Современные технологии. Системный анализ. Моделирование

Управление электроподвижным составом с учетом режимов работы системы тягового электроснабжения железных дорог

Илья Николаевич Денисов — 2024-12-12

Развитие цифровых технологий на железнодорожном транспорте позволяет преодолеть ряд технологических барьеров, связанных с ограничением пропускной способности энергетической инфраструктуры посредством управления электроподвижным составом исходя из режимов работы системы тягового электроснабжения железных дорог в реальном времени. В статье предложен алгоритм управления электроподвижным составом за счет изменения потребляемой мощности с учетом режимов работы и ограничений координированно с регуляторами системы тягового электроснабжения железных дорог в реальном времени. Управляющие воздействия на снижение мощности электротяговой нагрузки могут быть получены путем численного моделирования на основе расчетной схемы или прямого решения системы уравнений, описывающих токи и напряжения в межподстанционной зоне системы тягового электроснабжения. В результате расчетов для одного момента времени получена величина снижения мощности электротяговой нагрузки в контексте приоритета для выполнения ограничений по загрузке фидеров контактной сети по току и обеспечения напряжений в тяговой сети в допустимых пределах. Достоверность итогов моделирования подтверждается сходимостью полученных результатов расчета режимов электрифицированного участка и экспериментальных данных. Реализация предлагаемого подхода позволит повысить пропускную способность электрифицированного участка за счет повышения надежности электроподвижного состава и системы тягового электроснабжения железных дорог из-за исключения ненормальных режимов их работы. Представленная технология определения управляющих воздействий для электроподвижного состава с учетом взаимной координации и приоритета при превышении допустимых пределов параметров энергетической инфраструктуры практически осуществима и может применяться в рамках «виртуальной сцепки».

Совершенствование системы оценки стабильности участка пути на перегоне для перспективного планирования выправочных работ

Виктор Ошерович Певзнер — 2024-12-12

Актуальные требования организации технического обслуживания пути характеризуются двумя противоречащими друг другу тенденциями: с одной стороны, рост грузооборота с использованием поездов повышенной массы и вагонов с повышенной осевой нагрузкой ведет к накоплению расстройств пути и увеличению потребности в проведении работ, с другой – рост плотности поездопотока ограничивает время на производство профилактических и ремонтных работ. Существующая система планирования выправочных работ основана на оценке состояния пути по результатам проходов вагонов-путеизмерителей и включает жестко дифференцированные по классам пути сроки назначения работ. Такая система является статичной и не позволяет определить устойчивость характеристик состояния пути во времени или при наработке тоннажа. В современных условиях, когда потребность в работах на ряде участков превышает имеющиеся возможности в предоставлении дополнительных «окон» в графике движения поездов, система планирования выправочных работ должна основываться не на одномоментных характеристиках состояния пути, а на анализе темпа его деградации при наработке тоннажа до выхода на предельный уровень, требующий ограничения скоростей движения поездов. Таким образом, очередность назначения работ должна зависеть от темпов ухудшения состояния пути на конкретных участках. Это требует разработки специальной системы оценки стабильности геометрии рельсовой колеи с установлением порядка очередности производства работ на участках пути, различной протяженности. В качестве решения поставленной задачи в статье предлагается способ двухкомпонентной оценки стабильности геометрии рельсовой колеи, основанный на положении о том, что путь как система является протяженной по длине и изменяющейся в процессе эксплуатации. Представленная система статистических оценок стабильности геометрии рельсовой колеи позволит выделить места, требующие первоочередного проведения работ в условиях высокой плотности поездопотока при ограниченных ресурсах.

Предиктивная аналитика в планировании контингента монтеров пути в автоматизированных системах управления железнодорожным транспортом

Татьяна Николаевна Асалханова — 2024-12-12

Одним из важных показателей эффективности организации текущего содержания железнодорожного пути является качественное выполнение технологических процессов с соблюдением типовых норм времени. Путевые работы дистанций пути осуществляются исходя из показателей состояния верхнего строения пути, с учетом обеспечения безопасности движения и оптимальных затрат на содержание инфраструктуры. Планирование и организация путевых работ зависят прежде всего от основных участников технологических процессов – монтеров пути, соответствия их квалификации и разрядам для тех видов работ, которые должны выполняться. При этом планированием контингента рабочих занимаются специалисты дистанции пути и во многом от их знаний, профессионализма и умозаключений, которые они делают на основании отчетных данных из систем, зависит качество выполнения путевых работ. В статье рассматриваются вопросы планирования контингента монтеров пути для выполнения текущего содержания пути с учетом имеющихся проблем, а также возможность усовершенствования корпоративных автоматизированных систем за счет внедрения цифровых технологий – предиктивной аналитики, Big Data, машинного обучения. Планирование путевых работ производится в Единой корпоративной автоматизированной системе управления инфраструктурой на основании данных о движении кадров из Единой корпоративной автоматизированной системы управления трудовыми ресурсами. В системах возникают разногласия по разрядам монтеров пути, так как в последней формируется списочная численность рабочих без учета временных переводов. В результате в системах возникает разница между средним разрядом рабочих, в том числе и из-за того, что не реализованы инструменты расчета текучести кадров, прогнозирования движения и численности монтеров пути, что приводит к сложностям при планировании контингента, особенно на годовой период. Предиктивная аналитика в совокупности с математическими моделями неочевидных зависимостей, дескриптивного анализа позволит в указанных системах создать прогнозную аналитику движения контингента, выявить скрытые проблемы, которые могут влиять на эффективное планирование путевых работ.

Оценка применения рекуперативного торможения электровозов для повышения энергетической эффективности электрической тяги и безопасности движения поездов

Александр Алексеевич Бакланов — 2024-12-12

Расширение возможностей использования рекуперативного торможения современного электроподвижного состава является актуальной проблемой в контексте увеличения интенсивности движения поездов. В статье представлены результаты исследования применения рекуперативного торможения электровозов для повышения энергетической эффективности и безопасности движения грузовых и пассажирских поездов. В работе использовались следующие методы: математический анализ, методы тяговых расчетов и энергетического баланса. Рассмотрены уравнения энергетического баланса движения поезда и его составляющих в режиме рекуперативного торможения, позволяющие выявить основные факторы, влияющие на возврат электроэнергии. Получены зависимости возврата электроэнергии при рекуперативном торможении, помогающие оценить воздействие отдельных факторов на возврат электроэнергии в процессе рекуперативного торможения электровоза. Авторами даны рекомендации по сокращению энергозатрат при вождении поездов с использованием рекуперативного торможения. Представлены результаты применения данного вида торможения для снижения скорости и повышения безопасности движения поездов. Показано, что рекуперативное торможение позволяет достаточно эффективно снижать скорость движения грузовых груженых и порожних, а также пассажирских вагонов. Однако наиболее целесообразно применять такое торможение на грузовых порожних и пассажирских поездах. Определены условия, которые способствуют увеличению возврата электроэнергии при рекуперативном торможении электровозов и позволяют использовать такое торможение для снижения скорости движения. Применение разработанных предложений повысит энергетическую эффективность электрической тяги и безопасность железнодорожного транспорта.

Маршрутизация контейнерных поездов в современных условиях

Сергей Олегович Литвинцев — 2024-12-12

В статье рассматривается проблема развития контейнерных перевозок в современных условиях. С целью прогнозирования их объема авторами был выполнен конструктивный анализ доли контейнерных перевозок за последние два года. Исследованы применяемые методы организации контейнерных перевозок, на основе которых выявлены недостатки соответствующей перевозочной деятельности. Рассмотрена динамика транспортировки грузов в контейнерах в период обострения геополитической обстановки в мире и давления со стороны Запада санкциями (перераспределение логистики грузов и результаты введения санкций). В ходе анализа уровня развития контейнеризации возникла необходимость разработки новых технологий. Проведена оценка наличной пропускной способности основных устройств и сооружений, загруженных участков Восточного полигона с помощью методики определения пропускной и провозной способностей инфраструктуры железнодорожного транспорта общего пользования. Выявлены главные факторы, негативно влияющие на общую логистику грузов, приводящие к дополнительным простоям и непроизводственному занятию инфраструктуры. Для сокращения сроков доставки грузов авторами рассмотрено одно из предложенных решений по созданию на сети железных дорог уточненной модели маршрутизации контейнерных поездов с добавлением картежа групп элементов модели в общую структуру. С помощью имитационного моделирования построены прогнозные графики движения поездов для обнаружения факторов, влияющих на движение поездопотока длинносоставных поездов. Представлены варианты формирования контейнерного шаттла, которые при организации таких перевозок дадут положительный эффект.

Применение кабельных линий электропередачи в системах внешнего электроснабжения железных дорог постоянного тока

Андрей Васильевич Крюков — 2024-12-12

Для присоединения тяговых подстанций железных дорог к высоковольтным сетям электроэнергетических систем применяются воздушные линии электропередачи. Такой подход имеет целый ряд недостатков, к которым относятся значительная ширина охранной зоны, возможность повреждений при сильных ветрах и образовании гололедно-изморозевых отложений, риск поражения людей и животных от воздействия шаговых напряжений из-за обрыва проводов. Указанные негативные эффекты можно исключить при использовании для подключения тяговых подстанций кабельных линий 110 кВ с изоляцией из шитого полиэтилена. В статье представлены результаты исследований по разработке цифровых моделей для определения режимов систем тягового электроснабжения постоянного тока с питанием преобразовательных подстанций по кабельным линиям. Полученные результаты позволили сделать следующие выводы: при использовании кабельных линий минимальные трехминутные напряжения повышаются на 2,0–3,5 %; потери активной мощности в головной питающей линии уменьшаются на 8–14 %. Тяговые подстанции постоянного тока не создают в примыкающих сетях заметного уровня несимметрии. Однако любая разбалансированность трехфазной системы оказывает негативное влияние на электроприемники, особенно на широко распространенные асинхронные электродвигатели. Применение кабелей из сшитого полиэтилена позволяет снизить коэффициенты несимметрии в 11–22 раза. При наличии воздушных линий уровни гармонических искажений на шинах 110 кВ тяговых подстанций 2 и 3 превышают нормально допустимые значения. Замена воздушной линии на кабельную дает возможность уменьшить эти показатели примерно на 60 %. Коэффициенты отдельных гармоник снижаются на 37–100 %. Разработанные цифровые модели могут использоваться при проектировании и эксплуатации систем тягового электроснабжения постоянного тока. Методика определения режимов является универсальной и подойдет для расчета систем внешнего электроснабжения любой конфигурации и тяговых сетей различного конструктивного исполнения.

Экспериментальные исследования по определению суммарных боковых сил в кривых участках пути со шпалами типоразмера 1 526 мм

Дмитрий Александрович Ковенькин — 2024-12-12

Настоящая работа посвящена анализу результатов экспериментальных исследований движения поездов по участкам пути со шпалами типоразмера 1 526 мм. Такие шпалы в качестве эксперимента используются на Восточно-Сибирской железной дороге в кривых радиусом менее 350 м с 2016 г. В теории применение шпал этого типоразмера должно позволить снизить интенсивность уширения рельсовой колеи. Кроме того, анализ трудозатрат по текущему содержанию пути на участках с такими шпалами показал их снижение. Целью эксперимента являлось определение фактических внешних нагрузок, действующих от подвижного состава на рельсы в зависимости от нагрузки на ось. Для измерения нагрузок по деформации рельса в данном его сечении или на очень коротком отрезке рельса применялся метод Шлумпфа. Определялись боковые силы, оказывающие влияние на состояние ширины рельсовой колеи. После проведения аппроксимации получили кривые боковых сил в зависимости от осевых нагрузок. С целью подтверждения достоверности результатов эксперимента были произведены теоретические расчеты. Сравнение итогов теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия элементов рельсошпальной решетки под поездной нагрузкой показывает, что методы и алгоритмы определения вынужденных колебаний рельсов объективно отражают действительность и вполне пригодны для практического использования. Для подтверждения выдвинутых теоретических предположений о надежности шпал колеи 1 526 мм необходимо дальнейшее осуществление подобных экспериментальных исследований для шпал колеи 1 520 и 1 530 мм.

Анализ состояния транспортно-логистического бизнес-блока холдинга ОАО «РЖД» с целью повышения качества предоставления услуг клиентам железнодорожного транспорта по перевозке навалочных грузов в специализированных контейнерах

Наталья Васильевна Власова — 2024-12-12

В настоящее время в условиях существенных ограничений транспортировки грузов перед холдингом ОАО «РЖД» с целью выполнения государственного заказа ставится ряд государственных и социальных задач: обслуживание городов, осуществление социальных перевозок, разработка приоритетных направлений и формирование системы учета доходов от реализации комплексных продуктов и услуг, а также мероприятий по развитию транспортно-логистического бизнеса. Транспортно-логистический бизнес холдинга ОАО «РЖД» включает оказание комплексных логистических услуг с задействованием собственных объектов инфраструктуры (объекты движимого и недвижимого имущества, подвижной состав и универсальная тара, высокотехнологичная упаковка и спецсредства, специализированные контейнеры), а также применение решений цифровой трансформации, кооперацию компетенций транспортно-логистических услуг в ключевых грузообразующих регионах. На сегодняшний день деятельность национального транспортного комплекса ограничена определенными условиями, однако они одновременно создают новые возможности при высокой волатильности транспортно-логистического рынка. Ключевыми ограничениями являются логистические риски и барьеры для импортно-экспортных и транзитных перевозок в долгосрочном периоде, отражающие сокращение ресурсной базы транспортно-логистических услуг к 2030 г., высокая вероятность дефицита пропускных и провозных мощностей международных транспортных коридоров, проходящих по территории России (преимущественно маршрутов международных транспортных коридоров «Восток – Запад») при увеличивающемся спросе на комплексные транспортно-логистические сервисы. Для создания многоаспектных транспортно-логистических объектов инфраструктуры национальная сеть развивается в соответствии с обновленным распределением грузопотоков, предусматривая растущие потребности в части объема перевозок и расширения номенклатуры грузов. Реализация инфраструктурных проектов, запланированных до 2030 г., позволит минимизировать ограничения пропускных и провозных способностей железнодорожных участков и создать резервы роста грузопотоков на период до 2036 г. Таким образом, для повышения доходности транспортно-логистического бизнес-блока и в частности структурного подразделения ОАО «РЖД» – Восточно-Сибирской дирекции по управлению терминально-складским комплексом, с учетом перечисленных факторов предлагается проанализировать особенности погрузки и перевозки угля в специализированных контейнерах типа Оpen top с целью увеличения доходных поступлений от реализации комплекса терминально-складских услуг и эффективного использования грузовых дворов.

Вопросы повышения эффективности системы таможенного контроля железнодорожного пункта пропуска

Татьяна Александровна Булохова — 2024-12-12

Основой повышения эффективности дальнейшего развития транспортно-логистической системы страны является Транспортная стратегия Российской Федерации. Разработка данного документа учитывала ряд факторов: результаты глубокого анализа и диагностики проблем функционирования транспортного комплекса и входящих в его состав структурных подразделений; прогнозные значения спроса на грузовые перевозки в соответствии с текущей политической и экономической ситуацией, их возможные колебания, географическую нестабильность; преобразования сфер транспортного рынка; изменения систем таможенного контроля и пограничных пунктов пропуска; условия экономического развития государства и его регионов; оценку роли российской транспортной системы в мировом сообществе. При этом в качестве важнейшего показателя дальнейшего эффективного функционирования железнодорожной транспортной системы страны необходимо учитывать размеры пропускных и перерабатывающих способностей объектов инфраструктурного комплекса ОАО «РЖД», особенно в существующих условиях значительных преобразований мирового транспортного рынка, разворота грузопотока на восточное направление, ускоренного развития торговых отношений с Азиатско-Тихоокеанскими государствами. В данных условиях вопросы повышения эффективности системы таможенного контроля пограничных пунктов пропуска Россия – Китай – Монголия встают особенно остро, поскольку технологические, организационные и управленческие операции, осуществляемые в пунктах пограничных переходов в полной мере оказывают влияние на эффективность организации перевозочного процесса на Восточном полигоне железных дорог, возможность обеспечения высокого уровня пропускных и перерабатывающих мощностей объектов железнодорожного транспортного комплекса, реализацию пропуска заданных размеров поездопотоков.

Применение имитационного моделирования при разработке устройства контроля состояния опоры контактной сети при ее разземлении

Александр Геннадьевич Емельянов — 2024-12-12

В статье выполнен анализ статистики отказов технических средств за период 2018–2023 гг. в рамках системы регистрации отказов технических средств устройств тягового электроснабжения Забайкальской железной дороги. Особое внимание уделяется наиболее массовым отказам, связанным с разземлением опоры контактной сети системы тягового электроснабжения из-за повреждений высоковольтных изоляторов контактной сети, что отрицательно влияет на эффективность и избирательность работы систем релейной защиты и противоаварийной автоматики системы тягового электроснабжения, систем и устройств железнодорожной автоматики и телемеханики, напольных устройств централизации, сигнализации и автоблокировки. Выполнена разработка конструкции устройства контроля состояния опоры контактной сети при ее разземлении, предложен вариант реализации прибора для повышения надежности и эффективности работы релейной защиты и напольных конструкций железнодорожной автоматики и телемеханики. Достигается снижение материальных издержек, связанных с определением места расположения разземленной опоры, ввиду минимальных материальных затрат на создание данного девайса. Для исследования его работы использовано лицензионное программное обеспечение системы имитационного моделирования «Мультисим» версии 10.0. Полученный результат показал полную работоспособность модели устройства контроля состояния защитного заземления опоры контактной сети при ее разземлении. Широкое его применение позволит осуществить интеграцию в систему диагностики состояния опор контактной сети переменного тока в качестве первичного элемента, контролирующего, в том числе, вопросы электробезопасности оперативно-технического персонала и сторонних лиц. Предложенный оптический вариант выходного сигнала поможет решить проблему гальванической высоковольтной развязки и отсутствия влияния удаленности опоры от контрольного пункта в виде дистанции электроснабжения или тяговой подстанции.

Диагностирование подвижного состава с применением RBF-сетей

Игорь Игоревич Лакин — 2024-12-12

Современные автоматизированные системы управления создаются как киберфизические производственные структуры, когда информация собирается из нескольких информационных массивов для принятия управленческих решений. При техническом обслуживании и ремонте тягового подвижного состава в автоматизированные системы управления должны поступать сведения с бортовых сетей диагностирования для обнаружения предотказных состояний оборудования и планирования индивидуального объема ремонта. Определяется принадлежность диагностируемого события по близости к вектору класса. В статье за основу взяты из сети Интернет примеры расчета принадлежности объекта диагностирования к одному из возможных классов по данным обучающей выборки, на базе которых разработана собственная программа на алгоритмическом языке Visual Basic for Applications в среде MS Excel. Программа верифицирована на тестовых примерах. Она автоматически определяет объем обучающей выборки и число классов, позволяет проводить многоитерационные расчеты. Предложено контролировать процент принадлежности к каждому классу. С помощью программы выполнены расчеты для специально составленной обучающей выборки токов четырех тяговых электродвигателей одной секции локомотива – по десять событий для каждого класса. Всего задано пять классов: исправное состояние («норма») и отказы каждого из четырех двигателей. Данные имеют случайный разброс значений в пределах класса. Смоделированы одновременные отказы и предотказные состояния одного, двух и трех двигателей. Расчеты показали высокую результативность метода, особенно в части определения принадлежности к классу «норма». Сделан вывод об эффективности представленного алгоритма. Предлагается использовать его как инкапсулированный в программное обеспечение при планировании индивидуального объема технического обслуживания и ремонта с постоянным обучением за счет пополнения выборки.

Математическое обеспечение для выбора сценария учебной программы в условиях цифровой железной дороги

Юрий Мечеславович Краковский — 2024-12-12

Создание в стране цифровой экономики, программ импортозамещения, совершенствование и внедрение IT и технологий искусственного интеллекта требуют модернизации, оптимизации и трансформации высшего образования. В ОАО "РЖД" в последние годы реализуется комплексный научно-технический проект «Цифровая железная дорога», предполагающий расширение цифровых технологий холдинга. «Цифровая железная дорога» включает развитие следующих IT-технологий: большие данные; промышленный интернет; технологии беспроводной связи, виртуальной и дополненной реальности; возможность использования современных и высокоэффективных методов диагностики, прогнозирования, а также обучения персонала. В связи с этим цифровизация железных дорог требует цифровой трансформации образования, а для этого необходимо повышение качества учебных программ, изменение их содержания по часам и читаемым дисциплинам. При обсуждении этих вопросов возможно создание нескольких сценариев учебных программ, поэтому возникает задача выбора лучшего из них. Математическое обеспечение содержит два непараметрических критерия (критерий Краскела – Уоллеса и критерий Уилкоксона – Манна – Уитни) для выбора сценария в терминах математической статистики. Для сравнения сценариев приведены пять показателей, значения которых определяют эксперты по стобалльной шкале. Для «свертки» пяти показателей в один комплексный предложено использовать линейную модель с весовыми коэффициентами, которые рекомендовано определять по методу анализа иерархий с вычислением отношения согласованности. Данные исследования проведены применительно к специальности «Путь и путевое хозяйство». При апробации методики выбран один из трех рассматриваемых сценариев.

Снижение осевых и радиальных деформаций тонкостенного оболочечного уплотнения

Юрий Игоревич Белоголов — 2024-12-12

В статье рассматривается одно из перспективных направлений совершенствования уплотнительных соединений запорной арматуры – использование тонкостенных металлических уплотнений в затворах быстродействующих клапанов. Перекрытие потока рабочей среды в таких соединениях происходит со скоростью, достаточной для разрушения тонкостенного уплотнения. Изменение геометрических параметров уплотнения (толщины) приводит к потере положительных качеств по сравнению с другими типами соединений, поэтому достаточно важно обеспечить надежную работу затвора клапана при динамических (ударных) нагрузках без потери прочностных свойств. Ранее уже рассматривались вопросы снижения приведенной жесткости тонкостенного уплотнения за счет использования пластинчатых элементов. В таких конструктивных решениях появляется нагрузка со стороны рабочей среды на площадь пластинчатого элемента, которая может изменяться в широких пределах и влиять на надежность уплотнительного соединения. Для защиты тонкостенного металлического уплотнения пониженной жесткости в работе предлагается использование тонкостенных упругих ограничителей, которые будут предотвращать перегрузку затвора. Для проверки предлагаемой конструкции затвора произведено моделирование методом конечных элементов в модуле APM Structure 3D программного продукта НПЦ APM WinMachine. Полученные значения напряжений и перемещений в уплотнении с тонкостенными ограничителями и без них свидетельствуют о надежной работе затвора клапана, особенно при выходе за пределы условий эксплуатации. Использование осевого упора помогает предотвратить большие перегрузки уплотнения и в совокупности с тонкостенными ограничителями позволяет выполнить седло более тонкостенным, обеспечив минимизацию усилия герметизации в уплотнительном стыке.