CC BY
9
Паранин Александр Викторович
Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС).
Колмогорова ул., д. 66, г. Екатеринбург, 620034, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроснабжение транспорта», УрГУПС.
Тел.: +7 (343) 221-24-78.
E-mail: alks84@mail.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Аржанников, Б. А. Расчет параметров и оценка возможности использования цепной компенсированной контактной подвески с рычагами для трехфазной системы тягового электроснабжения / Б. А. Аржанников, А. В. Паранин. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2022. - № 2 (50). - С. 30 - 44.
Paranin Alexander Viktorovich
Ural State University of Railway Transport (USURT).
66, Kolmogorova st., Ekaterinburg, 620034, the Russian Federation.
Ph. D. in Engineering, associate professor of the department « Transport Power Supply », USURT.
Phone: +7 (343) 221-24-78.
E-mail: alks84@mail.ru
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Arzhannikov B.A., Paranin A.V. Calculation of parameters and evaluation of the possibility of using chain compensated contact suspension with lever for a three-phase traction power supply system. Journal of Transsib Railway Studies, 2022, no. 2 (50), pp. 30-44 (In Russian).
УДК 621.336.2
В. М. Павлов, А. И. Слатин, Д. А. Петин
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МАЛОГАБАРИТНОГО УСТРОЙСТВА СБОРА ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТОКОПРИЕМНИКОВ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА
Аннотация. В ходе эксплуатации токоприемников электроподвижного состава происходят процессы, приводящие к снижению механических показателей токоведущих конструкций. Контроль параметров работы токоприемников и нагрузок, действующих на них, в настоящее время затруднен из-за того, что разность потенциалов его элементов и кузова электроподвижного состава соответствует рабочему напряжению в контактной сети. Применение различных способов разделения среды передачи данных и гальванической развязки питания датчиков сопряжено с некоторыми недостатками, главным из которых являются значительные габариты и масса устройств такого типа. В исследовательских целях разработаны и применяются автономные источники питания и накопители информации, не претендующие на внедрение в конструкцию серийных токоприемников. В статье описано устройство, предназначенное для решения множества задач диагностики, использующее принцип утилизации свободной энергии для питания датчиков, преобразователей и системы передачи данных на внешние носители. Проведены исследования энергетических показателей модулей отбора мощности механических колебаний деталей токоприемника. Определены основные параметры пьезоэлектрического модуля для энергообеспечения малогабаритного устройства сбора диагностической информации. Предлагаемый подход должен обеспечить автономность работы устройства при движении электроподвижного состава с поднятым токоприемником. При этом отсутствует зависимость количества вырабатываемой энергии от освещенности или скорости движения, свойственных другим альтернативным источникам питания. Представлены компоновочные решения для опытного образца устройства, на основе которых возможно создание конструкторской документации для организации производства установочной партии. Описаны роль устройства в системе функционирования управляемых токоприемников и изменение технологии их эксплуатации.
Ключевые слова: токоприемник, ток, ускорение, аккумулятор, пьезоэлемент, система диагностики.
Viacheslav M. Pavlov, Anatoly I. Slatin, Daniil A. Petin
Omsk State Transport University (OSTU), Omsk, the Russian Federation
IMPROVEMENT OF A SMALL DIAGNOSTIC INFORMATION COLLECTION DEVICE FOR MONITORING THE PERFORMANCE OF ELECTRIC ROLLING
STOCK CURRENT RECEIVERS
Abstract. During the operation of electric rolling stock current collectors, processes occur that lead to a decrease in the mechanical performance of current-carrying structures. Monitoring of the parameters of the operation of current collectors and the loads acting on them at present is difficult due to the fact that the electric potential between its elements and the body of the electric rolling stock corresponds to the operating voltage in the overhead contact line. The use of various methods of separating the data transmission medium and galvanic isolation of the sensor power supply is associated with some disadvantages, the main of which is the significant dimensions and mass of devices of this type. For research purposes, autonomous power supplies and information storage devices have been developed and used, which do not pretend to be used in the design ofserial current collectors. The article describes a device designed to solve a variety of diagnostic tasks, using the principle of free energy utilization to power sensors, converters and a data transmission system to external media. Studies of the energy parameters of the electromagnetic fieldpower selection modules and mechanical vibrations accompanying the operation ofthe current collector have been carried out. The main parameters of the piezoelectric module for power supply of a small-sized device for collecting diagnostic information are determined. The proposed approach should ensure the autonomy of the device when moving an electric rolling stock with a raised pantograph. At the same time, there is no dependence on the illumination or speed ofmovement characteristic ofother alternative power sources. The layout solutions for the prototype ofthe device are presented, on the basis ofwhich it is possible to build design documentation for the organization ofthe production of the installation batch. The role of the device in the system of functioning of controlled current collectors is described, as well as the change in the technology of their operation.
Keywords: current collector, current, acceleration, battery, piezoelectric element, diagnostic system.
Задача цифровизации железнодорожной отрасли, заявленная как одна из самых необходимых в опубликованной «Стратегии развития железнодорожного транспорта Российской Федерации до 2030 г.», утвержденной распоряжением Правительства РФ от 17 июня 2008 г. № 877-р [1], затрагивает важнейшие компоненты системы токосъема, а контроль их работоспособности является необходимым условием эффективной эксплуатации. При этом до настоящего времени токоприемники электроподвижного состава (ЭПС) не располагают диагностической подсистемой, позволяющей надежно, достоверно и экономически эффективно контролировать работоспособность, оценивать остаточный ресурс.
Создание новой техники транспортных систем входит в Перечень приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации (утвержден Указом Президента Российской Федерации от 07 июля 2011 г. [2]) c целью повышения готовности транспортной отрасли к новым технологическим вызовам, снижения затрат на обеспечение перевозочного процесса, что является актуальными вопросами для решения задачи повышения показателей эффективности.
В условиях перехода на новый технологический уклад и цифровизации всех отраслей экономики появляется возможность повышения эффективности эксплуатации токоприемников электроподвижного состава за счет дополнения их конструкции системой управления нажатием [3]. Важнейшим элементом такой системы является устройство контроля основных эксплуатационных показателей (протекающий ток, температура, ускорение отдельных узлов) в ходе токосъема. На основании получаемых данных система управления может автоматически вносить корректировки, повышая или понижая нажатие в скользящем контакте, а также сигнализировать о необходимости регламентных работ или о выходе из строя элементов системы токосъема.
Разработанный и изготовленный макет специализированного автономного устройства для контроля показателей токоприемника (рисунок 1) прошел апробацию на действующей железнодорожной линии в ходе комплексных испытаний электропоезда ЭС2Г «Ласточка». На макете были проверены основные принципы его работы, зарегистрированы значения тока, протекающего по токоприемнику, температурные параметры, ускорения ключевых элементов конструкции (полоза, верхнего шарнира, основания).
В ходе опытных поездок в качестве источника питания использовались аккумуляторная батарея и преобразователь напряжения. Для записи, обработки и передачи информации использовался одноплатный компьютер [4].
Рисунок 1 - Комплекс для контроля и регистрации основных эксплуатационных показателей токоприемника на крыше электропоезда ЭС2Г «Ласточка»: 1 - датчик силы нажатия; 2 - элемент питания;
3 - преобразователь напряжения; 4 - измерительный модуль
С учетом предназначения устройства на следующем этапе его разработки была поставлена задача реализации ряда схемных и конструктивных решений, расширяющих функциональные возможности диагностического модуля и позволяющих осуществлять его автономную эксплуатацию на крыше коммерческого ЭПС без присоединения к источникам бортового питания и информационным каналам. Были заново спроектированы электрическая схема питания измерительного блока, функциональный макет печатной платы, модель корпуса устройства. Схема взаимодействия указанных модулей и блоков представляет собой радиальную структуру (рисунок 2).
Рисунок 2 - Взаимодействие функциональных модулей электрической схемы измерительного блока
о 2(50)
46 ИЗВЕСТИЯ Транссиба №
Электрическая схема включает в себя микроконтроллер MSP430FR5994 и компоненты, обеспечивающие его нормальную работоспособность. Микроконтроллер имеет 16-разрядную архитектуру RISC с тактовой частотой до 16 МГц, 256 КБ сегнетоэлектрической оперативной памяти, быструю запись скоростью 16 МБ/с со сверхнизким энергопотреблением. Диапазон питающего напряжения составляет от 1,8 до 3,6 В. К компонентам схемы относятся модуль сигнализации о работоспособности и режиме работы микроконтроллера, разъем программатора, генератор синусоидальных колебаний, модуль записи информации на карту памяти, модуль для подключения оптического медиаконвертера, два модуля для подключения измерительных датчиков к микроконтроллеру через аналоговый вход, модуль для подключения измерительных датчиков через цифровой вход.
Аппаратное обеспечение разработано для возможности реализации программного комплекса регистрации продольной и поперечной жесткости токоприемника, температуры каркаса полозов, силы протекающего тока, колебаний основания и верхнего узла [5].
При увеличении скоростей движения важнейшую роль играет снижение массовых и габаритных показателей всех систем и устройств, располагаемых на крыше ЭПС, и особенно на подверженных набегающему потоку воздуха элементах токоприемника. Снижение миделева сечения приводит к повышению аэродинамической нейтральности токоприемника. С учетом уплотнения компоновки крышевого оборудования и важности обеспечения электробезопасности требуется максимально уменьшить габаритные размеры и вес всех устройств, располагаемых на основании токоприемника.
Разработка функционального макета печатной платы происходила из принципа максимального уменьшения ее габаритных размеров, простоты изготовления и доступности компонентов при минимизации затрат. В соответствии с принципами разработки функционального макета были выбраны электрические компоненты формата SMD (Surface Mounted Device) для поверхностного монтажа (рисунок 3, а). В сравнении с компонентами первоначального макета и переработанной версии установлено снижение габаритных показателей более чем в четыре раза за счет уплотнения и миниатюризации компонентов. Не менее важной задачей является снижение энергопотребления устройства, так как это дает возможность снизить емкость накопителей электрической энергии и мощность источников питания. За счет снижения энергопотребления блоков удалось не только повысить автономность, но и отказаться от принудительного охлаждения. Корпус устройства выполнен пыле- и влагозащищенным, имеет достаточно прочную конструкцию, так как эксплуатация устройства предусматривает его применение на открытом воздухе, а также имеет надежные и простые крепления к металлическим частям (рисунок 3, б). Для присоединения измерительного оборудования был выбран пятиконтактный разъем DS1110-01-5. С целью исключения возможности ошибочного подключения питания к разъему измерительных каналов, что может нарушить нормальное функционирование устройства, для питания был предусмотрен шестиконтактный разъем DS1110-01-6.
Рисунок 3 - 3D-визуализация размещения основных компонентов печатной платы (а) и чертеж сборки корпуса устройства (б)
№ 2(50) ^■ИЗВЕСТИЯ Транссиба 47
= -
Энергию для питания устройства сбора диагностической информации предполагается получать из механических колебаний, возникающих в процессе движения подвижного состава и токосъема. Из-за наличия множества колебательных контуров, образованных подрессоренными массами на электроподвижном составе и обладающих степенями свободы, элементы токоприемника вибрируют. Частоты таких колебаний находятся в диапазоне от 0,1 до 200 Гц [6]. При этом спектрограмма верхнего рычага токоприемника, полученная в рамках экспериментальной поездки, показывает, что резонансные явления наблюдаются на частотах в области 40 Гц (рисунок 4).
Рисунок 4 - Спектральный портрет вибрации верхнего рычага токоприемника
В основе способа извлечения электрической энергии из механических колебаний токоприемника во время движения ЭПС лежит явление прямого пьезоэффекта - возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений. Пьезоэлектрические материалы представляют собой анизотропные кристаллы. Пространственные оси кристалла 1, 2 и 3 соответствуют направлению осей X, Y, 2 ортогональной системы координат, а оси 4, 5 и 6 определяют направление вращения (рисунок 5). Направление оси 3 (2) обычно принимается за направление поляризации [7].
Я
ПолйрнЫция
Рисунок 5 - Направление и ориентация осей пьезоэлектрического материала
В разрабатываемом устройстве предусмотрено применение пьезоэлемента S129-H5FR-1803YB (рисунок 6). Данный преобразователь относится к гибким или биморфным и представляет собой прямоугольную пластину. При изгибе пластины в результате колебаний одна сторона пьезоэлектрической прослойки растягивается, а другая сжимается, в результате чего на выводах образуется разность потенциалов. Сила, необходимая для того, чтобы деформация края пластины составляла от 0,1 до 1 мм, оценивается от 0,1 до 1 Н. Материал пьезоэлемента Р2Т-5А подходит для применения при экстремальных температурах и (или) при большой амплитуде колебаний температур, что обусловливает его применение на крыше ЭПС. Данный элемент выдерживает механические колебания на частотах до 175 Гц. С учетом спектрального портрета колебаний верхнего рычага токоприемника (см. рисунок 4), необходимо адаптировать пьезоэлемент таким образом,
48 ИЗВЕСТИЯ Транссиба №20225201
чтобы его резонансная частота соответствовала гармонике с частотой 40 Гц, имеющей наибольшую амплитуду во время движения ЭПС.
Рисунок 6 - Пьезоэлемент S129-H5FR-1803YB: а - общий вид пластины; б - геометрические параметры
Оценить количество преобразованной электрической энергии можно при помощи коэффициентов электромеханической связи kр, £зз, £31, к ^ и £15, которые являются характеристиками материала пьезоэлемента и описывают способность преобразования механической энергии в электрическую и наоборот. Квадрат коэффициента электромеханической связи определяется как отношение накопленной преобразованной энергии одного вида ко входной энергии другого вида:
V (1)
Ж Б» '
где Б»- механическая энергия колебаний пластины, Дж; Ж»- электрическая энергия, Вт; индексы у демонстрируют относительные направления действия электрических и механических сил соответственно.
Тогда полная электрическая энергия представляет собой сумму произведений квадратов коэффициентов электромеханической связи на количество накопленной механической энергии по соответствующим направлениям осей и определяется по формуле, Вт:
Ж = £ к2Бу . (2)
и»
Другими словами, получаемая электрическая энергия представляет собой сумму механической энергии продольных и поперечных колебаний пьезоэлектрика по всем направлениям, помноженную на коэффициент преобразования. Для количественной оценки механической энергии колебаний за основу была взята математическая модель пластины со сторонами а и Ь толщиной ^ жестко защемленной с одной стороны и свободным краем с другой (рисунок 7). Допущением принято, что материал пластины является изотропным.
а б
Рисунок 7 - Граничные условия математической модели колебаний защемленной пластины со свободным краем: а - вид плоскости XOZ; б - вид плоскости У02
Поскольку механическая энергия в системе возникает главным образом за счет поперечных колебаний вдоль оси X в плоскости Х02, а при таких условиях механические напряжения пластины и вектор силы электрического поля будут сонаправлены в плоскости вдоль оси поляризации, то в расчетах целесообразно использовать коэффициент электромеханической связи kзз, а прочими коэффициентами можно пренебречь. Тогда выражение (2) приобретает вид:
W = к323Е33, (3)
где Е 33 - энергия поперечных изгибных колебаний пластины, Дж.
Механическую энергию колебательной системы можно определить по известной формуле:
^ тЛ2с2
Е=—, (4)
где т - масса груза на конце пластины, кг; Л - амплитуда колебаний, м; со = 2ж f с - угловая частота, рад/с; f с - частота собственных колебаний, Гц.
Таким образом, задача сводится к определению частоты собственных затухающих колебаний пластины с заданными параметрами. Математическое описание и аналитическое решение задачи колебаний пластин в общем случае описаны в работах [8 - 10].
Движение пластины со свободным краем описывается дифференциальным уравнением в частных производных:
а2
dx2
d2y(x, t)^ d2y(x, t)
EIx
dx2
J
+mx dtг = P(x,t), (5)
где x - расстояние от места защемления, м; Е - модуль упругости, Па; I х - момент инерции сечения пластины, кг • м2;у - линейное перемещение точки пластины, м; m x = pxFx - интенсивность массы, кг/м; Fx - площадь сечения пластины, м2; p (x, t) - силовая функция. Силовую функцию нельзя выразить аналитически, поэтому уравнение (5) решается только численно.
На частотах, близких к собственной частоте, форма колебаний пластины близка к форме собственных колебаний консольной балки с распределенной массой. Форму колебаний пластины можно определить суммированием форм колебаний на разных собственных частотах. Если можно пренебречь изменением площади поперечного сечения пластины по длине, то уравнение (5) упрощается и его решение определяет форму колебаний пластины:
(р{x) = Bi cos — + B2 sin — + Bз cos h — + B4 sin h —, (6)
w l l l l
где
СО - угловая частота, рад/с; т1 - интенсивность массы, кг/м, I - длина пластины, м.
Численное моделирование было выполнено в программном продукте COMSOL МиШрЬ^^. В соответствии с рисунком 6 в среду моделирования была перенесена геометрия пластины и заданы граничные условия задачи, как показано на рисунке 7. Свойства материала пьезоэлектрика Р2Т-5А были получены из стандартной библиотеки материалов COMSOL. По результатам численного моделирования частота первой гармоники собственных поперечных колебаний пластины без нагружения составила 98,959 Гц (рисунок 8, а). Для подбора необходимой резонансной частоты было выполнено моделирование с имитацией грузов различной массы на свободном краю
пластины. По результатам моделирования была получена зависимость, представленная на рисунке 8, б. Таким образом, чтобы добиться максимального пьезоэлектрического эффекта, необходимо на свободном краю пластины закрепить груз массой 4 ± 0,1 г.
При амплитуде колебаний порядка А = 1 см преобразованная электрическая энергия при частоте колебаний 40 Гц, при коэффициенте преобразования для выбранного материала к33 = 0,72 в соответствии с выражениями (3) и (4) составит:
Ж = к з2з
тА2 (2к/У
(8)
Ж = 0,72:
4-10"3-(10-10"3)2 •(2-к-40)2
6,55 мВт - с.
2
2
а б
Рисунок 8 - Изгибная деформация пластины на собственной частоте без нагружения (а) и зависимость частоты собственных колебаний от массы груза на конце пластины (б)
Для непрерывной работы устройства необходим аккумулятор, обеспечивающий работоспособность во время стоянки подвижного состава. С учетом того, что перерывы в движении могут быть дольше расчетного промежутка времени, по его истечении система переходит в режим ги-бернации, из которого сможет выйти только при появлении механических колебаний.
В рабочем режиме алгоритм работы представляет чередование непродолжительных интервалов активного энергопотребления во время передачи данных и длительных временных отрезков сбора данных (рисунок 9). Окончательное значение требований к емкости аккумулятора и количество генераторов свободной энергии для обеспечения энергобаланса разрабатываемого устройства определяются в ходе натурных испытаний.
140 мАч 100 80 60 40 20
Режим передачи данных
Режим сбора данных
, Ток заряда 4 ^ /Ток разряда
10
12
14
18
Рисунок 9 - Режимы работы устройства сбора диагностической информации
В настоящее время в лаборатории контактных сетей, линий электропередачи и токосъема ведутся работы по гармонизации энергетических показателей применяемых генераторов свободной энергии, комплекса датчиков и системы обработки данных. С учетом перерывов в движении, вариабельности и интенсивности вибрации необходим запас энергии в аккумуляторах предлагаемого блока. При этом энергонезависимость разрабатываемого модуля должна быть такой, чтобы даже при длительном бездействии (до нескольких суток) обеспечивался его автоматический запуск при начале движения электроподвижного состава.
Оснащение токоприемников ЭПС малогабаритными автономными диагностическими модулями соответствует утвержденной долгосрочной программе развития ОАО «РЖД» [11] и способствует переходу на «цифровую железную дорогу». Предлагаемое устройство позволяет в рамках программы «Индустрия 4.0» не только качественно изменить подход к диагностике токоприемников, но и послужить прототипом для системы активного управления нажатием в скользящем контакте, что является важным техническим эффектом при повышении скоростей движения и токовых нагрузок.
В качестве дальнейшего направления разработки данной темы предполагается расширение перечня источников свободной энергии для питания датчиков и их комплексов. Объединение множества устройств описанного типа в единую диагностическую систему позволит с помощью методологии Data Science повысить достоверность прогнозирования технического состояния токоприемников в краткосрочной и долгосрочной перспективе [12, 13].
Список литературы
1. Распоряжение Правительства РФ от 17.06.2008 № 877-р «О Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года». Утверждено распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 июня 2008 г. // http://government.ru/ : сайт. - Текст : электронный. URL: http://government.ru/docs/all/64817/ (дата обращения: 18.02.2022).
2. Указ Президента РФ от 07.07.2011 № 899 (ред. от 16.12.2015) «Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации и перечня критических технологий Российской Федерации». // http://www.kremlin.ru/ : сайт. - Текст : электронный. URL: http://www.kremlin.ru/acts/bank/33514 (дата обращения: 18.02.2022).
3. Ермачков, Г. Р. Повышение эффективности эксплуатации электроподвижного состава за счет управления нажатием в контакте системы токосъема : специальность 05.22.07 «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Ермачков Глеб Романович; Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2020. - 175 с. - Текст : непосредственный.
4. Сидоров, О. А. Совершенствование методов испытаний контактных подвесок и токоприемников / О. А. Сидоров, А. Н. Смердин. - Текст : непосредственный // Железнодорожный транспорт. - 2010. - № 11. - С. 72-73.
5. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ 2017661151 (РФ). Программный комплекс для регистрации продольной и поперечной жесткости токоприемника / Смер-дин А. Н., Голубков А. С., Рыжков А. В. (РФ) : № 2017616306 : заявлено 30.06.2017 : опубликовано 04.10.2017. - Текст : непосредственный.
6. Smerdin, A. Improvement of the method of calculation of the parameters of the universal current collector with the increased motion speeds / A. Smerdin, A. Ryzhkov, Y. Demin. MATEC Web of Conferences, Novosibirsk: EDP Sciences, 2018. P. 01040, DOI 10.1051/matecconf201823901040.
7. Ranier Clement Tjiptoprodjo. On a Finite Element Approach to Modeling of Piezoelectric Element Driven Compliant Mechanisms. - Saskatchewan, Canada: University of Saskatchewan Saskatoon, April 2005.
8. Андрианов, И. В. Асимптотические методы в теории колебаний балок и пластин / И. В. Андрианов, В. В. Данишевский, А. О. Иванков. - Днепропетровск : Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, 2010. - 216 с. - Текст : непосредственный.
9. Рыбак, С. А. О колебаниях тонких пластин / С. А. Рыбак, Б. Д. Тартаковский. - Текст : непосредственный // Акустический журнал. - 1963. - IX. - Вып. 1. - С. 66-71.
10. Панков, С. О. Колебания прямоугольной ортотропной пластины со свободными краями: анализ и решение бесконечной системы / С. О. Панков. - Текст : непосредственный // Акустический журнал. - 2015. - Том 61. - №№ 2. - С. 152-160.
11. Распоряжение Правительства РФ от 19.03.2019 N° 466-р «Об утверждении программы развития ОАО «РЖД» до 2025 года» // http://government.ru/ : сайт. - Текст : электронный. - URL: http://government.ru/docs/36094/ (дата обращения: 18.02.2022).
12. Применение байесовских сетей для совершенствования систем диагностики устройств электроснабжения железных дорог / А. С. Голубков, А. Н. Смердин, Г. Р. Ермачков, А. В. Рыжков. - Текст : непосредственный // Фундаментальные основы, теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики : материалы 18-й международной молодежной научно-практической конференции. - Новочеркасск : ООО «Лик», 2017. - С. 173-182.
13. Ермачков, Г. Р. Применение нейронных сетей для моделирования взаимодействия контактной подвески и токоприемника / Г. Р. Ермачков, А. Н. Смердин, А. С. Голубков. - Текст : непосредственный // инновационные технологии на транспорте: образование, наука, практика : материалы XLII международной научно-практической конференции в рамках реализации Послания Президента РК Н. Назарбаева «Новые возможности развития в условиях четвертой промышленной революции», Алматы, 18 апреля 2018 г. / под ред. Б. М. Ибраева. - Алматы : Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М. Тынышпаева, 2018. - С. 66-72.
References
1. Rasporyazheniye Pravitel'stva RF ot 17.06.2008 № 877-r «O Strategii razvitiya zheleznodorozhnogo transporta v Rossiyskoy Federatsii do 2030 goda» (Order of the Government of the Russian Federation of June 17, 2008 No. 877-r «On the Strategy for the Development of Railway Transport in the Russian Federation until 2030»).
2. Ukaz Prezidenta RF ot 07.07.2011 № 899 (red. ot 16.12.2015) «Ob utverzhdeniiprioritetnykh napravleniy razvitiya nauki, tekhnologiy i tekhniki v Rossiyskoy Federatsii i perechnya kriticheskikh tekhnologiy Rossiyskoy Federatsii» (Decree of the President of the Russian Federation of 07.07.2011 No. 899 (as amended on 16.12.2015) «On the approval of priority directions for the development of science, technology and technology in the Russian Federation and the list of critical technologies of the Russian Federation»).
3. Ermachkov G.R. Povyshenie jeffektivnosti jekspluatacii jelektropodvizhnogo sostava za schet upravlenija nazhatiem v kontakte sistemy tokos'ema (Improving the efficiency of operation of electric rolling stock by controlling the push in contact of the current collection system). Doctor's thesis, Omsk, OSTU, 2020, 175 p. (In Russian).
4. Sidorov O.A., Smerdin A.N. Improvement of test methods for contact suspensions and current collectors. Izvestiia Transsiba - The journal of Transsib Railway Studies, 2010, no. 11, pp. 72-73 (In Russian).
5. Smerdin A. N., Golubkov A. S., Ryzhkov A. V. Certificate on the official registration of the computer program 2017661151 (RF) 04.10.2017.
6. Smerdin A., Ryzhkov A., Demin Y. Improvement of the method of calculation of the parameters of the universal current collector with the increased motion speeds. MATEC Web of Conferences. Novosibirsk: EDP Sciences, 2018. - P. 01040. - DOI 10.1051/matecconf/201823901040.
7. Ranier Clement Tjiptoprodjo. On a Finite Element Approach to Modeling of Piezoelectric Element Driven Compliant Mechanisms. Saskatchewan, Canada: University of Saskatchewan Saskatoon, April, 2005.
8. Andrianov I.V., Danishevskij V.V., Ivankov A.O. Asimptoticheskie metody v teorii kolebanij balok iplastin (Asymptotic methods in the theory of vibrations of beams and plates). Dnepropetrovsk: Pridneprovskaya State Academy of Construction and Architecture Publ, 2010, 216 p.
9. Rybak S.A., Tartakovsky B.D. On vibrations of thin plates [O kolebanijah tonkih plastin]. Acoustic journal, 1963, IX, vol. 1, pp. 66-71 (In Russian).
10. Pankov S.O. Oscillations of a rectangular orthotropic plate with free edges: analysis and solution of an infinite system [Kolebanijaprjamougol'noj ortotropnojplastiny so svobodnymi krajami: analiz i reshenie beskonechnoj sistemy]. Acoustic journal, 2015.- no. 2(61), pp. 152-160.
11. Rasporyazheniye Pravitel'stva RF ot 19.03.2019 № 466-r «Ob utverzhdenii programmy razvitiya OAO «RZHD» do 2025 goda» (Order of the Government of the Russian Federation of 19.03.2019 No. 466-r «On approval of the development program of Russian Railways until 2025»).
12. Golubkov A.S., Smerdin A.N., Ermachkov G.R., Ryzhkov A.V. Application of Bayesian networks for improving diagnostic systems of railway power supply devices [Primenenie bajesovskih setej dlja sovershenstvovanija sistem diagnostiki ustrojstv jelektrosnabzhenija zheleznyh dorog] Fun-damental'nye osnovy, teorija, metody i sredstva izmerenij, kontrolja i diagnostiki: Materialy 18-oj Mezhdunarodnoj molodezhnoj nauchno-prakticheskoj konferencii (Proceedings of the 18th International Youth Scientific and Practical Conference). Novocherkassk, August 28-30, 2017, pp. 173-182 (In Russian).
13. Ermachkov G.R., Smerdin A.N., Golubkov A.S. Application of neural networks for modeling the interaction of a contact suspension and a current collector [Primenenie nejronnyh setej dlja mod-elirovanija vzaimodejstvija kontaktnoj podveski i tokopriemnika] Materialy XLII Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii v ramkah realizacii Poslanija Prezidenta RK N. Nazarbaeva «No-vye vozmozhnosti razvitija v uslovijah chetvertoj promyshlennoj revoljucii» (Materials of the XLII International Scientific and Practical Conference in the framework of the implementation of the Message of the President of the Republic of Kazakhstan N. Nazarbayev «New development opportunities in the context of the Fourth Industrial Revolution»). Almaty: Kazakh Academy of Transport and Communications named after M. Tynyshpaev, 2018, pp. 66-72 (In Russian).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Павлов Вячеслав Михайлович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Теоретическая и прикладная механика», ОмГУПС. Тел.: +7 (3812) 31-34-67. E-mail: pavlovvm@omgups.ru
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Pavlov Vyacheslav Mihajlovich
Omsk State Transport University (OSTU).
35, Marx av., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Ph.D. in Engineering, associate professor of the department «Theoretical and applied mechanics », OSTU. Phone: +7 (3812) 31-34-67. E-mail: pavlovvm@omgups.ru
Слатин Анатолий Игоревич
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Аспирант кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта», ОмГУПС. Тел.: +7 (3812) 31-34-46. E-mail: slatin_omgups@mail.ru
Slatin Anatoly Igorevich
Omsk State Transport University (OSTU).
35, Marx av., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Postgraduate student of the department «Power supply of railway transport», OSTU. Phone: +7 (3812) 31-34-46. E-mail: slatin_omgups@mail.ru
Petin Daniil Andreevich
Omsk State Transport University (OSTU).
Петин Даниил Андреевич
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Аспирант кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта», ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 31-34-46.
E-mail: daniil.petin2405@gmail.com
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Павлов, В. М. Совершенствование малогабаритного устройства сбора диагностической информации для контроля работоспособности токоприемников электроподвижного состава / В. М. Павлов, А. И. Слатин, Д. А. Петин. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2022. - № 2 (50). - С. 44 - 55.
35, Marx av., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Postgraduate student of the department «Power supply of railway transport», OSTU.
Phone: +7 (3812) 31-34-46.
E-mail: daniil.petin2405@gmail.com
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Pavlov V.M., Slatin A.I., Petin D.A. Improvement of a small diagnostic information collection device for monitoring the performance of electric rolling stock current receivers. Journal of Transsib Railway Studies, 2022, no. 2 (50), pp. 44-55 (In Russian).
УДК 629.423.1
Е. А. Третьяков, Е. Г. Авдиенко
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОВЕДЕНИЯ ГРУЗОВЫХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ПО ДАННЫМ ТЕКУЩИХ ИЗМЕРЕНИЙ БОРТОВЫХ СИСТЕМ И МГНОВЕННЫХ ТЯГОВЫХ РАСЧЕТОВ
Аннотация. В статье предлагается подход к повышению эффективности использования системы автоматического ведения поезда на основе мгновенных тяговых расчетов с использованием фактических параметров движения по данным текущих измерений бортовых систем электровозов. Выполнен критический анализ научных исследований по совершенствованию систем автоведения грузовых магистральных электровозов на основе современных технологий и алгоритмов машинного обучения. Как правило, все существующие подходы к определению оптимальных режимов ведения поезда основаны на применении правил тяговых расчетов с эмпирическим заданием сопротивлений движению и прочих факторов без учета реального влияния внешней среды, в том числе состоянии подвижного состава и объектов инфраструктуры.
Представлены результаты сравнения тяговых расчетов на участке Западно-Сибирского полигона по действующим правилам и в программе «КОРТЭС» с фактическими данными бортовых систем измерений электровоза серии 2ЭС6. На основе данных, расшифрованных с регистраторов параметров движения электровозов серии 2ЭС6, исследованы законы управления током возбуждения на реостатных и ходовых позициях в режиме тяги.
Обоснована возможность использования измеренных данных бортовых систем электровозов для определения параметров поезда, включая вращающий момент тяговых электродвигателей, силу тяги секций электровоза, фактическое суммарное сопротивление движению, инертные свойства и пр. Выполнен расчет указанных параметров для режима тяги. Введено понятие эквивалентной меры инертности и представлены выражения для определения параметров поезда на основе уравнения движения в виде малых приращений измеренных и расчетных данных.
Полученные результаты определения параметров поезда по мгновенным тяговым расчетам и данным текущих измерений бортовых систем электровозов показали статистическую устойчивость на реостатных позициях С-соединения и могут быть использованы в реальном времени для систем автоведения поезда, обеспечивая повышение точности определения управляющих воздействий с учетом фактического влияния внешней среды и повышение эффективности использования системы автоведения грузовых электровозов в целом.
Ключевые слова: электроподвижной состав, система автоведения, тяговые расчеты, уравнение движения, бортовые системы измерения, повышение эффективности.
