Аннотация: В учебном пособии разбираются вопросы, посвященные выполнению выпускной квалификационной работы (дипломного проекта) на кафедре «Локомотивы». Приведены требования по оформлению и содержанию работы. Рассмотрены вопросы как по работам связанным с сервисными, так и с эксплуатационными локомотивными депо. Предназначено для обучающихся по специальности 23.05.03 Подвижной состав железных дорог, специализация «Локомотивы».

Аннотация: Рекуперативное торможение с возвратом энергии в контактную сеть принципиально позволяет сократить расход энергии на тяговые нужды, но в реальных условиях эффективность этого вида торможения как средства снижения расхода энергоресурсов зачастую ограничена. Более эффективным и независимым от внешних условий является электрическое торможение подвижного состава, при котором генерируемая энергия запасается в бортовых накопителях энергии. Наибольшего сокращения расхода энергоресурсов на тяговые нужды при использовании бортовых накопителей энергии в составе тяговых электроприводов можно добиться для подвижного состава, работающего в режиме частых пусков и остановок. К такому типу подвижного состава относятся электропоезда пригородного движения и метрополитенов и городской электротранспорт, специфике работы которых наилучшим образом соответствуют емкостные накопители энергии на основе суперконденсаторов. В статье рассматриваются процессы обмена энергией в системах тягового электропривода с бортовыми емкостными накопителями энергии при разгоне и электрическом торможении подвижного состава. Энергообменные процессы рассматриваются применительно к резистивным зарядно-разрядным контурам и контурам с реакторами, при этом главное внимание уделяется эффективности энергообменных процессов. Потребитель энергии в разрядном контуре накопителя и источник энергии в зарядном контуре представлены источником ЭДС, которая в общем случае может изменяться с течением времени. Получены зависимости энергетической эффективности процессов заряда и разряда емкостного накопителя энергии от его начального напряжения и интенсивности изменения ЭДС потребителя энергии.

Аннотация: Выполнен обзор методов повышения энергоэффективности автоматического управления движением поездов метрополитена: выбор энергооптимальной последовательности режимов управления поездом, распределение времени хода по линии на времена хода по перегонам, использование режима рекуперативного торможения. Приведены результаты исследования влияния системы автоматического управления движением на расход энергии на тягу. Проведен анализ влияния увеличения времени прицельного торможения в условиях различных типов перегонов на дополнительный расход энергии при заданном времени хода поезда по перегону при отсутствии или наличии рекуперативного тормоза. Сформулированы требования к датчикам коррекции пути, которые должны обеспечивать необходимую точность позиционирования поезда при интенсивном торможении. Проведено сравнение корректирующих датчиков на основе инфракрасных сигналов и RFID датчиков. Проведен анализ влияния изменения времени хода по перегону с целью компенсации рассогласования между плановым и исполненным графиками движения на дополнительный расход энергии. В условиях интенсивного движения требования к допустимой погрешности выполнения заданного времени хода поезда по перегону составляет ±2, 5 с.

Аннотация: Приведены расчетные энергетические характеристики тягового привода электровоза 2ЭС5К при работе в середине фидерной зоны контактной сети. На всем диапазоне регулирования, особенно в начальной зоне малых мощностей, тяговый привод с разработанным преобразователем входного электрического сопротивления имеет преимущества. Коэффициент искажения синусоидальности напряжения на токоприемнике электровоза с выпрямительно-инверторным преобразователем составляет 10, 87%, с применением электрического полупроводникового вариатора в таком же режиме ведения поезда этот коэффициент равен 7, 5%. Показано, что регулированием мощности локомотива путем изменения электрического сопротивления в процессе передачи и потребления электроэнергии из контактной сети повышается энергетическая эффективность и электромагнитная совместимость локомотива с системой электроснабжения без применения дополнительного оборудования.

Аннотация: Предложена математическая модель электротехнической системы "тяговая сеть - электровоз переменного тока с четырехквадрантным преобразователем". Выполнен анализ электромагнитных процессов и вывод расчетных формул параметров системы. Программная реализация предложенной математической модели и численные исследования воспроизводимых электромагнитных процессов выполнены в пакете прикладных программ Simulink вычислительной среды Matlab. Сделаны выводы об электромагнитной совместимости электровозов с различными структурами тягового преобразователя.

Аннотация: Рассмотрен способ автоматизированного контроля монтажа поездных проводов, основанный на оценке уровня электрических потенциалов в контрольных точках измерительной цепи. Измерительная цепь выполнена в виде двух резисторных делителей напряжения. Один делитель подключён к источнику постоянного напряжения и формирует опорный электрический потенциал заданного значения. Другой делитель подключён через раздельные резисторы к клеммам выходной соединительной коробки вагона. Питание второго делителя напряжения осуществляется по поездным проводам от генератора тестовых сигналов, которые поочерёдно подаются на входы поездных проводов. Значение электрического потенциала второго делителя напряжения зависит от различных состояний монтажа поездных проводов, при которых происходит изменение конфигурации включения резисторов этого делителя. Предлагаемый способ контроля монтажа поездных проводов путём оценки уровня электрических потенциалов в контрольных точках измерительной цепи позволяет выполнить устройство контроля полностью на бесконтактных элементах, что повышает его надёжность. Способ может быть использован для контроля монтажа иных видов многопроводных линий связи и управления.

Аннотация: Выполнен сравнительный анализ результатов моделирования движения электровозов 2ЭС5К и 4ЭС5К по типовому участку с холмистым профилем (тип III), регламентированному нормативными документами. Получены графики токов на токоприемниках электровозов, рассчитано потребление активной энергии электровозами и ее отдача тяговыми подстанциями, а также потери активной энергии в тяговой сети, вызываемые протекающими по ней токами. Определены реактивная и полная энергия в системе тягового электроснабжения за время хода электровоза с составом по участку. На основании этих данных рассчитаны удельные расходы энергии на тягу поездов, а также средневзвешенные коэффициенты активной и реактивной мощности. Проведено сравнение результатов моделирования для электровозов 2ЭС5К и 4ЭС5К. Показано, что увеличение числа секций электровоза приводит к увеличению удельного расхода энергии на тягу поездов и ухудшает энергетические показатели системы электрической тяги.

Аннотация: Дана оценка энергетической эффективности электровозов переменного тока ЗЭС5К с коллекторными тяговыми двигателями постоянного тока в режимах тяги и рекуперативного торможения на конкретном профиле пути отдельных участков между станциями Хабаровск-2 и Бикин Дальневосточной железной дороги. Приведены реальные тяговые и тормозные характеристики, а также характеристики мощности на этих участках, построенные по параметрам работы электровоза ЗЭС5К при ведении грузового поезда большой массы и длины. Проведен анализ характеристик электровоза ЗЭС5К и сравнение их в равных условиях движения поезда с характеристиками электровоза 2ЭС5, имеющего асинхронные тяговые двигатели. На основе этого анализа рассмотрена энергетическая эффективность работы электровозов переменного тока 2ЭС5 и ЗЭС5К. Показаны причины лучшей энергетической эффективности электровозов ЗЭС5К по сравнению с 2ЭС5.

Аннотация: До половины сбоев в работе рельсовых цепей и автоматической локомотивной сигнализации на участках железных дорог с электротягой переменного тока происходит из-за помех, вызванных асимметрией тягового тока в рельсовых линиях. Поскольку первоисточником указанной асимметрии является асимметрия сопротивлений рельсовых нитей в пределах рельсовой цепи, измерения сопротивления элементов каждой рельсовой нити обеспечивают возможность не только определять асимметрию тягового тока, но и находить элементы с сопротивлениями, выходящими за пределы нормы. Асимметрию тягового тока можно измерять и непосредственно, однако результаты измерений зависят также от условий их проведения - температуры рельсов и уровня переменного тягового тока в них, так как асимметрия сопротивлений рельсовых нитей рельсовой линии создается из-за несимметричного увеличения в них переходных электрических сопротивлений в стыках рельсовых звеньев и дроссельных перемычках. Эти переходные сопротивления мало зависят от температуры окружающей среды и тяговых токов в рельсовых нитях. В результате при уменьшении температуры рельсов типа Р65 от +40 до -4СРС асимметрия сопротивлений рельсовых нитей с учетом их взаимной индуктивности увеличивается в 2, 2-2, 4 раза, а увеличение тягового тока в рельсах, например, в три раза вызывает почти такое же увеличение асимметрии. Влияние взаимной индуктивности рельсовых нитей с контактным проводом приводит к уменьшению асимметрии тягового тока в рельсовой линии. Взаимная индуктивность рельсовых нитей с высоковольтными линиями продольного электроснабжения, размещаемых на опорах контактной сети, может увеличивать или уменьшать эту асимметрию в зависимости от того, какая из рельсовых нитей обладает меньшим сопротивлением. Все эти факторы должны учитываться как при измерениях асимметрии сопротивлений рельсовых нитей или асимметрии переменного тягового тока в них, так и при экстраполяции этих данных на другие условия эксплуатации рельсовой тяговой сети по температуре рельсов, значениям токов в рельсовых нитях, контактных проводах и высоковольтных линиях.

Аннотация: Повышение требований к уровню безопасности перевозок и автоматизации управления тяговым подвижным составом обусловливает необходимость разработки микропроцессорных систем управления. В настоящее время в значительной части локомотивного парка применяется реостатно-контакторная система управления тяговыми двигателями, разработанная более века назад, а использование пусковых резисторов при разгоне приводит к значительным потерям электроэнергии. По своим техническим характеристикам такая система управления не удовлетворяет современному уровню развития техники. В статье рассмотрено применение цифровых систем управления на электрическом подвижном составе и их преимущества. Показано, что применение цифровых технологий в конструкциях силовых преобразователей тягового привода позволит значительно увеличить энергоэффективность преобразователей, сократить количество компонентов и повысить надежность привода.

Аннотация: Системы тягового электроснабжения постоянного тока с традиционным напряжением питания 825 В - основополагающая транспортная инфраструктура мегаполисов. Развитие электрифицированных железных дорог привело к массовому использованию таких систем электроснабжения. Преимуществам и недостаткам этих систем электроснабжения железных дорог посвящено множество работ, однако современные реалии обязывают эксплуатировать, поддерживать работоспособность, модернизировать и повышать их эффективность. На метрополитене вводится новый подвижной состав с асинхронными двигателями, увеличиваются нагрузки, увеличивается парность движения. Одним из важных аспектов обеспечения перевозочного процесса в таких условиях является поддержание бесперебойного электроснабжения электроподвижного состава. Это, в свою очередь, возможно за счёт адекватной и своевременной реакции обслуживающего персонала, энергодиспетчеров, систем автоматики и противоаварийной автоматики и т. д. В современных условиях развития техники используются микропроцессорные системы, которые нашли своё отражение в интеллектуальных терминалах питающих линий тяговой сети, используемых в метрополитенах. Их алгоритмическая часть должна модернизироваться и совершенствоваться для соответствия современным реалиям эксплуатации метрополитенов, интегрируя алгоритмы противоаварийной автоматики, полноценный анализ аналоговых процессов в тяговой сети, дискретных сигналов автоматики и телемеханики, состояний и переключений коммутационного оборудования, что должно способствовать повышению автоматизации тяговой подстанции, переходу к её полной необслуживаемости.

Аннотация: Один из способов повышения качества управления систем автоматического управления скоростью движения грузовых поездов - использование эталонной модели поезда в САУ для учёта динамических процессов, происходящих в поезде. На основе этой информации система функционирует таким образом, чтобы выполнить требования к качеству управления скоростью движения в соответствии с принятой системой критериев. Однако использование сложной эталонной модели понижает параметры быстродействия САУ. Для повышения быстродействия можно упростить модель, тем самым понизив порядок системы дифференциальных уравнений, описывающих поезд как объект управления. Выполненные исследования позволили оценить допустимую степень упрощения модели, которая не вызывает значительного снижения точности расчётов.

Аннотация: Электрическое реостатное торможение используется на большом количестве серий тепловозов. В статье проанализированы достоинства и недостатки существующих систем реостатного торможения тепловозов и электроподвижного состава. Приведена принципиальная схема реостатного торможения шестиосной секции тепловоза 2ТЭ116. Анализируется система реостатного торможения с независимым возбуждением, которая более широко распространена на электроподвижном составе российских железных дорог. Предложено схемотехническое решение системы реостатного тормоза тепловоза 2ТЭ116У, позволяющее применять реостатное торможение без дополнительного расхода топлива. Рассмотрена работа предложенной схемы, а также отмечаются ее основные преимущества перед существующими техническими решениями. Предполагается, что данная система без увеличения расхода топлива на тягу позволит также снизить расход тормозных колодок до 60%.

Аннотация: Рассмотрена математическая модель тяговой нагрузки, в основе которой принята нагрузка электровоза со схемой замещения из последовательно соединенных реактора и нелинейного резистора. Предложено вид аппроксимирующего выражения для нелинейного резистора и его параметры определять с использованием экспериментальных осциллограмм и аналитических выражений для цифровой модели электровоза. Показано что математическая модель тяговой нагрузки системы электроснабжения переменного тока, аппроксимирующее выражение для сопротивления нелинейного резистора этой модели и методика определения его коэффициентов позволяют наиболее точно отображать стационарные и нестационарные процессы в тяговой сети переменного тока с учетом тяговой нагрузки. Предложенная математическая модель электровоза переменного тока позволяет рассчитывать установившиеся и переходные электромагнитные процессы в тяговой сети с учетом реальной специфической тяговой нагрузки, которую создают электровозы, питающиеся от контактной сети.

Аннотация: В статье предложен метод, позволяющий оценить риски, связанные с уровнями безотказности функционирования систем электрической централизации стрелок и сигналов на железнодорожных станциях. Оценка основана на математической модели следующих случайных процессов: отказов и восстановлений системы электрической централизации стрелок и сигналов и использования данной системы для реализации функций по регулированию процесса движения поезда на заданной станции. Расчет риска, связанного с безопасностью функционирования системы электрической централизации, выполняется в целом для железнодорожной станции, а не для конкретного варианта событий; статистика событий, связанных с нарушением безопасности, имеет малую выборку. Риск, связанный с безотказностью функционирования системы электрической централизации, оценивается с помощью матриц рисков, которые представляют собой таблицы с сочетанием вероятности возникновения задержек поездов на станции из-за отказов системы электрической централизации, и объема таких задержек. Для оценки рисков, связанных с уровнем надежности функционирования, в качестве частоты событий в матрице используется вероятность задержки поездов, а в качестве последствий событий - количество задержанных поездов в течение расчетного периода и среднее время задержки одного поезда на рассматриваемой станции. Результаты оценки могут быть использованы для принятия обоснованных управленческих решений.

Аннотация: Анализ отечественных систем железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ) показывает, что они не уступают иностранным аналогам по таким базовым критериям, как безопасность, надежность, функциональные возможности, срок службы, стоимость при закупке и в ходе эксплуатации. Это подтверждено приведенными в статье характеристиками современных систем российских железнодорожной автоматики и примерами их экспорта на железные дороги других стран. Для того чтобы сохранить достигнутые позиции и обеспечить дальнейший прогресс требуется учитывать новые мировые тенденции в области создания средств железнодорожной автоматики, основными направлениями которых являются: создание комплексных многоуровневых систем управления; более широкое использование современных средств цифровой радиосвязи в информационно-управляющих системах; обеспечение надежной киберзащищенности разрабатываемых систем ЖАТ; разработка систем с модульным построением и гибкой архитектурой; унификация требований к разрабатываемой аппаратуре и гармонизация их с общемировыми требованиями и стандартами; создание многоуровневых комплексных систем глубокой внутренней и внешней диагностики; переход при обслуживании систем ЖАТ к контрактам жизненного цикла, обеспечивающим снижение стоимости обслуживания и повышение его качества.

Аннотация: Высшие гармоники напряжения и тока, создаваемые тяговыми преобразователями, установленными на электроподвижном составе переменного тока, оказывают негативное влияние на системы распределения электроэнергии и компоненты. Точная взаимосвязь между гармониками и потерями сложна для обобщения, поэтому влияние формы тока и напряжения принято определять с помощью коэффициента мощности. Электровозы переменного тока обладают существенным недостатком - малым коэффициентом мощности. Для улучшения энергетических показателей разработаны меры, позволяющие повысить коэффициент мощности. Оценку эффективности предложенных мер, как правило выполняют с помощью определения коэффициента мощности. В статье предложен алгоритм расчета коэффициента мощности, который учитывает влияние мощности искажений.

Аннотация: Учет теплового состояния изоляционных конструкций тяговых двигателей локомотивов является новым направлением в моделировании электрических процессов в их силовых цепях. Такой дифференцированный подход к моделированию электрических процессов в силовых цепях локомотивов стал возможным только после того, как были исследованы и учтены в их схемах замещения емкостные составляющие якорных и полюсных обмоток тяговых двигателей локомотивов и их зависимости от температуры. В статье приведены результаты моделирования процессов изменения токов и напряжений в силовых цепях электровозов ВЛ10 (ВЛ-10У) в процессе его трогания с места при последовательном соединении тяговых двигателей с температурой изоляции их якорных и полюсных обмоток равной 20 °С. Результаты моделирования представлены в виде графических зависимостей токов и напряжений от времени в основных элементах силовой цепи локомотивов.

Аннотация: Системы контроля свободности участков железнодорожного пути, а также системы передачи информации по рельсам на локомотивы поездов и между сигнальными точками автоматической блокировки работают в сложной электромагнитной обстановке, особенно на участках с электрической тягой. Процесс воздействия электромагнитных помех на аппаратуру этих систем многофакторный, а причины появления высокого уровня помех многочисленны и часто взаимосвязаны. При исследовании электромагнитной обстановки приходится решать следующие задачи: фиксацию случайного процесса появления помех, обработку массива полученных данных и выявление причин появления помех. Наличие записывающих цифровых многоканальных осциллографов, а также различного рода датчиков для измерения электрического тока или напряжения дает возможность решать первую задачу. Решение второй задачи зависит от поставленной цели. Многофакторность процесса возникновения помех весьма усложняет решение последней задачи. Проведены исследования для различных условий: высокоскоростного движения поездов Сапсан, движения поездов в метрополитене, участков движения тяжеловесных поездов. Получены математические описания в виде плотности распределения вероятности для нескольких видов электромагнитных помех.

Аннотация: Средства бортовой диагностики являются важнейшим звеном в системе управления техническим состоянием и надежностью подвижного состава и, в частности, тепловозного парка. Они позволяют осуществлять непрерывный контроль качества эксплуатации локомотива, оперативно выявлять и прогнозировать изменение его технического состояния без изъятия из перевозочного процесса, что, в свою очередь, дает возможность эффективно использовать дорогостоящие стационарные и локальные диагностические средства, а также корректировать сроки и объемы технического обслуживания с учетом реального технического состояния. В связи с этим актуальной является разработка методов оценки технического состояния агрегатов локомотива, основанных на использовании информации подсистемы диагностики систем МСУ-Т (П, Э) современных тепловозов и программных средств обработки измерительной информации, реализующих эти методы. Основной задачей таких средств является контроль технического состояния оборудования локомотива и прогнозирование его изменения. В настоящее время для решения таких задач, как правило, применяются упрощенные диагностические модели. Однако для повышения эффективности и достоверности контроля технического состояния столь сложных объектов, как локомотив, необходимо использовать более сложные диагностические модели, основанные на использовании аппарата искусственных нейронных сетей. Статья посвящена применению метода нейросетевых и нейронечетких диагностических моделей для диагностирования системы возбуждения тягового генератора современных тепловозов. В качестве диагностической информации используются данные подсистемы диагностики бортовой микропроцессорной системы управления тепловоза (МСУ-ТП), передаваемые в режиме реального времени на удаленный сервер диагностики. Выполнена проверка адекватности и эффективности предлагаемого метода диагностирования системы возбуждения тягового генератора с использованием результатов обработки массивов измерительной информации.