Одним из наиболее ответственных соединений металлорежущих станков с ЧПУ является шпиндельный узел. Необходимо отметить, что в настоящее время получают широкое применение станки с высокоскоростной обработкой изделий (hight speed cutting (HSC)), для которых характерны: высокая частота вращения главного привода, повышение скорости резания, применение новых инструментальных материалов, а также ужесточение требований к качеству производимых изделий. В связи с этим, решение задач, связанных с повышением эффективности металлорежущих станков, в частности многоцелевых станков с ЧПУ (МС), за счет совершенствования конструкций шпиндельных узлов путем внедрения инновационных решений, повышающих их надежность, приобретает весомую значимость. В статье приведен анализ контактного взаимодействия профильных соединений с равноосным контуром с числом граней равным трем применительно к соединению шпиндель-оправка многоцелевого станка. Решение пространственной контактной задачи сведено к решению плоской контактной задачи теории упругости с использованием метода поверхности отклика, который основан на методе планирования экспериментов и наименьших квадратов. Определен характер распределения контактных давлений по зонам сопряжения при передаче внешней нагрузки, установлены зависимости величин контактных давлений и углов от внешней нагрузки в зависимости от конструктивных параметров (зазоров) соединения. Установлено, что при изменении зазора посадки в профильном соединении от 18 до 228 мкм величина предельных контактных давлений возрастает до 41 %, в то время как величина контактной жесткости профильного соединения уменьшается до 22 %.
Современные технологии. Системный анализ. Моделирование
2021. — Выпуск 1(69)
Содержание:
Для проведения интеграции этапов технологической подготовки производства высокоточных малогабаритных деталей коаксиальных радиокомпонентов на станках с числовым программным управлением проведено исследование особенностей производства деталей и стандартных функциональных возможностей CAM-систем. В работе использовались теоретические методы - классификационный анализ и обобщение для дальнейшего моделирования методики создания и верификации управляющих программ. Разработана классификация этих деталей по типу оборудования, типовым конструкциям, серийности, параметрам конструктивного исполнения, инструменту. Рассмотрены возможности расширяемости функций CAM-систем, существующие методики создания, проверки и отладки управляющих программ. Приведен пример успешного расширения функциональных возможностей стандартной CAM-системы в радиоэлектронной промышленности - модуль повышения точности обработки без изменения режима резания за счет настройки взаимного позиционирования инструмента и заготовки. Выработаны требования к разработке специализированной комбинированной методики создания и верификации управляющих программ с применением существующих возможностей верификации и минимальным использованием отладки и верификации непосредственно на станке. Методика включает формирование и использование справочников отработанных режимов обработки, при которых количество и размер заусенцев минимальны, а также библиотеки управляющих программ, оснащенной системой поиска по параметрам различия исполнений деталей, применяемым материалам, инструменту. Методика предназначена для минимизации трудозатрат технолога-программиста на создание, проверку и отладку управляющих программ, и снижения станкоемкости опытных работ по проведению натурных экспериментов для верификации управляющих программ.
Ключевые слова
The article presents a computer dynamic model of swaying a load on a rope with various controls by extending the sections of the telescopic boom of the crane. The purpose of the work is to analyze the possibilities of reducing the swaying of the load with various controls by extending sections of the telescopic boom of the crane. The method of carrying out the work is computer simulation of the movement of a telescopic boom with a load, taking into account the mechanical characteristics of ropes, sections and their contact interaction using the “Universal Mechanism” software. The simulation of the movement of a telescopic boom with a load with one-stage and three-stage control modes, with the dependence of the extension speed on time and movement, has been carried out. The simulation has shown that the three-stage motion control mode with variable acceleration better reduces the load oscillations in comparison with the other two considered modes, although the maximum values of the deflection and skew angle of the load depend more on the acceleration of the sections movement than on the law of motion. Using the dependency of extension speed on displacement is less effective than using the time dependency and slows down the movement of the sections. The positioning error is conditioned by the difference between the actual section extension speed from the specified one. Positioning error is 0,8-1,3 % and can be reduced by adjusting the hydraulic cylinder force values. It is advisable to use a computer model and the established patterns of loads telescoping when designing assembly operations carried out by cranes with telescopic booms.
Ключевые слова
В настоящее время в промышленности существуют различные методы раскроя материалов. В основном эти методы используется в заготовительном производстве. Однако появляются прогрессивные технологии, которые применяются почти во всех отраслях промышленности. Одним из таких методов является технология гидроабразивной резки. При гидроабразивной обработке не всегда удается получить нужную точность и качество изделия. Оптимизация параметров, влияющих на процесс обработки при гидроабразивной резке, для повышения качества и точности является актуальной задачей. Цель данной работы - теоретическое исследование, моделирование установки и динамических процессов гидроабразивной резки. В данной работе применен метод сравнительного анализа - метод сопоставления двух и более объектов исследования (явлений, предметов, идей, результатов и т. п.). По поставленным задачам, разработана математическая модель гидроабразивной установки, которая реализована в программном продукте MatLab. Для составленной математической модели был произведен расчет диапазона значений параметров системы. В результате теоретических исследований влияния параметров системы на вибрационные характеристики был найден вариант установки параметров, при котором наблюдались минимальные вибрации заготовки и режущей головки. В дальнейшем планируется провести модернизацию установки гидроабразивной резки как в механической части, так и в части управления. В первом случае предусматривается обеспечение жесткости системы перемещения, во втором случае будет введен контроль деформации направляющих в зависимости от зоны обработки.
Ключевые слова
Передачи с промежуточными телами качения являются инновационной разработкой в области механических приводных систем. Они позволяют реализовывать широкий диапазон передаточных отношений при малых габаритах и массе. Передачи имеют компоновочные преимущества благодаря соосности валов и осевой симметрии основных деталей. Исследуемая сферическая роликовая передача содержит ведущий вал с наклоненным участком (кривошипом), на который устанавливается сателлит. В процессе работы передачи сателлит совершает сферическое движение. Один ряд роликов, установленных на сателлите, обкатывается по неподвижной беговой дорожке, образованной сферическими кулачками, закрепленными в корпусе, второй ряд взаимодействует с беговой дорожкой ведомого сферического кулачка, вынуждая его и ведомый вал вращаться с уменьшенной скоростью. В статье приведена кинематическая схема сферической роликовой передачи с двухрядным сателлитом, рассмотрен принцип ее работы. Представлена конструкция экспериментального образца редуктора с передаточным отношением 44, рассмотрена конструкция лабораторного стенда, описаны аппаратные средства и методика испытаний. Приведены результаты экспериментальных исследований тепловых и шумовых характеристик редуктора в зависимости от кинематических и силовых факторов. Данные испытания позволили обнаружить, что термически наиболее нагруженным узлом передачи является ведущий вал с установленным на нем сателлитом, что требует дальнейшего совершенствования его конструкции. Выявлено, что при определенной частоте вращения сферические роликовые передачи по уровню шума сопоставимы с серийно изготавливаемыми зубчатыми мотор-редукторами.
Ключевые слова
В статье рассматриваются аспекты определения технического состояния трансформаторов собственных нужд при создании системы мониторинга технического состояния оборудования цифровой тяговой подстанции. На техническое состояние силового оборудования оказывают влияние климатические, эксплуатационные и технологические факторы. Современные системы мониторинга технического состояния силового оборудования на основании измерений на работающем оборудовании обеспечивают его устойчивую работу, сигнализируют о критических отклонениях показателей работы и оценивают прогнозный ресурс работы. При диагностических измерениях трансформаторов собственных нужд предложено проводить измерения следующих показателей работы и параметров: нагрузка и уровень напряжения (со стороны ВН); температура верхних слоев масла; уровень масла; шум и вибрации бака; влагосодержание масла; внешний вид основных узлов (проверка целостности). Анализ данных измерений при определении технического состояния трансформаторов собственных нужд включает в себя ретроспективный анализ изменения данных испытаний при техническом обслуживании, данных измерений в рабочем режиме, уровня и скорости изменения диагностических данных. Оценка и прогноз технического состояния трансформаторов осуществляются в рамках предлагаемой экспертной системы, учитывающей данные испытаний и измерений диагностических параметров и электрических величин. Рассмотренная система мониторинга технического состояния трансформаторов собственных нужд тяговых подстанций входит в единую систему мониторинга состояния оборудования, построение которой связано с проектом цифровой тяговой подстанции. Предлагаемые решения соответствуют концепции перехода к системе технического обслуживания по текущему состоянию, повышению надежности работы оборудования и предотвращению аварийных событий.
Ключевые слова
В статье рассмотрена гипотеза определения силовых и энергетических характеристик потока между стенками при поперечной подаче в зазор, который образован этим стенками, с подачей потока сжимаемой жидкости через центральное отверстие в одной из стенок. Исследуются силовые параметры при безотрывном течении сжимаемой жидкости в этом зазоре и чередующихся концентричных кольцевых зон (каверн) пониженного (разрежения) и повышенного (выше атмосферного) давления в них. Несмотря на то, что течение в щелевых зазорах достаточно изучено, образование чередующихся кольцевых зон разрежения и давления не находит достаточного применения. Появление кольцевых зон разрежения и давления меняет представление о характере распределения потока в радиальном направлении зазора и требует уточнения условий их появления и определения силовых характеристик, что особенно интересно с точки зрения перераспределения энергии движущегося потока в этом зазоре. Удалось установить, что кольцевая зона образуется не только при развороте потока сжимаемой жидкости в зазор за кромкой отверстия в одной из стенок, но и самом зазоре за первой зоной появляется регулярное чередование последующих кольцевых зон. При этом первая кольцевая зона разрежения появляется на стенке с отверстием, а вторая на противоположной стенке и т. д. Если хотя бы одна из стенок сделана из упругого материала, то возможны ее колебания под воздействием усилий, вызванных чередованием разрежения с повышенным давлением. Амплитуда колебаний зависит от силы давления сжимаемой жидкости, подаваемой в зазор, и от упругости материала стенки. Показана взаимосвязь давления потока с его силовыми характеристиками при его безотрывном течении в зазоре, вызывающими прогиб упругой стенки и условия ее автоколебаний. Определение регулярных кольцевых зон разрежения и давления по мере удаления их от центрального отверстия проведено с помощью упрощенной модели безотрывного течения потока в зазоре. Модель позволила определить также силовые характеристики потока в зазоре с помощью рецепторов, содержащих дискретные струйные логические элементы, чувствительность которых несколько выше, чем, например, у манометров и вакуумметров. Установлено, что образование кольцевых зон прежде всего зависит от давления и расхода сжимаемой жидкости, подаваемой через центральное отверстие в зазор, а также от скорости расходящегося в зазоре потока и количества регулярных зон разрежения и давления в зазоре. Показаны некоторые возможности полезного применения регулярного чередования зон разрежения с повышенным давлением между близко расположенными стенками в различных устройствах и технологиях с образованием автоколебаний, когда одна из стенок выполнена упругой по отношению к другой (жесткой). На данное время разработаны устройства для испытания образцов материала на восприятие циклических нагрузок, устройства для распознавания положения, ориентации и захвата пластинчатых деталей при автоматической сборке. Разработано устройство для осуществления эжектирования и многокомпонентного смешивания газовых, паровых и других текучих сред. Найдено применение в пульсационных устройствах получение газожидкостных смесей в тепло и массообменных процессах при абсорбции, ректификации, диспергировании, эмульгировании, а также для вибрационной очистки от отложений, например, стенок циклонов и др.
Ключевые слова
В статье выполнен анализ оптимизации промышленного производства на основе метода наименьших квадратов с учетом статистического веса каждого производственного объекта. С использованием данного метода рассмотрена оптимизация системы энергоснабжения и водоотведения, вентиляционной системы и транспортной системы промышленного предприятия. Показано, что при определении статистического веса целесообразно использовать наиболее значимые характеристики объектов. Так, оптимизация системы энергоснабжения промышленного предприятия, использующего в качестве энергоносителя водяной пар, позволила на 18 % снизить потери давления на трение в паропроводе и повысить технико-экономические показатели процесса. Данный результат обусловлен тем, что при расчете статистического веса объекта (аппарата) обоснованно использовалось значение расхода водяного пара в данном аппарате. При этом, чем больше расход пара, тем выше статистический вес объекта. Как показали расчеты, в результате оптимизации системы водоотведения предприятия гидравлическое сопротивление водостока из-за трения снижается на 10 % и, как следствие, повышается его пропускная способность. Оптимизация системы приточной вентиляции на основе метода наименьших квадратов привела к снижению гидравлического сопротивления воздуховода из-за трения на 13 % и снижению затрат мощности на подачу воздуха, при этом статистический вес объекта был поставлен в зависимость от расхода воздуха в конкретном помещении. Метод наименьших квадратов с учетом статистического веса объектов позволил также определить оптимальное расположение пропускных пунктов для персонала промышленного предприятия с целью снижения времени пребывания персонала в опасной зоне. При определении статистического веса каждого объекта в данном случае использовалась численность обслуживающего персонала на объекте: чем выше численность персонала, тем выше статистический вес объекта (цеха). Таким образом, показано, что метод наименьших квадратов с учетом статистического веса объектов является универсальным методом, позволяющим оптимизировать различные аспекты работы промышленного производства.
Ключевые слова
Разработка и реализация требований по определению и подтверждению надежности, эксплуатационной готовности, ремонтопригодности и безопасности при интенсивном движении поездов с учетом показателей качества токосъема базируется на решении задачи логического управления текущим содержанием контактной подвески. Анализ неисправностей и отказов электротяговой сети выполнен методом декомпозиции путем разделения системы передачи электроэнергии на подсистемы, включая подсистему токосъема. Физические процессы, сопровождающиеся сложными механическими, электрическими и тепловыми явлениями в скользящем контакте, использованы при разработке алгоритма прогнозирования технического состояния контактной подвески и токоприемника методом логического управления. При повышении скорости движения учтена способность системы находится в состоянии стабильного токосъема в режимах скользящего и электродугового контакта. Изучены факторы, влияющие на нарушение стабильности токосъема. Предложен способ логического контроля элементов системы токосъема по отклонениям их характеристик в статических и динамических режимах работы контактной сети. По результатам исследований обоснована структура интегрированной интеллектуальной системы контроля и логического управления с применением средств непрерывной комплексной диагностики и мониторинга для оценки текущего состояния контактной подвески и токоприемника. Разработанная система применяется для обслуживания контактной сети по фактическому состоянию в условиях повышения технической и участковой скорости, среднесуточного пробега и среднесуточной производительности локомотива при снижении расхода электроэнергии на тягу поездов.
Ключевые слова
Северо-Муйский тоннель находится на протяженном перегоне, ограничивающем пропускную способность всей Байкало-Амурской магистрали в целом. В статье рассмотрены различные схемы пропуска поездов через однопутный элемент - тоннель. Выполнено моделирование пропуска встречных поездопотоков с целью определения возможных задержек поездов на подходе к лимитирующему однопутному элементу, в качестве которого может рассматриваться тоннель. Приведены зависимости среднего времени задержки (замедления пропуска) одного грузового поезда от продолжительности занятия однопутного элемента при различной интенсивности подхода к нему. Показаны зависимости среднего и суммарного времени задержки пропуска грузовых поездов от продолжительности занятия однопутного элемента при средней интенсивности подхода к нему шести поездов в час. В создавшихся обстоятельствах недостаточности капитальных средств для освоения возрастающих объемов перевозок, увеличения пропускной способности лимитирующего тоннельного перегона можно достичь за счет пропуска по нему пакетов поездов, организованных на вставках вторых главных путей, примыкающих к тоннелю в четном и нечетном направлениях. Предложено конструктивно-технологическое решение по увеличению пропускной способности однопутного тоннеля за счет развития смежных разъездов. На протяженных перегонах с тоннелем увеличение количества пропущенных по нему поездов обеспечивается за счет роста размеров движения, пропускаемых по ограничивающему перегону. В перспективе в случае значительного увеличения размеров движения на магистрали становится целесообразным строительство второго пути в тоннеле.
Ключевые слова
В статье рассмотрен комплекс вибродиагностики ОМСД-03, предназначенный для выявления возможных дефектов и неисправностей подшипниковых узлов. Предложены рекомендации и мероприятия, направленные на повышение безопасности движения подвижных составов, которые эксплуатируются в том числе и на горно-перевальных участках Восточного полигона. Наличие отказов и неисправностей напрямую связано с условиями эксплуатации, особенно в осенне-зимний период. Наиболее частой неисправностью в работе подшипниковых узлов является обводнение смазки, которое приводит к потере ее свойств. Например, в условиях резких температурных перепадов (в осенне-зимний период) пластическая смазка в буксе типа ЛЗ-ЦНИИ меняет свои свойства, в том числе за счет обводнения и образования кристаллов льда. Эти кристаллы вызывают изменение коэффициента трения, разрушение сепараторов и заклинивание подшипников. Любое нарушение работоспособности подшипникового узла приводит к частичному или полному его отказу. Срабатывание систем многофункционального комплекса технических средств и постов безопасности зачастую вынуждает производить выкатку колесной пары и обследовать ее на вибродиагностическом стенде ОМСД-03. Результаты тестовых исследований колесной пары на стенде ОМСД-03 позволяют установить причины отказа буксовых узлов и принять меры по ее восстановлению, обеспечивая при этом безопасность движения состава в целом. После каждого схода вагона колесные пары проходят полную ревизию и обследование на ОМСД-03 по акту расследования.
Ключевые слова
При извилистом движении создаются боковые силы нажатия колес на рельсы, что может привести к вкатыванию гребня колеса на головку рельса и к последующему сходу. Сход подвижного состава с рельсов представляют серьезную угрозу безопасности движения. Действующими нормами для расчета и проектирования вагонов железных дорог колеи 1520 мм предусмотрена проверка устойчивости колеса от вкатывания на головку рельса. В качестве критерия принято минимальное значение коэффициента запаса устойчивости колеса против схода с рельса. Коэффициент устойчивости определяется исходя из условия возвращения вкатившегося на головку рельса колеса в исходное положение под действием вертикальной силы, создаваемой весом вагона. В современной механике большинство методов расчета основано на энергетических принципах, что составляет так называемую «аналитическую механику», альтернативную «векторной (ньютоновской) механике». Предложен метод оценки устойчивости колеса исходя из условия недопущения вкатывания гребня колеса на головку рельса путем сравнения кинетической энергии извилистого движения колесной пары с работой вертикальной и горизонтальной сил, действующих на колесную пару. Условие устойчивости колеса определяется из принципа недопущения вкатывания гребня колеса на головку рельса. Выполнены расчеты вариантов движения вагона при различных скоростях на основе нормативной и предложенной методик. Произведено сравнение критической (допускаемой) скорости движения по названным методикам. Сравнительный анализ показал, что при оценке устойчивости по энергетическому критерию, допустимая скорость движения вагона выше, чем при силовом методе. Это может позволить увеличить расчетный скоростной допуск проектируемого вагона при дальнейшем детальном анализе и оценке всех динамических факторов вагона.
Ключевые слова
Повышение эффективности энергетического обеспечения электрической тяги поездов позволяет реализовать перспективные приоритетные направления развития холдинга ОАО «РЖД». Для выявления причин, сдерживающих увеличение провозной и пропускной способности железной дороги, в статье использованы новые энергетические характеристики элементов электроэнергетической системы, которые основаны на уточненном законе сохранения энергии в электромагнитном поле с применением математического моделирования и FFT-спектрального анализа. Расчетами доказано, что эффективное напряжение в сети переменного несинусоидального тока снижается из-за падения напряжения на реактивных сопротивлениях в силовой электрической цепи и является основной причиной, которая снижает энергетическую эффективность электрической тяги, ограничивает массу поездов и скорость их вождения. С применением электрической тяги на постоянном токе высокого напряжения обеспечивается симметричная нагрузка трехфазной системы тягового электроснабжения, устраняются реактивные сопротивления в тяговой силовой электрической цепи и повышаются динамические и энергетические показатели системы. Предложенными техническими решениями и математическим моделированием в среде Simulink программы «Matlab» показана возможность повышения коэффициента полезного действия электрической тяги на постоянном токе напряжением 37,1 кВ с асинхронными трехфазными тяговыми двигателями на 15,6 % по сравнению с электрической тягой на переменном токе напряжением 27,5 кВ, скорости движения поездов - на 31,5 %. Уровень напряжения в середине межподстанционной зоны позволяет работать грузовым трехсекционным электровозам в номинальном режиме для тяги трех соединенных поездов, а скорость движения поездов может ограничиваться только допустимым током в проводах контактной подвески. В процессе выполнения исследований по частотному управлению режимом пуска и регулирования скорости асинхронных трехфазных тяговых электродвигателей разработаны способы управления входным электрическим сопротивлением электропривода, коэффициентом модуляции и глубиной модуляции трехфазного напряжения для ограничения ускорения, обеспечения надежного сцепления колес с рельсами и исключения автоколебаний в электромеханической системе тяги поезда.
Ключевые слова
В статье выполнен анализ основных проблем, возникающих при проектировании сортировочных горок. За последние годы появились новые вагоны, изменились конструкции пути, в том числе на сортировочных горках. В практике проектирования встречается применение кривых менее 200 м, укладка одиночных обыкновенных стрелочных переводов марки 1/9, уменьшение расстояния между вершиной горки и первым стрелочным переводом при проектировании плана. Эти факторы негативно сказываются на работе сортировочных горок. Подчеркивается, что действующие методики ориентированы в основном на обеспечение скатывания одиночных бегунов и мало подходят для расчетов при скатывании групповых отцепов. При скатывании такого отцепа происходит уменьшение его ускорения на скоростном участке горки, что впоследствии приводит к потере эффективности торможения и снижению перерабатывающей способности горки. Большой проблемой является также разделение групповых отцепов с одиночными вагонами на стрелочных переводах. Рассмотрены способы расформирования многовагонных отцепов при делении состава на части и без разукрупнения групп. Выявлены основные негативные факторы, влияющие на скорость роспуска. Поскольку основную нагрузку несет вторая тормозная позиция, предложено увеличить ее мощность путем укладки дополнительных замедлителей. Сделан вывод, что существующие методы расчета не позволяют учесть все многообразные факторы, влияющие на качество сортировочного процесса.
Ключевые слова
На сегодняшний день на Белорусской железной дороге эксплуатируется 24 криволинейных стрелочных перевода производства предприятия «VAE» (Рига). Основное отличие этих переводов от типовых стрелочных переводов заключается в индивидуальности их конструкции. Стрелочные переводы эксплуатируются с 1999 г. и зарекомендовали себя с положительной стороны. Однако срок эксплуатации переводов заканчивается, и при этом, естественно, встает вопрос о возможности их замены. Проблема заключается в том, что на сегодняшний день предприятием «VAE» не планируется проведение сертификации выпускаемой продукции согласно требованиям ТР ТС 003/2011 «О безопасности инфраструктуры железнодорожного транспорта». К данным стрелочным переводам в дистанциях пути имеется в наличии 7 крестовин и 16 рамных рельсов с остряками. При отсутствии возможности закупки стрелочных переводов производства «VAE» их необходимо будет заменить либо одиночными обыкновенными, либо типовыми криволинейными стрелочными переводами. Типовые криволинейные стрелочные переводы, соответствующие требованиям ТР ТС 003/2011, производят стрелочные заводы, находящиеся на территории Российской Федерации. Однако по сравнению с переводами «VAE» российские изготавливаются только с конкретными радиусами постоянной кривизны, а не с радиусами тех кривых, в которые эти переводы вписаны на станциях. Замена криволинейных стрелочных переводов «VAE» типовыми стрелочными переводами в несколько раз увеличивает стоимость ремонтных работ и влечет за собой переустройство путей на новую ось, вплоть до переустройства всей горловины станции.
Ключевые слова
В статье рассматривается смешанно-целочисленная модель, позволяющая решать задачи маршрутизации относительно железнодорожной сети. В качестве исходных данных используется транспортная железнодорожная сеть с постоянными маршрутами пассажирских и грузовых поездов, в каждом из которых приведена пара станций - отправления и назначения. Цель исследования - поиск всех возможных вариантов составления путей объезда при минимизации времени движения и оптимизации всего транспортного цикла. Ранее исследования в этой области проводились относительно микроскопических железнодорожных маршрутов на больших станциях. Последние разработки направлены на эксперименты с более крупными транспортными коридорами. В нашем исследовании рассмотрим задачу маршрутизации железнодорожной сети в макроскопической транспортной сети. Под такой сетью понимается объединение сложных транспортных структур в более простые сети. Время отправления и прибытия принимается равным заданному интервалу. Можно отнести задачи такого плана к стратегическим, так как решение требует грубой маршрутизации при применении смешанно-целочисленного нелинейного программирования. Модель товарного потока представляется в виде графа с дополнительными ограничениями. Нелинейность модели обусловлена аппроксимацией задержек железнодорожных составов на дугах сети и функциями ограничения пропускной способности. Решение задачи сводится к смешанной целочисленной линейной модели минимизации времени.
Ключевые слова
Разработка и реализация требований по определению и подтверждению надежности, эксплуатационной готовности, В статье рассматриваются проблемы, возникающие при планировании технологических процессов производства путевых работ, в том числе с учетом Положения об организации комплексного обслуживания объектов инфраструктуры хозяйства пути и сооружений, а также при отражении видов планирования путевых работ в системе единой корпоративной автоматизированной системе управления инфраструктурой. Для исследования проблем планирования проводился анализ внесения данных о планировании технологических процессов путевых работ дистанциями пути Восточно-Сибирской дирекции инфраструктуры. При проведении анализа выявлено, что в настоящее время планирование технологических процессов производства путевых работ в единой корпоративной автоматизированной системе управления инфраструктурой имеет много недостатков, так как предприятия выполняют один из критериев Положения об организации комплексного обслуживания объектов инфраструктуры хозяйства пути и сооружений - трудозатраты по продуктивным запланированным рабочим заданиям по месячному плану должны составлять не менее 50 % от общих трудозатрат, рассчитанных на списочный состав бригады на дату планирования. Это приводит к некоторым формальностям при планировании. При этом не учитываются факторы, влияющие на элементы пути, которые фиксируются не только в единой корпоративной автоматизированной системе управления инфраструктурой, но и в других корпоративных информационных системах. В результате исследования предложена модель методики планирования путевых работ с использованием предиктивной аналитики, визуализации маркеров безопасности, факторного анализа с учетом внедрения цифровых технологий в инфраструктурный комплекс и построения цифровой экосистемы компании.
Ключевые слова
В статье рассматриваются факторы, влияющие на поперечную устойчивость бесстыкового железнодорожного пути, такие как износ рельсов, поездная нагрузка и режимы движения поездов, неровности пути, в частности отступления в плане, неравномерность распределения температурных полей по поверхности рельса и в его сечении. Наиболее подробно описано исследование воздействия поездной нагрузки на поперечную устойчивость пути. В работе приводится обоснование расчетной модели 3D поезда для проведения моделирований в программном комплексе «Универсальный механизм». Предложен способ определения рекомендуемого шага интегрирования с применением методов спектрального анализа. Представлены результаты проведенных исследований воздействия поездной нагрузки на поперечную устойчивость пути при движении поезда по участкам пути с нарушениями микрогеометрии пути и без них. Приведен способ расчета дополнительной поперечной силы, возникающей при движении поезда по отступлению в плане. Автором статьи предложен способ определения интенсивности изменения уклона отвода отступления в плане, позволяющий определить, какое из отступлений является опасным и требует дополнительного постоянного контроля. Обозначены дальнейшие направлении исследований.
Ключевые слова
Устойчивость рельсошпальной решетки железнодорожного пути во многом зависит от условий эксплуатации. Часто на практике не удается содержать путь в условиях, предъявляемых нормативными требованиями. В этой связи природа поведения отдельных элементов пути под подвижными нагрузками остается неизученным вопросом. Для изучения механизма образования усилий в элементах верхнего строения пути при движущихся поездных нагрузках рассматривается действующий участок железнодорожной линии. По имеющейся проектной документации строится компьютерная модель перегона длиной около 11 км, которая отражает основные плановые проектные решения с учетом современных требований железнодорожного строительства. Осуществляется компьютерное моделирование нагружений от движущегося подвижного состава из пяти груженых полувагонов. Определяются величины поперечных сил на протяжении всего экспериментального участка с заданным шагом. По результатам моделирования определена зависимость возникающей поперечной силы от радиуса круговой кривой. Для второй серии экспериментов определено фактическое реальное положение рельсовых нитей в плане. Использованы аэрофотоснимки высокой четкости, по которым построена цифровая модель железнодорожного пути на рассматриваемом экспериментальном участке. Положение оси пути аппроксимировано - подобраны такие параметры плана пути (радиусы кривых, длины прямых вставок, круговых и переходных кривых), которые наиболее близки к фактическому плановому положению пути. Определены значения точек, в которых путь отклоняется в плане от оси пути. Такие значения рихтовок определены на протяжении всего пути и внесены в компьютерную модель. Выполнено компьютерное моделирование нагружений подвижным составом с постоянной скоростью. По результатам эксперимента определены значения поперечных сил на контакте «колесо - рельс», выявлены зависимости возникающей поперечной силы от радиусов криволинейных участков с учетом фактических отступлений в плане.
Ключевые слова
В статье описывается результат изучения проблемы планирования поездной работы на участках, имеющих горно-перевальный характер пути с использованием подталкивающей либо кратной тяги. Большинство действующих железнодорожных линий было спроектировано еще в конце XIX в. По ряду причин такие линии имеют сложный профиль пути и требуют дополнительных тяговых ресурсов. Рассматривается горно-перевальный участок железной дороги, количество локомотивов, а также локомотивных бригад подталкивающего движения, задействованных на данном участке. Для организации движения поездов дежурно-диспетчерским персоналом применяются различные приемы регулирования. В данной работе исследуется прием подвода поездопотока к техническим станциям в отношении экстраполяции на участки с подталкиванием. Определены формулы времени, которое затрачивают локомотивные бригады на станции постановки «толкачей», проанализированы их составляющие и выделено ключевое значение, на которое необходимо делать упор при планировании поездной работы на участках с подталкивающим движением. Установлены границы оптимальных участков планирования подвода поездопотока к станции постановки толкачей для достижения наиболее эффективных решений дежурно-диспетчерским персоналом. Обозначены три зоны (красная, желтая, зеленая), в рамках которых степень планирования отличается своими особенностями. При этом отмечено, что планирование за рамками зеленной зоны создает излишнюю нагрузку на работу дежурно-диспетчерского аппарата. Результаты исследования могут применяться для определения размеров диспетчерских кругов, имеющих подталкивающее движение, а также для подготовки дежурно-диспетчерского персонала.
Ключевые слова
В 2020 году в рамках контракта жизненного цикла заключенного между поставщиком локомотивов АО «Рослокомотив» и ОАО «Российский железные дороги» в эксплуатационные локомотивные депо продолжается поставка электровозов серии «Ермак» производства ООО «Производственной компании «Новочеркасский электровозостроительный завод». Зачастую при разработке и проектировании новых локомотивов тяжело определить реальные эксплуатационные механические воздействия на узлы и элементы оборудования локомотивов, работающих в разных условиях эксплуатации, ввиду чего в рамках жизненного цикла локомотивов предусмотрена их модернизация с целью повышения надежности и срока службы. За период эксплуатации новых локомотивов выявлен один из недостатков электровозов серии 2(3, 4)ЭС5К с поосным регулированием силы тяги - излом силовой токоведущей шины выпрямительно-инверторных преобразователей ВИП-4000-2М в местах контакта шин к выводам ВИП. В настоящее время приняты меры по доработки конструкции шинного монтажа, однако, полностью исключить проблему не удалось. Разработана CAD и CAE-модель шинного монтажа ВИП, проведен модальный и гармонический анализ с применением метода конечных элементов программного комплекса Solid Works Simulation. В статье приведены результаты модального и гармонического расчетов силовой токоведущей шины ВИП. Определены собственные частоты конструкции шинного монтажа ВИП, по амплитуда-частотной характеристики найдены максимальные напряжения, возникающие в конструкции. Результаты исследования в программном комплексе САПР подтвердили возникновение неисправностей шин ВИП-4000-2М. Предложена модернизация, позволяющая снизить концентрацию напряжений в конструкции и исключить риск возникновения механических неисправностей силовых шин.
Ключевые слова
В статье рассматриваются варианты математического моделирования реальных неровностей рельсового пути в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Предложена методика генерации эквивалентных вертикальных неровностей рельсового пути с помощью формирующих фильтров в системе математического моделирования Matlab Simulink. Методика позволяет на основе известной автокорреляционной функции вертикальной неровности при ее линеаризации определять передаточные функции фильтров. Обеспечивается генерация возмущений динамической системы в вертикальной плоскости для любых скоростей движения поездов без пересчета передаточных функции. В качестве исходного случайного сигнала применяется генератор белого шума, который, проходя формирующие фильтры, преобразуется в случайный сигнал с заданными спектральными характеристиками, эквивалентными по своему воздействию на динамическую систему реальной неровности пути. В целях применения классического преобразования Лапласа для континуального сигнала предложен способ линеаризации корреляционной функции. Каскад формирующих фильтров обеспечивает пропуск максимальных амплитуд на частотах, соответствующих длинам волн (100; 50; 25; 12,5; 6,25). В статье проведен анализ спектральных характеристик выходного сигнала формирующих фильтров, который показал, что построенные на основе линеаризованной корреляционной функции фильтры достаточно точно моделируют неровность рельсового пути. Достоинство предложенной в статье модели заключается в простоте схемных решений и применении стандартных аналоговых блоков моделирования пакета Matlab Simulink, что позволяет использовать предложенную модель совместно с моделью исследуемой динамической системы (грузового вагона) непосредственно в пакете Matlab Simulink.
Ключевые слова
Моделирование режимов электрических сетей, включающих в свой состав многопроводные элементы с надземными и подземными проводами, требует учета ряда специфических особенностей: расположение части проводов в подземных полостях, приводящее к отсутствию емкостной связи с надземными токоведущими частями; повышенные величины емкостных параметров подземных проводов; возможное наличие активной проводимости «провод - земля», приводящее к необходимости обязательного учета распределенности параметров. В статье предложена методика определения собственных и взаимных сопротивлений проводов в многопроводных системах, содержащих подземные провода. При разработке моделей многопроводных элементов с подземными проводами использовались следующие положения: провода параллельны поверхности плоской однородной земли с заданной удельной проводимостью; пересечения проводов в одном элементе не допускаются; при использовании цепных понятий собственного и взаимного сопротивлений предполагается их определение через продольную электродвижущую силу, индуктируемую в контуре «провод - земля»; подземные провода располагаются внутри одной или нескольких цилиндрических полостей в земле; емкостная связь существует только между проводами, расположенными в одной полости; взаимоиндуктивная связь имеет место между всеми проводами элемента. При рассмотрении емкостных связей группы подземных проводов использован метод конформных изображений, дающий приемлемую точность моделирования при соблюдении соотношений между радиусами проводов и их расстояниями до границ полости в земле. Проверка правильности разработанного алгоритма проведена путем сопоставления с формулами погонной емкости цилиндрического конденсатора, а также емкости одиночного провода, расположенного над землей на большой высоте. Проверка точности определения взаимного сопротивления для непараллельных проводов выполнена путем сопоставления результатов следующих расчетов: по приближенным формулам, для почти параллельного сближения и параллельного сближения. Полученные результаты показали приемлемую точность определения собственных и взаимных сопротивлений в многопроводных системах, содержащих подземные провода.
Ключевые слова
В статье описывается методология возникновения основных дефектов на поверхности катания колеса и представлена современная технология определения и диагностирования этих дефектов на ходу поезда, основанная на акселерометрическом и акустико-эмиссионном методе. Технология представляет из себя пост акселерометрического универсального контроля, эксплуатирующийся по всей территории железных дорог общего пользования ОАО «Российские железные дороги». Пост позволяет выявлять дефекты поверхности катания колесных пар с точностью до стороны конкретного колеса вагона и оперативно передавать данные оператору на пункт технического обслуживания вагонов. Система исключает человеческий фактор в части осмотра колесных пар осмотрщиками вагонов на пунктах технического осмотра. Представлены вид и описание возможностей комплексного диагностического центра, собирающего всю техническую информацию с каждой системы, что позволяет в дальнейшем выгружать различную информацию в удобном виде для пользователя и также анализировать работу. Комплексный диагностический центр помогает контролировать работу 80 систем в реальном времени и своевременно уведомлять ответственных специалистов о неисправностях. В работе описаны дальнейшие пути развития системы и комплексного диагностического центра в части расширения функционала системы по оснащению его тензометрическими датчиками для определения загруженности подвижного состава и разработки предиктивных моделей для прогнозирования развития дефектов поверхности катания колес колесных пар.
Ключевые слова
В настоящие время в отечественной железнодорожной отрасли существуют проблемы, связанные с изысканием и проектированием новых железнодорожных линий. Ряд российских и зарубежных ученых посвятили свои труды вопросам проектирования железных дорог. Одним из важных этапов является определение направления для новой железнодорожной линии. На предпроектной стадии бывает сложно или слишком трудоемко определить точные значения по ряду показателей. На лицо, принимающее решение, ложится большая ответственность. Целью настоящей статьи является применение математического подхода в процессе приятия решений при выборе варианта направления новой железнодорожной линии. Новая железнодорожная линия проектируется в районе с преобладанием карстовых пород, основной задачей является прохождение линии в непосредственной близости к месторождениям каменного угля. Авторами запроектированы четыре варианта железнодорожной линии IV категории. Расчет значений степени предпочтения одного из вариантов оценивается по трем показателям с применением метода анализа альтернативных решений. Метод основан на теории нечетких множеств, использует нечеткое отношение порядка на множестве векторных лингвистических оценок, заданных лицом, принимающим решение. На первом этапе вычисляются степени предпочтения для каждого из вариантов по заданным критериям. На втором этапе вычисляются значения функций принадлежности. Затем степени предпочтения для вариантов рассчитываются согласно заданным критериям. На заключительном этапе показатели сравниваются, и выбирается вариант с наивысшей степенью предпочтения. Применение предлагаемого метода анализа вариантов в условиях неопределенности поможет специалистам в области изысканий и проектирования железных дорог в анализе и обосновании принимаемых решений.
Ключевые слова
На сегодняшний день одним из главных параметров работы контактной сети является натяжение проводов. Изменение натяжения контактных проводов обеспечивает наибольшее влияние не только на показатели контактной подвески, но и на режим работы системы токосъема. В качестве математической модели предлагается использовать растянутый стержень, позволяющий измерять частоту колебаний контактных проводов в горизонтальной плоскости. Запись колебаний проводов осуществляется с помощью датчика ускорений (акселерометра), который устанавливается между струнами на контактном проводе. Сигнал преобразуется посредством быстрого преобразования Фурье в частотный спектр колебаний. На основании полученных частот определяется натяжение контактных проводов. В статье представлена программа экспериментальных исследований по измерению частоты поперечных колебаний контактного провода. Экспериментальные испытания проводились на специальном стенде в лабораторных условиях. Данная программа учитывает факторы, влияющие на частоту колебаний проводов. Для оценки влияния факторов разработана программа полного факторного эксперимента. Полученные расчетные и экспериментальные значения частоты колебаний проводов позволяют оценить адекватность математической модели контактной сети с помощью критерия Фишера и определить среднюю абсолютную ошибку достоверности. Благодаря своевременному контролю натяжения проводов в реальном масштабе времени появляется возможность повысить работоспособность всей системы токосъема, безопасность движения поездов, а также на основе поступающих сведений о нарушениях в работе уточнить прогнозные модели и избежать нерациональных расходов.
Ключевые слова
В статье описывается принцип работы буксы моторно-осевого подшипника электровоза, недостатки текущих способов обслуживания, влияющие на ее ресурс. В настоящее время при определении уровня смазки в буксе моторно-осевого подшипника, учитывают уровень смазки только в рабочей камере буксы, объем оставшейся смазки в запасной камере буксы не берется в расчет, что приводит к недостоверным данным о ее количестве, и не позволяет прогнозировать остаточный ресурс буксы моторно-осевого подшипника. Предлагается система непрерывного контроля смазки в запасной камере буксы, реализуемая путем установки в нее датчика, а также блока управления в кабину машиниста. Такая система позволяет обеспечить постоянный контроль уровня масла в запасной камере и своевременно информировать машиниста путем световой индикации и специалистов сервисных локомотивных депо путем беспроводной передачи данных о критическом уровне смазки на сервер. Таким образом, обслуживающий персонал получает всю необходимую информацию о состоянии буксы моторно-осевого подшипника еще до захода электровоза в депо, что дает возможность принять соответствующие меры, запланировать обслуживание электровоза и предупредить риски, связанные с неплановыми отказами. Данное решение позволит не только сократить количество отказов в работе моторно-осевого подшипника, но и отследить расход смазки на протяжении всего времени эксплуатации электровоза.
Ключевые слова
Одним из наиболее проблемных участков Восточно-Сибирской железной дороги является участок Тайшет - Тулун, где при организации ремонтных режимов отмечается не только понижение уровня напряжения в контактной сети, но и значительно снижается напряжение в питающих линиях системы внешнего электроснабжения при возрастании нагрузок воздушных линий. С учетом роста объема грузоперевозок в перспективе до 2025 г., а также с целью проверки необходимости усиления систем внешнего и тягового электроснабжения исследуемого участка железной дороги на основе программно-вычислительного комплекса «Fazonord» была разработана комбинированная модель данных систем при различных комбинациях усиления. С целью обеспечения заданной пропускной способности участка исследован ряд возможных способов усиления, одним из которых является комбинация с установкой автотрансформатора, включением трансформаторов на параллельную работу и увеличением сопротивления устройство параллельной компенсации. Данное сочетание устройств электроснабжения почти идеально подходит как по качеству напряжения, так и по токам в контактной сети и воздушной линии, однако не является оптимальным из-за превышения предельно допустимого значения тока в устройстве продольной компенсации. Модель усиления предполагает установку автотрансформатора на распределительной районной подстанции Нижнеудинска с включением в параллель на транформаторных подстанциях Замзора, Ука и Нижнеудинска тяговых трансформаторов и монтаж компенсирующего устройства на посту секционирования Худоеланского.
Ключевые слова
При разработке методики расчёта надежности электрической машины одним из основных этапов является разработка математической модели, в которой возможен учет факторов, воздействие которых непосредственно отражается на техническом состоянии и уровне безопасности эксплуатации. В настоящее время в различных областях науки и техники существует достаточно большое количество методов прогнозирования показателей надежности, отличающихся совокупностью решаемых задач и особенностями применяемого математического аппарата. Учет возмущающих воздействий при реализации технологического процесса возможен при условии использования средств автоматики.Выполненный авторами факторный анализ статистических данных по отказам тяговых электродвигателей позволил обосновать целесообразность организации процедуры прогрева. Наибольший процент технических отказов электрической части приходится на осенне - зимне - весенний периоды. Выявленная динамика распределения отказов в определенной степени обусловлена непосредственным увлажнением изоляции и снижением ее диэлектрической прочности, что вызвано резким перепадом внешних и внутренних температурных режимов при постановке локомотива в депо. Выявлено, что именно данный фактор способствует появлению конденсата на изоляции, ее дальнейшему разрушению. Параметры окружающей среды являются основным фактором, который оказывает влияние на эксплуатационную надежность электрических машин, что подчеркивает актуальность представленной к рассмотрению статьи. Предложенное в статье техническое решение по прогреву тягового электрооборудования ориентировано на целочисленное уменьшение количества технических отказов электрической части рассматриваемых электродвигателей. С целью учета параметров окружающего воздуха в представленной математической модели использован многопозиционный ключ МК2, с помощью которого реализовано переключение на различные уровни не только положительной, но и отрицательной температуры. Данный контур использован для оценки адекватности представленной модели реальным физическим процессам.
Ключевые слова
В статье рассмотрены меры, направленные на повышение безопасности движения подвижного состава за счет рационального использования информации, полученной с комплекса ходовых (поездных) экспериментальных лабораторий Восточно-Сибирской железной дороги: тягово-энергетической, путеизмерительной, тормозо-испытательной. Каждый из названных источников позволяет получить реальную и достоверную на данный момент информацию о состоянии технических систем подвижного состава и пути. Для упрощения поиска неисправностей, которые могут инициировать сход, предлагается в созданной логической взаимосвязи системы «локомотив - вагон - путь» разделить ее условно на отдельные три части для выявления нарушений при эксплуатации, которые могут быть причастны к сходу. Обнаруженные отклонения параметров транспортной системы анализируют и устанавливают причастность определенного объекта к конкретному сходу. В данном анализе обязательно наличие перечня возможных неисправностей (выделено по шесть неисправностей), которые позволяют оценить техническое состояние и степень участия в сходе. Количественные и качественные характеристики системы «локомотив - вагон - путь» были сняты с каждого участка схода и занесены как отдельные параметры в таблицу, по которым с использованием математической модели просчитывали относительную меру участия в сходе. Прежде всего, выделенные значимые дефекты характеризовали отклонениями от нормативных, которые могли быть относительными и абсолютными отклонениями. Полученные расчетные параметры представили в графическом виде как зависимость относительной меры при участии в сходе от количества рассматриваемых параметров (неисправностей).