательной машине. Вместо рекомендуемых четырех-пяти датчиков предложено использовать два или даже один датчик, адекватно характеризующий вибрацию вспомогательной машины. Это позволило создать комплект виброизмерительных блоков оптимальной конфигурации – четыре-пять виброизмерительных блока на секцию электровоза (т.е. по количеству вспомогательных машин в секции). Одновременно регистрируя вибрацию всех вспомогательных машин секции электровоза, можно за короткое время собрать весь массив необходимой информации о их вибрации перед заходом электровоза на ремонт. Автоматизированный анализ вибрации и вибродиагностика дефектов с помощью специально разработанной программы «Вибродефект» позволяет осуществлять ремонт вспомогательных машин с учетом фактического состояния.