CC BY
14
Кашуба Александр Викторович
Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС).
Ростовского стрелкового полка народного ополчения пл., д. 2, г. Ростов-на-Дону, 344038, Российская Федерация.
Аспирант кафедры «Электрический подвижной состав», РГУПС.
Тел.: +7-952-605-60-66.
E-mail: kashuba-av@mail.ru
Kashuba Alexander Viktorovich
Rostov State Transport University (RSTU). 2, Rostovskogo Strelkovogo Polka Narodnogo Opolcheniya sq., Rostov-on-Don, 344038, Russia.
Postgraduate of the department «Electric rolling stock» RSTU.
Tel: +7-952-605-60-66. E-mail: kashuba-av@mail.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Коропец, П. А. Динамические процессы в тяговом приводе электровоза ЭП20 в режиме боксования [Текст] / П. А. Коропец, С. А. Хачкинаян, А. В. Кашуба // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2018. - № 1(33). - С. 38 - 48.
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Koropets P. A., Khachkinayan S. A., Kashuba A. V. Dynamic processes in the traction drive of the electric locomotive EP20 in sliding mode Journal of Transsib Railway Studies, 2018, vol. 33, no 1, pp. 38 - 48 (In Russian).
УДК 629.4.047.8
Ю. И. Матяш, И. А. Гаджиев
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ДЛЯ БОРТОВОЙ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГРУЗОВОГО ВАГОНА НА ХОДУ ПОЕЗДА
Аннотация. В статье рассмотрена актуальность проблемы создания бортовой системы диагностирования технического состояния грузового вагона, обозначены недостатки существующих средств диагностирования. Проведен патентный поиск источников электрической энергии для грузовых вагонов, определены их особенности. Предложена авторская конструкция устройства электропитания для диагностирования технического состояния грузового вагона на ходу поезда.
Ключевые слова: грузовой вагон, перевозки грузов, система диагностирования, источники электропитания, безопасность движения.
Yuriy I. Matyash, Ibragim A. Gadzhiev
Omsk State Transport University (OSTU), Omsk, the Russian Federation
DEVELOPMENT OF ELECTRICAL SUPPLY DEVICE FOR ON-BOARD
SYSTEM OF DIAGNOSING THE TECHNICAL CONDITION RAILWAY CAR DURING MOVEMENT OF THE TRAIN
Abstract. The article considers the urgency of the problem of creating an on-board system of diagnosing the technical condition of railway car, the shortcomings of the existing diagnostic tools are indicated. Patent search of electric power sources for freight wagons has been carried out, their features have been determined. The author's design of the power supply device is proposed to diagnose the technical condition of railway car on the trip.
Keywords: railway car, freight transportation, diagnostic system, power supplies, traffic safety.
В настоящее время в России эксплуатируется свыше 1 млн грузовых вагонов [1], обеспечивающих грузооборот, равный 2492,9 млрд ткм, что составляет 45,5 % от общего грузооборота в стране по данным за 12 месяцев 2017 г. [2]. Помимо этого в 2014 г. стратегией развития холдинга «РЖД» в роли одной из приоритетных поставлена задача по увеличению пере-
48 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 1(33) OfИ Я
201 о
возок грузов к 2030 г. на 500 - 800 млн т [3]. Как следствие, появляется тенденция к увеличению веса и длины грузовых поездов, что делает актуальной тему их автоведения, т. е. частичного или полного автоматического (без непосредственного постоянного участия машиниста) управления поездом. Вместе с тем одной из действенных мер повышения эффективности перевозочного процесса в интересах клиента является организация движения грузовых поездов по расписанию [4].
Все это является непосредственной предпосылкой к дальнейшей интенсификации грузоперевозочного процесса, что в свою очередь приведет к повышенному износу вагонного парка и увеличению риска возникновения неисправностей. На рисунке 1 приведена статистика отцепки вагонов по причине выявления неисправности их узлов, которая говорит о том, что несмотря на существующие организационно-технические мероприятия, направленные на снижение количества случаев отказа узлов вагонов, динамика количества отцепок за последние три года остается практически на одном уровне, за исключением колесных пар, где имеется существенное снижение числа отцепок. Для автосцепок и автотормозов, напротив, имел место небольшой рост отцепок по сравнению с 2015 г.
Рисунок 1 - Отцепка вагонов на конечных станциях гарантийных участков с 2015 по 2017 г. по ВЧД-25 Новокузнецк
Помимо этого в соответствии со «Стратегией развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года» планируется к 2030 г. организовать производство грузового подвижного состава нового поколения с осевой нагрузкой 25 - 30 тс и скоростью движения до 140 км/ч [3]. При учете перспективы эксплуатации поездов повышенной массы и длины произойдет увеличение кинетической энергии движущегося состава, что приумножит риск возникновения неисправностей.
В складывающейся ситуации, когда, с одной стороны, происходит возрастание нагрузки на грузовой подвижной состав, а с другой - увеличение гарантийных плеч, существующий «точечный» контроль напольными и постовыми средствами диагностирования становится недостаточным, так как существующие системы и комплексы не способны непрерывно сообщать актуальную информацию о техническом состоянии грузовых вагонов на протяжении всего маршрута следования поезда.
Из этого можно сделать вывод о том, что вопрос разработки бортовой системы диагностирования как неотъемлемой части грузового вагона становится актуальным. Развитие гру-
№20!383) ^И ИЗВЕСТИЯ Транссиба 49
зового подвижного состава в данном направлении согласуется с концепцией проекта «Цифровая железная дорога», целью которого является создание единого информационного комплекса взаимосвязанных систем обработки данных и систем автоматики в управлении перевозками. Данный проект будет реализовываться не только на уровне ОАО «РЖД», но и на уровне почти 100 стран, входящих в Международный союз железных дорог (UIC) [5].
За рубежом уже используются подобные устройства, например, бортовой датчик температуры буксового узла Wagon Tracker, а в России разработан и проходит испытания его аналог [7]. Оба устройства содержат в себе генератор электрической энергии, без которого не представляется возможным создание бортовой системы диагностирования грузового вагона.
Для определения преимуществ и недостатков известных генераторов для вагонов были проведены патентные исследования, в результате которых установлено, что физический принцип работы большинства устройств заключается в преобразовании механической энергии вращения колесной пары в электрическую за счет электромагнитной индукции [6, 7].
Несмотря на то, что в России подобный подход получил широкое распространение на пассажирских вагонах, для целей диагностирования технического состояния грузового вагона он нецелесообразен по следующим причинам:
1) «привязка» к колесной паре, отсутствие возможности варьировать место расположения генератора на вагоне в зависимости от удаленности диагностируемого узла;
2) усложнение технического обслуживания колесной пары и тележки.
В процессе исследований было рассмотрено устройство, осуществляющее свою работу по принципу преобразования солнечной энергии в электрический ток, но данный способ имеет низкую эффективность в районах России, характеризующихся малой продолжительностью светового дня, а также при загрязнении светопоглощающей поверхности снегом и пылью [8].
С учетом указанных особенностей в целях обеспечения бортовой системы диагностирования достаточным количеством электрической энергии авторами была начата разработка устройства электропитания, принцип которого заключается в преобразовании механической энергии колебания кузова вагона, возникающей в процессе движения грузового вагона по рельсовому пути, в электрическую [9, 10].
В результате после ряда усовершенствований было разработано устройство электропитания бортовой системы диагностирования технического состояния грузового вагона, изображенное на рисунке 2, которое состоит из зарядного устройства с батареей 1, пружины 2, штока с зубчатой рейкой 3, редуктора 4, храпового механизма 5 и генераторной части 6.
Принцип работы устройства заключается в следующем: при движении грузового вагона по рельсовой колее происходят колебания его кузова, которые обусловлены микронеровностями на поверхности колес и рельсов, разностью диаметров колес, неравномерной жесткостью балластного слоя железнодорожного пути и др., и, как следствие, происходят колебания самого устройства электропитания, жестко закрепленного на раме вагона. В результате этого подпружиненный шток 3 начинает совершать возвратно-поступательные движения, которые через редуктор 4 приводят во вращение вал генераторной части 6, что в свою очередь обусловливает наведение ЭДС в катушках. Использование в конструкции храпового механизма 5 обеспечивает одностороннее вращение вала. Для накопления получаемой электрической энергии предусмотрена аккумуляторная батарея с зарядным устройством 1.
В настоящее время на грузовых вагонах для регулирования силы нажатия тормозных колодок используется авторежим 3, изображенный на рисунке 3, для работы которого предусмотрена жестко закрепленная на боковых рамах 2 тележки балочка 7 с размещенной на ней планкой 6. Благодаря этому пропадает необходимость в установке дополнительного оборудования на тележку, т. е. устройство электропитания 5 жестко закрепляется на кронштейне, приваренном к хребтовой балке рамы вагона 4. Таким образом, закрепление на подрессорен-
ной части вагона обеспечит совместное перемещение устройства и кузова при изменении прогиба рессорного подвешивания 1.
Рисунок 2 - Схема устройства электропитания для диагностирования технического состояния грузового вагона
Рисунок 3 - Схема взаимодействия устройства электропитания с элементами вагона
Конструкция генераторной части, изображенная на рисунке 4, состоит из статора с обмоткой 1, ротора 2 с магнитами 4, храпового механизма 3. Для повышения выходной мощности устройства предлагается использовать статор с трехфазной обмоткой, а в конструкции ротора применить неодимовые магниты, которые в отличие от ферритовых магнитов характеризуются более высокими магнитными свойствами, такими как остаточная магнитная индукция и коэрцитивная магнитная сила.
/ 2 3
Рисунок 4 - Схема конструкции генераторной части
Для оценки мощности генератора 1 рассчитывается мощность колебаний кузова вагона N, Вт:
N = ^, (1)
1/п
где Г - сила, действующая на шток генератора, Н; S - амплитуда колебаний кузова, м; п - частота колебаний кузова, с-1.
Расчет силы Г произведем для вагона с осевой нагрузкой 23,5 тс и грузоподъемностью 69,5 тс по формуле 2, Н:
р + т _ п. р + п. р
Г =_ тел 1 ч ^, (2)
/
где Р - грузоподъемность вагона, кгс;
Т - тара вагона, опирающегося на тележку, кгс; п - число тележек под вагоном; Ртел - вес тележки, равный 4750 кгс;
Рч - вес частей тележки, находящихся над пружинами, равный 443 кгс; г - число точек опор кузова;
g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с .
С учетом дополнительного опирания кузова на шток генератора подставим числовое значения в формулу (2):
^ 695GG + 245GG - 2 • 443 + 2 • 475G Л П1
F =--9, B1 = 279212,2 H.
3
Исходя из типового расчета рессорного подвешивания вагона частоту колебаний кузова v примем равной 2,46 с- , амплитуду S равной G,G1 м [11]. Подставив числовые значения в формулу (l), рассчитаем максимальную мощность, передаваемую на шток:
279212,2 • 2 • G,G1
N =----— = 1362G, 1 Вт.
l / 2, 46
Рассчитанное значение отражает теоретический верхний предел мощности, которую можно получить от колебаний кузова грузового вагона, тогда как оценочное потребление бортовой системы диагностирования не более 5 Вт.
Следовательно, даже с учетом потерь мощности в редукторе и потерь при преобразовании механической энергии в электрическую в генераторной части предложенное устройство обеспечивает получение необходимого количества энергии для работы бортовой системы диагностирования технического состояния грузового вагона в процессе движения поезда, что создает условия для расширения спектра выявляемых неисправностей узлов вагона, что особенно важно для обеспечения безопасности движения поездов повышенных массы и длины.
Список литературы
1. Раскрытие информации GAG «РЖД» [Электронный ресурс] / GAG «РЖД». - Режим доступа: http://rzd.ru/openinfo/public/ru?STRUCTURE_ID=5l3l&archive= l&textSearch= &fo r m id= 2B&year_id=2GlB, свободный (дата обращения: G3.G3.2G1B).
2. Транспорт: Федеральная служба государственной статистики [Электронный ресурс] / Федеральная служба государственной статистики. - Режим доступа: http://www.gks.ru /free _d oc / new_site/business/ trans-sv/osnpoktr2Gl5-l7.xls, свободный (дата обращения: G3.G3.2G1B).
3. Стратегия развития до 2G3G года - Стратегия холдинга «РЖД» - Годовой отчет GAG «РЖД» за 2G15 г. [Электронный ресурс] // Годовой отчет GAG «РЖД» за 2G15 г. - Режим доступа: http://ar2Gl5.rzd.ru/ru/strategy/development-strategy-2G3G/, свободный (дата обращения: G3.G3.2G1B).
4. Комплексная программа поэтапного перехода на организацию движения грузовых поездов по расписанию на 2G11 - 2G15 гг. [Электронный ресурс] // Железнодорожные документы. - Режим доступа: https://jd-doc.ru/2Gll/iyun-2Gll/557l-kompleksnaya-programma-poetapnogo-perekhoda-na-organizatsiyu-dvizheniya-gruzovykh-poezdov-po-raspisaniyu-na-2G 11-2Gl5-gg-ot-lG-G6-2Gll-n-l43, свободный (дата обращения: G3.G3.2G1B).
5. A global vision for railway development [Электронный ресурс] // UIC - International union of railways. The worldwide railway organization. - Режим доступа: https://uic.org/IMG/ pdf/ glo bal _vision_for_railway_development.pdf, свободный (дата обращения: G3.G3.2G1B).
6. Пат. 257B7G1 Российская Федерация, МПК B 61 D 43/GG. Способ и устройство автономного электроснабжения аппаратуры железнодорожного вагона [Текст] / Гнитько Р. В., Курганский A. A., Ляной В. В., Тильк И. Г. - 2G1414BGG2/11; заявл. 27.11.2G14; опубл. 27.G3.2G16.
7. Пат. WO2G1GG2B417 Al Aвстрия, МПК B61D43/GG. Wheelset bearing housing having a position detection device for a rail vehicle and rail vehicle equipped therewith / Zeller Reinhard, Petschnig Guenter, Joch Martin № PCT/AT2GG9/GGG333; заявл. 27.GB.2GG9; опубл. 1B.G3.2G1G.
B. Пат. 14GBG5 Российская Федерация, МПК B 61 K 9/GG. Зарядное устройство блока хвостового грузового вагона [Текст] / Кучеренко В. К., Сергеев Б. Б., Сергеев П. Б., Шло-ма Д. Н., Черников Е. A. - 2G13136G74/11; заявл. 31.G7.2G13; опубл. 2G.G5.2G14.
9. Пат. 173915 Российская Федерация, МПК B 61 K 9/00. Устройство электропитания для диагностирования технического состояния грузового вагона [Текст] / Матяш Ю. И., Родчен-ко А. Д., Гаджиев И. А., Кондратенко Е. В., Ададуров А. С., Григоришин К. Е. - 2017101911; заявл. 20.01.2017; опубл. 19.09.2017.
10. Матяш, Ю. И. Разработка автономного источника электропитания бортовой системы диагностирования технического состояния грузовых вагонов [Текст] / Ю. И. Матяш, И. А. Гаджиев // Инновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на транспорте: Материалы науч. конф. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2017. -С. 43 - 47.
11. Модернизация четырехосного вагона-хоппера модели 19-Х051. Расчет рессорного подвешивания [Электронный ресурс] // Современное развитие транспорта - TrMotion.ru. -Режим доступа: http://www.trmotion.ru/mijs-662-5.html, свободный (дата обращения: 28.04.2018).
References
1. Raskrytie informacii OAO «RZHD» [Disclosure of Information by JSC «Russian Railways»]. Access mode: http://rzd.ru/openinfo/public/ru?STRUCTURE_ID=5131&archive=1& textSearch=&form_id=28&year_id=2018, free (accessed: 03.03.2018)
2. Transport: Federal'naya sluzhba gosudarstvennoj statistiki. [Transport::Federal State Statistics Service]. Access mode: http://www.gks.ru/free_doc/new_site/business/trans-sv/osnpoktr2015-17.xls, free (accessed: 03.03.2018)
3. Strategiya razvitiya do 2030 goda - Strategiya holdinga «RZHD» - Godovoj otchet OAO «RZHD» za 2015 g. [Development Strategy until 2030 - The Strategy of RZD Holding - Annual Report of Russian Railways for 2015]. Access mode: http://ar2015.rzd.ru/ru/strategy/development-strategy-2030/ free (accessed: 03.03.2018)
4. Kompleksnaya programma poehtapnogo perekhoda na organizaciyu dvizheniya gruzovyh poezdov po raspisaniyu na 2011 - 2015 [Integrated program for the phased transition to the organization of the movement of freight trains on a schedule for 2011 - 2015]. Access mode: https://jd-doc.ru/2011/iyun-2011/5571-kompleksnaya-programma-poetapnogo-perekhoda-na-organizatsiyu-dvizheniya-gruzovykh-poezdov-po-raspi saniyu-na-2011-2015-gg-ot- 10-06-2011-n-143, free (accessed: 03.03.2018)
5. A global vision for railway development. Access mode: https://uic.org/IMG/pdf/global_vi sion_for_railway_development.pdf, free (accessed: 03.03.2018)
6. Gnit'ko R. V., Kurganskij A. A., Lyanoj V. V., Til'k I. G. PatentRU2578701, 27.03.2016.
7. Zeller R., Petschnig G., Joch M. Patent AT WO2010028417 A1, 18.03.2010.
8. Kucherenko V. K., Sergeev B. B., Sergeev P. B., Shloma D. N., Chernikov E. A. Patent RU 140805, 20.05.2014.
9. Matyash Yu. I., Rodchenko A. D., Gadzhiev I. A., Kondratenko E. V., Adadurov A. S., Grigorishin K. E. Patent RU 173915, 19.09.2017.
10. Matyash Yu. I., Gadzhiev I. A. Development of an autonomous power source for the onboard diagnostic system for the technical condition of freight cars [Razrabotka avtonomnogo isto-chnika elektropitaniya bortovoj sistemy diagnostirovaniya tekhnicheskogo sostoyaniya gruzovyh vagonov]. Materialy nauchnoi konferentsii «Innovatsionnye proekty i tekhnologii v obrazovanii, promyshlennosti i na transporte» (Мaterials of the scientific conference «Innovative projects and technologies in education, industry and transport»). Omsk, 2017. pp. 43 - 47.
11. Modernizacija chetyrehosnogo vagona-hoppera modeli 19-H051. Raschjot ressornogo podveshivanija [Modernization of a four-axle wagon-hopper model 19-X051. Calculation of spring suspension]. Access mode: http://www.trmotion.ru/mijs-662-5.html, free (accessed: 04.04.2018)
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Матяш Юрий Иванович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Доктор технических наук, профессор кафедры «Вагоны», ОмГУПС.
Тел.: +7 (960) 990-13-89.
E-mail: matiash41@mail.ru
Matyash Yuriy Ivanovich
Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx av., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Dr. Sci. Tech., professor of the department «Cars and carriage economy», OSTU. Phone: +7 (960) 990-13-89 E-mail: matiash41@mail.ru
Гаджиев Ибрагим Азимович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Аспирант кафедры «Вагоны», ОмГУПС.
Тел.: +7 (923) 766-56-00.
E-mail: ibragimgadziev@gmail.com
Gadzhiev Ibragim Azimovich
Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx av., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Graduate student of the department «Cars and carriage economy», OSTU.
Phone.: +7 (923) 766-56-00 E-mail: ibragimgadziev@gmail.com
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Матяш, Ю. И. Совершенствование устройства электропитания для бортовой системы диагностирования технического состояния грузового вагона на ходу поезда [Текст] / Ю. И. Матяш, И. А. Гаджиев// Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2018. - №1(33). - С. 48 - 55.
Matyash Y. I., Gadzhiev I. A. Development of electrical supply device for on-board system of diagnosing the technical condition railway car during movement of the train. Journal of Transsib Railway Studies, 2018, vol. 33, no 1, pp. 48 - 55 (In Russian).
УДК 629.4.083
В. А. Минаков, М. А. Сорокина
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОЧИСТКИ МОТОРНОГО МАСЛА ДИЗЕЛЕЙ ЛОКОМОТИВОВ
Аннотация. Очистка моторного масла от загрязняющих его частиц и продуктов износа деталей является неотъемлемой частью надежной эксплуатации трущихся деталей дизелей локомотивов. Наличие твердых частиц в масле ведет к абразивному износу деталей и, как следствие сокращает их ресурсопригодность. Бортовые системы очистки, применяемые на локомотивах, не способны осуществлять мелкодисперсную очистку моторного масла. Предлагается использование внешней стационарной установки центробежных очистителей, что позволит повысить эффективность очистки и осветления моторного масла на плановых видах ремонта и технического обслуживания локомотивов.
Ключевые слова: дизель, очистка моторного масла, фильтрация масла, локомотив, центробежный фильтр, абразивный износ.
Vitaliy A. Minakov, Marina A. Sorokina
Omsk State Transport University (OSTU), Omsk, Russian Federation
IMPROVING THE QUALITY OF PURIFICATION LOCOMOTIVE ENGINE OIL
Abstract. Cleaning of engine oil from contaminating particles and products of wear ofparts is an integral part of reliable operation of friction parts of locomotive diesels. The presence of solid particles in the oil leads to abrasive wear of the parts, and as a result reduces their resourceability. Onboard cleaning systems used on locomotives are not
