CC BY
15
Дмитриев Александр Дмитриевич
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Студент Омского государственного университета путей сообщения
Тел.: +7 (908) 117-96-71.
E-mail: [email protected]
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Каштанов, А. Л. Методы выбора уставок срабатывания системы резервирования мощности тяговых подстанций постоянного тока [Текст] / А. Л. Каштанов, А. Д. Дмитриев // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2020. -№ 1 (41). - С. 50 - 58.
Dmitriev Aleksandr Dmitrievich
Omsk State Transport University (OSTU).
35, Marx av., Omsk, 644046, Russia.
Student of Omsk State Transport University
Phone: +7 (908) 117-96-71.
E-mail: [email protected]
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Kashtanov A. L., Dmitriev A. D. Methods for selecting settings reserve power system of DC traction substations. Journal of Transsib Railway Studies, 2020, no. 1 (41), pp. 50 - 58 (In Russian).
УДК 621.336.3
С. М. Утепбергенова, В. В. Томилов
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
УСОВЕРШЕНСТВОВАННАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ПОЛОЗА ТОКОПРИЕМНИКА МАГИСТРАЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА ПОСТОЯННОГО ТОКА
Аннотация. В статье приведена усовершенствованная математическая модель теплового состояния полоза токоприемника для расчета распределения его температуры при взаимодействии с различными подвесками, в том числе с двойным контактным проводом. Модель учитывает неравномерность контактного нажатия токоприемника на провода вдоль пролета подвески и между ними, позволяет использовать базы данных вагона-лаборатории испытания контактной сети, рассчитывать тепловые режимы полоза на различных участках электрифицированных железных дорог, включая переходные процессы между ними. В работе приведены графики плотности распределения зигзага контактного провода высокоскоростной линии Москва -Санкт-Петербург, определены переходные и установившиеся тепловые состояния полоза при взаимодействии токоприемника с контактным проводом.
Ключевые слова: токоприемник, полоз, нагрузочная характеристика, моделирование, электроподвижной состав, температура, плотность распределения, зигзаг.
Sandugash M. Utepbergenova, Valerii V. Tomilov
Omsk State Transport University (OSTU), Omsk, the Russian Federation
IMPROVED MATHEMATICAL MODEL THERMAL STATE OF THE PANTOGRAPH HEAD OF THE MAGISTRAL ELECTRIC ROLLING STOCK OF DIRECT CURRENT
Abstract. The article presents an improved mathematical model of the thermal state of the pantograph head for calculating the temperature distribution when interacting with different catenary with a double contact wire. The model takes into account the unevenness of the pantograph contact pressure on the wires along the suspension span and between them, allows using the databases of the car-laboratory for testing the contact network, calculating the thermal conditions of the skid on various sections of electrified Railways, including transients between them. The paper presents graphs of the zigzag distribution density of the contact wire of the Moscow - Saint Petersburg high-speed line, and defines the transient and steady state thermal states of the pantograph head when the pantograph interacts with them.
Keywords: pantograph, pantograph head, load characteristic, modeling, electric rolling stock, temperature, distribution density, stagger.
Особенностью контактной сети постоянного тока, применяемой на сети дорог России и Казахстана, является наличие двойного провода в контактной подвеске. Необходимость его применения вызвана повышенным значением тягового тока, передаваемого по контактной подвеске к токоприемнику. Суммарное сечение, реализованное в двух контактных проводах, обеспечивает передачу необходимой электрической энергии для грузового движения с тяжеловесными длинносоставными поездами, а также высокоскоростного, например, электропоезда Сапсан на линии Москва - Санкт-Петербург. Применение одиночного контактного провода повышенного сечения вызывает трудности в его монтаже и регулировке. Эксплуатация и ремонт такого провода весьма затруднительны.
Два контактных провода в совокупности образуют разнесенную точку контакта в виде двух параллельных электрических цепей. При этом контактные провода располагаются на расстоянии 40 - 60 мм [1]. Например, на линии Москва - Санкт-Петербург расстояние 40 мм фиксируется струновыми зажимами и скобой. Контактное нажатие токоприемника на двойной контактный провод регламентируется ГОСТом [2] по отношению к контактной подвеске. В реальных условиях нажатие между проводами неодинаково, что приводит к неравномерности электрического сопротивления в точках контакта, а следовательно, к разнице тяговых токов, передаваемых через первый и второй контактные провода соответственно.
Пространственные контактные подвески имеют более удаленные друг от друга контактные провода, например, как в ромбической или ромбовидной подвесках. Разнесенные от центра полоза провода в таких подвесках испытывают более равномерное контактное нажатие, чем в обычной контактной подвеске.
Кроме того, современный токоприемник имеет два полоза, нажатие между ними на контактные провода также неодинаково, таким образом, в совокупности двойной контактный провод и два полоза токоприемника образуют четыре параллельные электрические цепи с переменными сопротивлениями во время движения, определяемыми неравномерностью нажатия, которая, в свою очередь, определяет величины тяговых токов через пятна контакта.
Преимуществом двойного контактного провода является шунтирование электрического контакта одним из оставшихся во взаимодействии с полозом проводом в случае кратковременного отрыва второго без образования электрической дуги при неудовлетворительном токосъеме. Однако именно в эти моменты наблюдается кратковременная перегрузка по току от одного контактного провода, приводящая к быстрому возрастанию температуры вставки полоза. Деление электрического тока между проводами и полозами является эффективным способом снижения токовой нагрузки полоза токоприемника. Однако неравномерность нажатия по проводам и полозам может вызывать значительные перегревы и недопустимые тепловые режимы как полоза, так и контактной подвески, приводя к значительным электрическим потерям, возможным разрушениям контактных материалов и всего полоза. Поэтому исследование данной проблемы и разработка тепловой математической модели полоза, взаимодействующего с двойным контактным проводом, является весьма актуальной задачей.
Недостатком математической модели теплового состояния токоприемника [3], разработанной на основе метода эквивалентных тепловых схем замещения, является расчет средней температуры всей конструкции полоза, неравномерность нагрева которого в реальных условиях значительна и требует дискретной оценки ГОСТом [2], например, верхней площадки контактной вставки шириной не менее 30 мм (рисунок 1, б). Усовершенствованная математическая модель теплового состояния полоза с учетом положений контактного провода в плане [4], в которой последний представляется плотностью распределения зигзага [5], позволяет учитывать наличие двух контактных проводов (рисунок 1, а, 1, в) и неравномерность распределения токов между ними и по полозам токоприемника.
а)
б)
в)
Фиксатор обратный
'!}-|гМ1гН1 ы ]|Ш11 шшлиюй 7Л1 -Ж) мм
Каретка
о<г)
4,« 6 0.45 0,М
О,и
л.<И
О
а с. =
— И. —■ Г-- —I /
Г-, СП
Я = Я
г МЧ
г)
5
тьд а Н
з г
2,Ъ №
■ - .1,17. ---" '.Д1
а 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 м 65
0 5 10 15 20 35 30 Л? 40 45 50 55 м 65
Рисунок 1 - Расчетная схема влияния распределения зигзага контактных проводов на нагрев полоза токоприемника: а - схема двух пролетов контактной подвески; б - схема каркасного полоза токоприемника; в - плотность распределения зигзага контактного провода (равномерный закон); г - график эластичности контактной подвески; д - график отношения текущей эластичности к ее средней величине в пролете; е - электрическая схема замещения тепловых процессов полоза; ж - график распределения температуры
полоза
В отличие от модели теплового состояния полоза токоприемника, приведенной в работе [4], величина мощности джоулева нагрева в точке контакта на площадке /'-го элемента (см.
рисунок 1, б) шириной Дг = 30 мм складывается из суммы мощностей от двух контактных проводов:
Ркт I Ркт1 I + Ркт2 /'. (1)
Тяговый ток полоза
I = II + 12, (2)
где 11 и 12 - токи в контакте левого и правого проводов соответственно.
Тогда мощность в контакте на площадке '-го элемента полоза с п-м проводом
2
ркт п ' 1п • Яперех п(г'
(3)
где /п(г) - доля времени контакта п-го провода с '-м элементом вставки, определяемая плотностью распределения зигзага а(г) (см. рисунок 1, в);
Яперех п (г) - функция сопротивления в контакте «полоз - п-й провод», которая может быть принятой пропорционально эластичности подвески (рисунок 1, д), отнесенной к п-му проводу, и определяться выражением
еп()
я
перех п
(г) = Я
перех
(4)
'П ср
где еп(г) = еп(Г) - функция эластичности подвески в пролете I для п-го провода (рисунок 1, г);
еп ср - средняя эластичность подвески в пролете, равная ее среднеарифметическому значению для п-го провода;
Яперех - сопротивление «вставка - контактный провод» согласно паспортным данным производителя.
Функция Яперех п (г) может быть задана другим способом и принимать дискретные значения, соответствующие положению провода на площадке '-го элемента полоза.
На рисунке 1, г приведен график эластичности контактной подвески постоянного тока КС-200 экспериментального участка Лихославль - Калашниково Октябрьской железной дороги [6], который был принят в качестве исходных данных для расчета величины переходного сопротивления (см. рисунок 1, д) согласно формуле (4).
Доля тягового тока в контакте полоза с п-м проводом пропорциональна сопротивлению, определяемому выражением (4). Схема расположения двойного контактного провода с мерной струной на полозе и ее электрическая схема приведены на рисунках 2, а и 2, б соответственно.
Шунтовое соединение гибкой струны
|ф0
Rдерех болт у
Яп ерех1
Язаж - КП
ф1
б
Рисунок 2 - Расположение двойного контактного провода на вставке полоза: а - принципиальная схема; б - электрическая схема замещения
Я
Я
заж - КП
а
Последовательные сопротивления элементов (см. рисунок 2, б) в виде струнового зажима Яст. заж и его болтового соединения со струной Яперех болт, сопротивления «струновой зажим - контактный провод» Язаж - Кп при затяжке болтов, соответствующих нормативным величинам, значительно меньше сопротивления в контакте [7]. С учетом допущения
перех п » Яперех болт + Яст. заж + Язаж - КП (5)
падение напряжения в контакте может быть описано выражением
ф1 - фо = Д^кт = 11 • Яперех 1 (г) = 12 • Яперех 2 (г), (6)
откуда
_ ^перех 1(г) _ , , .
Г = к (!) = кдЯ1Ш (7)
12 "перех 2 (2)
где кДЯ кт - коэффициент неравномерности переходного сопротивления двойного контактного провода, вызванной разницей их эластичности и особенностью динамики взаимодействия с полозом. Настоящий коэффициент авторы статьи вводят для возможности оценки влияния разности составляющих 11 и 12 тягового тока I, протекающего в двух параллельных точках. кДЯ кт, по умолчанию может быть принят равным единице. Оценка величины этого коэффициента является перспективной темой исследования. С учетом уравнения (7)
11 = 12 • кдя кт; 12 = --, (8)
к
ДКкт
№ перех 1
Яперех 1 (г) Яперех 2 (г) • кдя кт; Яперех 2 (г) = --. (9)
^ДК кт
Выражение (2) с учетом (8) принимает вид:
откуда
I=11 + Г^" = 11 (1 + Г^),
Кдк кт кт
Il = ТГ^ • (10)
кт
Выразим аналогичным образом Ь через I:
I = к • кдя кт + к = /2 (1 + кдя кт)
'2 = ТГк—. (11)
1 + КдК кт
С учетом формул (3), (10) и (11) выражение (1) принимает вид:
Ркт ' = (-) • Яперех ^'У /1^)+ (—■--) • Яперех 2^ /2(2). (12)
\ 1+т--М + КДК кт'
\ кДЯ кт/
С учетом допущения (4) выражение (12) имеет вид:
(I \ е1(^) ( I \2 е2(^) 1 I ^ Яперех ---/1(г')+ (—-) • Яперех ^--/2(г/'). (13)
61 ср 4 ДК к^ е2 сР
После вынесения за скобки общих сомножителей формула определения мощности нагрева полоза в г-й точке контакта принимает вид:
Ркт г 1 ' ^перех [
V кДЯ кт/
е1 ср
■ш +
1 ■ 62 (1 + ^ДК кт)2 е2 ср
■ Я*/) ].
(14)
Тепловая схема замещения полоза с самонесущей углеграфитовой вставкой (см. рисунок 1, е) разработана на основе усовершенствованной математической модели теплового состояния токоприемника [4] с применением метода эквивалентных тепловых схем замещения [8]. Количество расчетных элементов полоза токоприемника с источниками тепла, мощность которых определена выражением (14), соответствует 35 элементам на схеме, представленной на рисунке 1, б.
Тепловое состояние каждого г-го элемента в переходном режиме описывается дифференциальным уравнением теплового баланса:
dTi dt
Т - т)Р
'=1_
С
(15)
где Т - температура г-го элемента;
Т - температура одного из соседних элементов';
Ч - количество тел, связанных в тепловом отношении с рассматриваемым элементом г';
А' г - теплоотдача от одного из соседних элементов' к данному элементу г;
ЕР - потери мощности в данном элементе г, включающие Ркт г согласно выражению (14);
С - теплоемкость г-го элемента полоза.
Для полученной модели теплового состояния токоприемника основными допущениями являются усредненная температура элементов полоза, приведенная к его верхней поверхности, отсутствие влияния трения в контакте и электродугового нагрева. Результат расчета температуры полоза, снимающего нагрузку по току 1500 А, приведен на рисунке 1, ж. Полученный график распределения температуры имеет максимум нагрева центральной части полоза, что согласуется с результатами экспериментальных исследований ВНИИЖТа [9] и ОмГУПСа [10 - 13]. Сходимость результатов теоретических и экспериментальных данных для различных режимов не превышает 7 %. Распределение установившейся температуры внутри вставки можно оценить с помощью трехмерного моделирования стационарного режима [14].
По условию выполненного расчета плотность распределения зигзага двойного контактного провода соответствуют равномерному закону (см. рисунок 1, в). Анализ данных вагона-лаборатории испытания контактной сети (ВИКСа) и скоростной лаборатории (СВИКСа) отечественных железных дорог ОАО «РЖД», а также данных работы [5] немецких DB и испанских RENFE железных дорог указывают на отсутствие такой закономерности. На рисунках 3 - 8 приведены графики плотности распределения о(г) различных участков Октябрьской железной дороги, электрифицированной на постоянном токе контактной сетью КС-200, по данным на 2008 г. [15, 16].
Графики переходного процесса нагрева полоза токоприемника тяговым током 1500 А и графики температуры его установившегося режима для конкретного участка контактной сети рассчитаны в программе Mathcad согласно выражениям (1) - (15) при условии равноэластич-ности подвески еп^) / еп ср = 1 и равномерности распределения тягового тока по проводам
k^R кт = 1.
«со
0Л2 0,1 0:03 0Г06 0:04
о
А
|1ь
-600 -450 -300-150 0 150 300 мм 60С 1. -^
а
0:120.1 1
0:05 *(*) 0Г06 0.04 0.02
" I Ш
ь-
-600 450-300-150 0 1з0 300 мл 600
а
_
^гГ^ ММ
О200 -2000 ^
ЫИН20'-600-400 2
600
б
а»
°с
Т
1М
50
0
/ /- X \
У У \
■&00 -450 -300 -150 0 150 300 мм 600
в
600
20 -600 б
200 400 г
200
100
50
О
/ \
у / ч
■600 -450 -300 -150 0 150 Z -►
300
мм
№0
в
Рисунок 3 - Расчет влияния плотности распределения Рисунок 4 - Расчет влияния плотности распределения зигзага контактного провода (а) высокоскоростной зигзага контактного провода перегона с прямым участ-магистрали Москва - Санкт-Петербург на температу- ком пути (а) на температуру полоза токоприемника ру полоза токоприемника в переходном (б) и устано- в переходном (б) и установившемся (в) режимах
вившемся (в) режимах
Оценка плотности распределения зигзага контактного провода о(г) (рисунок 3, а) осуществлена по главным путям высокоскоростной магистрали (ВСМ) Москва - Санкт-Петербург в прямом и обратном направлениях, включая перегоны и станции, прямые и кри-
z
вые участки пути, искусственные сооружения и участки с пространственными контактными подвесками.
щи
0,12 ОД
1 0,03 10,06 0Г04
0:02 0
-600 -1150-300 -150 0 150 300 мм 500
а
Ж -►
в
Рисунок 5 - Расчет влияния плотности распределения зигзага контактного провода (а) кривой участка пути с центром слева на перегоне ВСМ Москва - Санкт-Петербург на температуру полоза токоприемника в переходном (б) и установившемся (в) режимах
014
0Д2 ОД
I ад 0.06
>
0.04 0.02 О
-600 450 -300 -150 0 150 300 мм 600
Е--и-
а
200
20 -600 б
Ш\----
-600 -450 -300 -150 0 150 300 ММ 600 Ъ -►
в
Рисунок 6 - Расчет влияния плотности распределения зигзага контактного провода (а) станции ВСМ Москва - Санкт-Петербург с кривой участка пути с центром справа на температуру полоза токоприемника в переходном (б) и установившемся (в) режимах
11
4 1_
1
1!
. 1
0:35 0:30 ОД} 0:2С
оМ
оло
0.05
о
-600 -450 -300 -1^0 0 150 300 ОД 600
а
а
600
(500 б
:50
/ Л \
\ \
у / 4 V. ---
150
100
50
о
-т -450 -300 -150 ъ
в
Рисунок 7 - Расчет влияния плотности распределения зигзага контактного провода (а) ромбической подвески на мосту ВСМ Москва - Санкт-Петербург на температуру полоза токоприемника в переходном (б) и установившемся (в) режимах
150 300 ММ Ш
500
-600 б
250
150
100
50
>
/ / / \
/ \
У \
& 150 300 мм Й00
-600 - 450 - 300 -150
Ъ -►
в
Рисунок 8 - Расчет влияния плотности распределения разрегулированного зигзага контактного провода (а)
ромбической подвески на мосту ВСМ Москва -Санкт-Петербург на температуру полоза токоприемника в переходном (б) и установившемся (в) режимах
На рисунке 4 приведен результат определения а(г) на перегоне с прямым участком пути с высоким качеством регулировки зигзага контактного провода. В отличие от всей ВСМ (см. рисунок 3) график а(г) перегона указывает на частое расположение провода в центре, что при одинаковой эластичности подвесок обусловливает повышенный нагрев центральной части полоза (см. рисунок 4, в). В реальных условиях разрегулировка зигзага, как правило, сопровождается неравномерностью эластичности подвески, что приводит к повышенному нагреву из-за увеличенного переходного сопротивления в контакте.
Оценка влияния зигзага хордовой подвески в кривой участка пути с центром слева и справа приведена на рисунках 5 и 6 соответственно. Расположение кривой влияет на смещение экстремума графика а(г) и максимума температуры нагрева полоза. Необходимо учесть, что кривые участка пути не являются, как правило, продолжительными и в реальных условиях к значительному перегреву приводить не должны по условию отсутствия достижения установившегося значения температуры.
Влияние зигзага объемной трехпроводной контактной подвески И. И. Власова на мостах на температуру полоза токоприемника приведено на рисунках 7 и 8. Разрегулированная ромбическая подвеска (см. рисунок 8), у которой максимум а(г) выше ромбической с высоким качеством регулировки (см. рисунок 7), приводит к значительному перегреву полоза.
Считается, что кратковременное потребление тока свыше максимально допустимого значения не приводит к перегреву полоза токоприемника [17]. Однако это утверждение справедливо в том случае, если в момент начала съема сверхнормативного значения нагрузки токоприемник имеет температуру, например, окружающей среды или незначительно выше. На практике нагрев полоза токоприемника в процессе движения в результате увеличения потребления тока начинается не с температуры окружающей среды, полоз предварительно нагрет предыдущим режимом эксплуатации (рисунок 9) и распределение температуры по полозу неравномерно.
Трасса Прямая
101 К
11
102
Исх. темп.
Мост
12
103
Прямая
1з
Кривая
104 14
Начало ^ движения
Т0 = Т01
^Исх. темп. Т02 ^Исх. темпЛо3 ^Исх. темпТ 04 А ^Исх. темп. Т05
Кривая
105 15
Рисунок 9 - Иллюстрация последовательности условий работы токоприемника и подвески, определяющих тепловой режим работы полоза
Время достижения установившегося режима зависит от предыдущего режима (рисунок 10), условия работы которых могут различаться. Поэтому даже кратковременное увеличение тока может привести к недопустимому перегреву и стать фактором риска разрушения контактных элементов.
Усовершенствованная математическая модель теплового состояния полоза токоприемника позволяет учесть неравномерность его нагрева предыдущим режимом работы. В программе Mathcad в матрице исходного состояния температуры полоза для исследуемого режима используются данные предыдущего режима в заданный момент времени. Результат расчета температуры полоза для последовательных трех режимов, различающихся величиной тягового тока, приведен на рисунке 11.
Рисунок 11 - График температуры полоза токоприемника при последовательном прохождении трех режимов потребления тягового тока
Представленная модель теплового состояния полоза позволяет рассчитывать его температуру для любых участков железной дороги с различными контактными подвесками, например, по данным лент ВИКСа (СВИКСа), разделяя их на «характерные» законы плотности разделения зигзага [4] с учетом величины тягового тока и скорости движения подвижного состава.
В заключение можно сделать следующие выводы.
Усовершенствованная математическая модель теплового состояния полоза токоприемника, реализованная в программе Mathcad, позволяет рассчитать температуру с учетом неравномерности
положения одинарного или двойного контактного провода в плане, определяемого плотностью распределения их зигзага;
нажатия по полозам токоприемника;
нажатия полоза в пролете, вызванного отсутствием равноэластичности подвески, обусловливающего изменение электрического сопротивления скользящего контакта;
нажатия полоза токоприемника по проводам в подвеске с двойным контактным проводом.
С помощью представленной модели можно рассчитать изменение температуры полоза при проходе токоприемника с одного типа подвески на другой.
Математическая модель позволяет оценить переходный процесс нагрева полоза с учетом его температуры, обусловленной предыдущим тяговым режимом. Количество режимов потребления тока будет соответствовать числу циклов расчета на заданном стационарном участке зигзага.
Положительным свойством рассмотренной математической модели является возможность применения баз данных ВИКСа (СВИКСа), содержащих результаты измерения зигзага контактных проводов и контактного нажатия. Таким образом, тепловой режим полоза может быть рассчитан для любого действующего участка контактной сети с заданными значениями скорости движения электроподвижного состава и потребляемого тока.
Список литературы
1. Фрайфельд, А. В. Проектирование контактной сети [Текст] / А. В. Фрайфельд, Г. Н. Брод. - М. Транспорт, 1991. - 335 с.
2. ГОСТ 32204-2013. Токоприемники железнодорожного электроподвижного состава. Общие технические условия [Текст]. - М.: Стандартинформ, 2014. - 24 с.
3. Томилов, В. В. Особенности теплового расчета токоприемников магистрального электроподвижного состава [Текст] / В. В. Томилов, А. В. Тарасенко, А. Н. Кутькин // Материалы шестого междунар. симпозиума «Eltrans'2011» / Петербургский гос. ун-т путей сообщения. -СПб, 2013. - С. 526 - 536.
4. Утепбергенова, С. М. Методика расчета теплового состояния полоза токоприемника магистрального электроподвижного состава с учетом изменения положения контактного провода в плане [Текст] / С. М. Утепбергенова, В. В. Томилов, О. А. Сидоров // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2019. - № 4 (40). - С. 43 - 53.
5. Contact lines for Electric Railways [Текст] / F. Kiessling, R. Pushman, A. Shmieder, E. Schneider - Берлин, Мюнхен: Siemens AG, 2009. - 994 p.
6. Дербилов, Е. М. Особенности имитационного моделирования взаимодействия токоприемников и контактных подвесок на сопряжениях [Текст] / Е. М. Дербилов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2011. - № 4 (8). - С. 10 - 16.
7. Берент, В. Я. Перспективность применения металл-углеродных контактных вставок для токосъема на железных дорогах России [Текст] / В. Я. Берент // Вестник ВНИИЖТа / ВНИИЖТ. - М. - 2017. - № 3. - С. 174 - 180.
8. Теплотехника: Учебник для вузов [Текст] / В. Н. Луканин, М. Г. Шатров и др. -М.: Высшая школа, 1999. - 671 с.
9. Тартынский, Д. В. Исследование износа контактных токосъемных элементов на основе моделирования токораспределения в полозе токоприемника [Текст] / Д. В. Тартынский, М. Н. Емельянова, А. Т. Тибилов // Вестник ВНИИЖТа / ВНИИЖТ. - М. - 2015. - № 2. -С. 53 - 56.
10. Смердин, А. Н. Совершенствование методики определения нагрузочных показателей токоприемников магистрального электроподвижного состава [Текст] / А. Н. Смердин, В. В. Томилов, В. М. Павлов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. -Омск. - 2019. - № 3 (39). - С. 99 - 110.
11. Сидоров, О. А. Исследование температуры нагрева полоза токоприемника и способы ее снижения [Текст] / О. А. Сидоров, А. Н. Смердин, В. В. Томилов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2017. - № 4 (32). - С. 25 - 34.
12. Проверка токовой нагрузочной способности токоприемников ТАс 24 и ЛАс 25 [Текст] / В. М. Павлов, П. В. Попов и др. // Вестник ВЭлНИИ / ВЭлНИИ. - Новочеркасск. -2015. - № 2 (70). - С. 33 - 43.
13. Исследования токовой нагрузочной способности токоприемника магистрального электроподвижного состава [Текст] / В. М. Павлов, О. А. Сидоров и др. // Вестник ВНИИЖТа / ВНИИЖТ. - М. - 2015. - № 4. - С. 19 - 24.
14. Утепбергенова, С. М. Исследование систем охлаждения полоза токоприемника магистрального электроподвижного состава [Текст] / С. М. Утепбергенова, В. В. Томилов, О. А. Сидоров // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2019. -№ 2 (38). - С. 66 - 75.
15. Токосъем и тяговое электроснабжение при высокоскоростном движении на постоянном токе: Сб. науч. тр. / ОАО «ВНИИЖТ». - М.: Интекс, 2010. - 192 с.
16. Сидоров, О. А. Методика оценки функциональной готовности системы токосъема скоростных участков магистральных железных дорог [Текст] / О. А. Сидоров, А. Н. Смердин, В. А. Жданов // Вестник ВНИИЖТа / ВНИИЖТ. - М. - 2012. - № 1. - С. 27 -32.
17. Купцов, Ю. Е. Беседы о токосъеме, его надежности, экономичности и о путях совершенствования [Текст] / Ю. Е. Купцов. - М.: Модерн-А, 2001. - 256 с.
References
1. Frayfeld A. V. Proyektirovaniye kontaktnoy seti (Design of a contact network). Moscow: Transport Publ., 1991, 335 р.
2. Tokopriemniki zheleznodorozhnogo elektropodvizhnogo sostava. Obshchie tekhnicheskie usloviia, GOST 32204-2013 (Current collectors of railway electric rolling stock. General specification, State Standart 32204-2013). Moscow, Standarty, 2013, 24 p.
3. Tomilov V.V. Features of thermal calculation of current collectors of main electric rolling stock [Osobennosti teplovogo rascheta tokopriyemnikov magistral'nogo elektropodvizhnogo sostava]. Materialy Shestogo Mezhdunarodnogo simpoziuma «Eltmns'2011» (Materials of the Sixth International Symposium «Eltrans'2011»). - S. Petersburg, 2013, pp. 526 - 536.
4. Utepbergenova S. M., Tomilov V.V., Sidorov O. A. Method for the heat state calculating of pantograph head оf a mainline electric rolling stock taking account the contact wire stagger [Metodika rascheta teplovogo sostoyaniya poloza tokopriyemnika magistral'nogo elektropodvizhnogo sostava s uchetom izmeneniya polozheniya kontaktnogo provoda v plane]. Izvestiia Transsiba - The journal of Transsib Railway Studies, 2019, no. 4 (40), pp. 43 - 53.
5. Kiessling F., Pushman R., Shmieder A., Schneider E. Contact lines for Electric Railways. Berlin, Munich: Siemens AG Publ., 2009, 994 р.
6. Derbilov E. M., Particularities of simulate modeling of the interaction between pantograph and ovehead contact systems interfacing [Osobennosti imitatsionnogo modelirovaniya vzai-modeystviya tokopriyemnikov i kontaktnykh podvesok na sopryazheniyakh]. Izvestiia Transsiba -The journal of Transsib Railway Studies, 2011, no. 4 (8), pp. 10 - 16.
7. Berent V. Y. Prospects of application of the metal-carbon contact inserts current collector on the Railways of Russia [Perspektivnost' primeneniya metallokeramicheskikh kontaktnykh vstavok dlya tokos"yemki na zheleznykh dorogakh Rossii]. Vestnik VNIIZHT - The journal of of All-Russian research Institute of railway transport, 2017, no. 3, pp. 174 - 180.
8. Lukanin V. N., Shatrov M. G., Camfer G. M. Heat engineering textbookfor universities (Tep-lotekhnika: Uchebnik dlya vuzov). Moscow: Graduate School Publ., 1999, 671 p.
9. Tartinsky, D. V., Emelyanova M. N., Tibilov A. T. Research of wear of contact current-collecting elements on the basis of modeling of current distribution in the current collector's slide [Issledovaniye iznosa kontaktnykh tokos"yemnykh elementov na osnove modelirovaniya tokoraspredeleniya v poloze tokopriyemnika]. Vestnik VNIIZHT - The journal of of All-Russian research Institute of railway transport, 2015, no. 2, pp. 53 - 56.
10. Smerdin, A. N., Tomilov V. V., Pavlov V. M. Improvement of the method for determining load indicators of current collectors of main electric rolling stock [Sovershenstvovaniye metodiki opredeleniya nagruzochnykh pokazateley tokopriyemnikov magistral'nogo elektropodvizhnogo sostava]. Izvestiia Transsiba - The journal of Transsib Railway Studies, 2019, no. 3 (39), pp. 99 - 110.
11. Sidorov O. A., Tomilov V. V. Research of temperature distribution unequality of a panhead and its reduction methods [Issledovaniye temperatury nagrevy poloza tokopriyemnika i sposoby yeye snizheniya]. Izvestiia Transsiba - The journal of Transsib Railway Studies, 2017, no. 4 (32), pp. 25 - 34.
12. Pavlov V. M., Popov P. V., Sidorov O. A., Smerdin A. N., Tomilov V. V. Continuous current-carrying capacity test of TAs 24 and LAs 25 current-collectors [Proverka tokovoi nagruzochnoi sposobnosti tokopriemnikov TAs 24 i LAs 25]. Vestnik VELNII - The journal of the Railway Research Institute, 2015, no. 2 (70), pp. 33 - 43.
13. Pavlov V. M., Sidorov O. A., Smerdin A. N., Golubkov A. S., Tartynskiy D. V, Tomilov V. V. Current-Loading Capacity Investigations of Current Collector Operated with Mainline Electric Motive Power [Issledovaniia tokovoi nagruzochnoi sposobnosti tokopriemnika magis-tral'nogo elektropodvizhnogo sostava]. Vestnik VNIIZHT - The journal of of All-Russian research Institute of railway transport, 2015, no. 4, pp. 19 - 24.
14. Utepbergenova S. M., Tomilov V. V., Sidorov O. A. Research of cooling system for pantograph head of electric train [Issledovaniye sistem okhlazhdeniya poloza tokopriyomnika magis-tral'nogo elektropodvizhnogo sostava]. Izvestiia Transsiba - The journal of Transsib Railway Studies, 2019, no. 2 (38), pp. 66 - 75.
15. Tokos"yem i tyagovoye elektrosnabzheniyepri vysokoskorostnom dvizhenii napostoyannom toke: sbornik nauchnykh trudov OAO «VNIIZHT.» (The current collection and traction power supply during high-speed driving at a constant current collection of scientific papers of JSC "VNIIZHT"). Moscow: Intex Publ., 2010, 192 p.
16. Sidorov, O. A., Smerdin A. N., Zhdanov V. A. Method for assessing the functional readiness of the current collection system for high-speed sections of main Railways [Metodika otsenki funktsional'noy gotovnosti sistemy tokos"yema skorostnykh uchastkov magistral'nykh zheleznykh dorog]. Vestnik VNIIZHT - The journal of of All-Russian research Institute of railway transport, 2012, no. 1, pp. 27 - 32.
17. Kuptsov Y. E. Besedy o tokos"yeme, ego nadezhnosti, ekonomichnosti i o putyakh sovershenstvovaniya (Conversations about current collection, its reliability, cost-effectiveness, and ways to improve it). Moscow: Modern A Publ., 2001, 256 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Утепбергенова Сандугаш Мырзабековна
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Аспирантка кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта», ОмГУПС. Тел.: +7 (904) 070-09-86. E-mail: [email protected]
INFORMATION ABOUT AUTHORS
Utepbergenova Sandugash Myrzabekovna
Omsk State Transport University (OSTU).
35, Marx st., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Graduate student of the Department « Power supply of railway transport », OSTU. Phone: +7 (904) 070-09-86 E-mail: [email protected]
Томилов Валерий Викторович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта», ОмГУПС.
Тел.: +7 (913) 610-62-67. E-mail: [email protected]
Tomilov Valery Viktorovich
Omsk State Transport University (OSTU).
35, Marx st., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department «Power supply of railway transport», OSTU.
Phone: +7 (913) 610-62-67
E-mail: [email protected]
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Утепбергенова, С. М. Усовершенствованная математическая модель теплового состояния полоза токоприемника магистрального электроподвижного состава постоянного тока [Текст]/ С. М. Утепбергенова, В. В. Томилов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2020. -№ 1 (41). - С. 58 - 72.
Utepbergenova S. M., Tomilov V. V. Improved mathematical model thermal state of the pantograph head of the magistral electric rolling stock of direct current. Journal of Transsib Railway Studies, 2020, no. 1 (41), pp. 58 - 72 (In Russian).
УДК 629.4.053.2
А. С. Кушнирук
Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДВГУПС), г. Хабаровск,
Российская Федерация
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ ЛОКОМОТИВНОГО ПАРКА НА ОСНОВЕ ИСКУССТВЕННОЙ НЕЙРОННОЙ СЕТИ
ПРОГНОЗИРОВАНИЯ
Аннотация. Целью исследования является разработка синхронно-реплицированной модели оценки технического состояния локомотива как технической системы для снижения возникновения отказов при эксплуатации, и как следствие снижения простоев в ремонте. При проведении исследования использовались следующие междисциплинарные и математические методы: системный анализ, компьютерное и математическое моделирование, методы теории искусственного интеллекта, математический анализ. В результате проведенного исследования получена математическая синхронно-реплицированная модель оценки технического состояния локомотива на основе искусственной многослойной нейронной сети прогнозирования. Разработанная модель может быть использована в системах мониторинга, контроля, диагностирования технического состояния локомотивного парка. Оригинальными особенностями разработанной модели являются низкий период дискретизации между опросом средств мониторинга, универсальность, адаптивность, оперативность. На основе разработанной модели построен обобщенный алгоритм управления техническим состоянием локомотивного парка. Предложенная модель и алгоритм решают круг задач, описанных в концепции развития ОАО «РЖД», связанных с реализацией фактической системы ремонта по текущему техническому состоянию локомотива и с цифровизацией передовых направлений компании.
Ключевые слова: локомотивный парк, техническое состояние, управление, нейронная сеть, период дискретизации.
Alexey S. Kushniruk
Far Eastern State Transport University (FESTU), Khabarovsk, the Russian Federation
SYSTEM FOR MANAGING THE TECHNICAL CONDITION OF A LOCOMOTIVE FLEET ON THE BASIS OF AN ARTIFICIAL NEURAL FORECASTING NETWORK
Abstract. The goal of the research is to development of a synchronous-replicated model for the assessment of the technical state of a locomotive as a technical system to reduce the occurrence of failures during operation, and as a result, reduce downtime in repairs. When performing the research, the following interdisciplinary and mathematical methods were used: system analysis, computer and mathematical modeling, methods of the theory of artificial neural networks, mathematical analysis. As a result of the research, a mathematical synchronously replicated model for assessing the technical condition of a locomotive based on an artificial multilayer forecasting neural network was obtained. The developed model can be used in monitoring systems, control, diagnosing the technical condition of the locomotive fleet. The original features of the developed model are a low sampling period between polling monitoring tools, versatility, adaptability, efficiency. Based on the developed model, a generalized algorithm for managing the technical condition of the locomotive fleet is built. The proposed model and algorithm solves the ranges of tasks described in the development concept of Russian Railways OJSC related to the implementation of the actual repair system according to the current technical condition of the locomotive, as well as the digitalization of the company's advanced areas.
Keywords: locomotive fleet, technical condition, managing, neural network, sampling period.
