Совершенствование технологии эксплуатации контактной сети за счет применения распределенной автономной системы контроля и диагностики

Бесплатно
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0
Бутенко Елена Александровна
Бесплатно
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ…………………………….. 6

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………………. 8

1 АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ УСТРОЙСТВА СИСТЕМ ДИАГНОСТИКИ
КОНТАКТНОЙ СЕТИ …………………………………………………………………………………….. 16

1.1 Анализ отказов устройств контактной сети ………………………………………………… 16

1.2 Анализ влияния эксплуатационных, конструктивных и внешних факторов
на работоспособность контактной сети ……………………………………………………………. 19

1.3 Основные конструктивные параметры, характеристики и показатели
контактной подвески на современном этапе развития………………………………………. 21

1.4 Анализ методов диагностики и средств мониторинга применяемых
на контактной сети ………………………………………………………………………………………….. 29

1.5 Анализ математических моделей для расчета влияния изменения натяжения,
среднего значения износа, высотного положения проводов и тросов контактной
сети на амплитудно-частотную характеристику колебаний ……………………………… 38

1.6 Выводы по первой главе …………………………………………………………………………….. 42

2 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ КОНТАКТНОЙ
СЕТИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЕЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ …. 44

2.1 Совершенствование математической модели пролета контактной сети
для расчета влияния параметров контактной подвески на частоту колебаний
в горизонтальной плоскости ……………………………………………………………………………. 44

2.2 Предлагаемый метод определения натяжения и погонной массы проводов
контактной подвески в пролетах заданной длины на основании затухающих
колебаний проводов после прохода токоприемника электроподвижного состава 49

2.3 Совершенствование метода регистрации затухающих механических колебаний
проводов контактной подвески после прохода электроподвижного состава ……… 50
2.4 Предлагаемая методика проведения непрерывного мониторинга и контроля
натяжения проводов контактной подвески ………………………………………………………. 51

2.5 Разработка алгоритма работы системы мониторинга контактной сети
с помощью устройств распределенной диагностики ………………………………………… 52

2.6 Выводы по второй главе …………………………………………………………………………….. 55

3 РАЗРАБОТКА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ КОНТРОЛЯ
ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ТОКОСЪЕМА …………………………………………………….. 56

3.1 Совершенствование аппаратной части системы непрерывного контроля
контактной сети ………………………………………………………………………………………………. 56

3.1.1 Функциональный макет устройства для измерения частоты колебаний
проводов в горизонтальной плоскости …………………………………………………………….. 56

3.1.2 Функциональный макет устройства для измерения натяжения проводов
контактной сети на основе тензодатчика………………………………………………………….. 60

3.1.2.1 Программа испытаний устройства для измерения натяжения контактного
провода …………………………………………………………………………………………………………… 62

3.1.2.2 Результаты проверки работоспособности устройства для измерения
натяжения проводов контактной сети ………………………………………………………………. 65

3.1.3 Функциональный макет устройства для измерения температуры проводов
контактной сети на основе волоконно-оптических элементов ………………………….. 69

3.1.4 Совершенствование программно-аппаратного комплекса мониторинга
и диагностики контактной сети ……………………………………………………………………….. 72

3.2 Проект технического задания на измерительный комплекс ………………………… 79

3.3. Исследование закономерностей изменения частоты поперечных колебаний
контактного провода в лабораторных условиях ……………………………………………….. 87

3.3.1 Предлагаемая программа исследования влияния погонной массы, длины
пролета и натяжения на частоту колебаний контактного провода в лабораторных
условиях …………………………………………………………………………………………………………. 88
3.3.2 Оценка адекватности усовершенствованного метода определения натяжения
контактного провода по частоте поперечных колебаний ………………………………….. 90

3.4 Совершенствование методики экспериментального определения натяжения
проводов контактной сети на испытательном полигоне ……………………………………. 96

3.5 Расчет параметров проводов контактной подвески в программном
обеспечении Matlab/Simulink …………………………………………………………………………. 104

3.6 Предпосылки изменения частоты колебаний проводов контактной подвески107

3.7 Выводы по третьей главе ………………………………………………………………………….. 108

4 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ТЕХНИЧЕСКОГО
ОБСЛУЖИВАНИЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИ ……………………………………… 110

4.1 Предлагаемая методология технического обслуживания для обеспечения
надежности и безотказности работы технических средств контактной сети ……. 110

4.2 Предпосылки для повышения допустимого значения среднего износа
и удельного натяжения проводов контактной сети при использовании
распределенной системы диагностики …………………………………………………………… 113

4.3 Предлагаемый алгоритм функционирования системы поддержки принятия
решений при использовании технологии распределенной диагностики ………….. 116

4.4 Разработка технологической карты для установки и обслуживания
предлагаемых компонентов системы распределенной диагностики ………………… 119

4.5 Технико-экономическое обоснование применения технических решений
по обслуживанию контактной сети ………………………………………………………………… 120

4.6 Выводы по четвертой главе………………………………………………………………………. 128

ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………….. 129

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………………………………. 132

Приложение А. Технологическая карта для монтажа разработанной системы
измерительных устройств на контактной сети ……………………………………………….. 150
Приложение Б. Результаты экспериментальных исследований зависимости
частоты колебаний проводов контактной подвески в горизонтальной плоскости
от натяжения …………………………………………………………………………………………………. 155

Приложение В. Патент на изобретение и свидетельство о государственной
регистрации программы для ЭВМ ………………………………………………………………… 161

Приложение Г. Акты внедрения …………………………………………………………………….. 165
СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

АРМ – автоматизированное рабочее место энергодиспетчера (стр.36);
АЦП – аналогово-цифровой преобразователь (стр.37);
АЧХ – амплитудно-частотная характеристика (стр. 72);
БСО – блок связи с объектом (стр. 35);
МСД – мобильная система диагностики контактной сети (стр.36);
СКО – среднее квадратичное отклонение (стр. 93);
СДУМ – система диагностики и удаленного мониторинга (стр. 34);
СЦБ – устройства сигнализации, централизации и блокировки (стр. 153);
ТО – техническое обслуживание (стр. 110);
УГР – уровень головки рельса (стр. 51);
ЭПС – электроподвижной состав (стр. 21);
mК.П – погонная масса контактного провода, кг/м;
m – погонная масса контактного провода с учетом зажимов, кг/м
K – натяжение контактного провода, Н;
Kуд – удельное натяжение контактного провода, Н;
kпр – предел прочности материала;
EК.П – модуль упругости материала контактного провода сплошного сечения, Н/м2;
JК.П – момент инерции поперечного сечения контактного провода относительно
главной центральной оси, м4;
f – частота колебаний контактного провода, Гц.
r – номер гармоники;
l – длина пролета, м;
ρ – плотность материала провода, кг/м3;
φ(х) – начальный профиль контактного провода;
ψ(х) – начальные скорости точек контактного провода;
k – число факторов;
f ‘ ‘jэ – среднее значение параллельных опытов;

f jэ – экспериментальное значение функции математической модели полученное с
помощью программы полного факторного эксперимента;
f uэ – экспериментальное значение функции математической модели полученное с
помощью программе ротатабельного планирования второго порядка;
f jp – расчетное значение функции математической модели полученное с помо-
щью программы полного факторного эксперимента;
f up – расчетное значение функции математической модели полученное с помо-
щью программе ротатабельного планирования второго порядка;
b0, bi, bij, bjk – коэффициенты уравнения регрессии;
N – число экспериментальных опытов;
k – число параллельных опытов;
MAPE – средняя абсолютная ошибка математической модели;
Fтабл – табличное значение критерия Фишера;
tап – табличное значение коэффициента Стьюдента;
Т – температура контактного провода, °С.
Т0 – температура монтажа датчика температуры, °С;
Ni – количество значений сигнала за период регистрации;
m
t – модифицированный коэффициент дисконтирования;

t – время, сек;

Ср – скорость распространения волны, м/с;

υЭПС – допустимая скорость движения электроподвижного состава, км/ч;
bmax – максимальное ветровое отклонение контактного провода, м;
Еm – модифицированная норма дисконта;

Эинт – интегральный эффект, руб.;

Rt – стоимостная оценка результатов, руб.;

Квл – капитальные вложения.

Во введении обоснована актуальность темы исследования и указана степень
ее разработанности, приведены цель и задачи, научная новизна, практическая и теоре-
тическая значимость работы, методология и методы исследования, положения, выно-
симые на защиту, степень достоверности и апробация полученных результатов.
Первая глава посвящена анализу отказов устройств контактной сети, влияющих
на качество работы системы токосъема. Анализ работы контактной сети Трансэнерго ‒
филиала ОАО «РЖД» (рис. 1) ‒ показывает, что число отказов растет, несмотря на уве-
личение затрат на техническое обслуживание.
Проведено исследование конструктивных, эксплуатационных и климатических
факторов, влияющих на работу устройств контактной сети в условиях скоростного
и высокоскоростного движения. На основании проведенного исследования выделена
группа показателей – натяжение проводов контактной подвески и погонная масса, ко-
торые оказывают существенное совместное влияние на работу системы токосъема.
От них зависит ряд параметров, таких как высотное положение проводов, жесткость
и ветроустойчивость контактной подвески. Контроль данных параметров контактной
сети в реальном времени позволяет своевременно определять предотказные состояния,
устранять причины, вызвавшие их, корректировать режим эксплуатации и таким обра-
зом повысить работоспособность системы токосъема.
шт.
30
Количество отказов

25Прочие устройства
Струны
Разрядники, разъединители
15Зажимы, детали
10Провода, тросы
5Изоляторы
Опорно-поддерживающие конструкции
2012
2013
2014
2015

2019
2020
2010
2011

2016
2017
2018
Год

t
Рис. 1. Распределение отказов контактной сети за 2010 – 2020 г
на Западно-Сибирской железной дороге

Имеющиеся в настоящее время диагностические средства и методы диагности-
рования контактной сети базируются на результатах инспекционных поездок вагона-
лаборатории. Опыт показывает, что измеренные значения основных показателей ре-
гулировки контактной сети не вполне соответствуют действительным и могут доста-
точно быстро изменяться в процессе дальнейшей эксплуатации.
Выполнен анализ методов расчета влияния параметров контактной сети на ампли-
тудно-частотную характеристику колебаний. Для моделирования колебаний проводов
контактной сети чаще всего используются модель натянутой струны; модель длинно-
мерного изделия, ограниченного грузами; модель балки постоянного сечения
с точечной силой, приложенной к середине пролета; волновая модель. Указанные мо-
дели имеют ряд недостатков: недостаточно полный гармонический состав колебаний,
получаемый в ходе расчетов, сложность с экспериментальной проверкой.
На основании проведенного анализа существующих устройств и методов диагнос-
тирования контактной сети, а также факторов, влияющих на работоспособность системы
токосъема, сформулированы цель и задачи исследования.
Во второй главе представлена усовершенствованная математическая модель
пролета контактной сети (рис. 2) для расчета влияния параметров контактной подвес-
ки на частоту колебаний в горизонтальной плоскости, которая позволяет учитывать
изгибную жесткость контактного провода, и наличие неоднородностей с помощью
анализа гармонического состава колебаний.
Для того чтобы применить математическую модель растянутого стержня
для расчета зависимости частоты поперечных колебаний в горизонтальной плоскости
от натяжения и от погонной массы проводов контактной подвески, были приняты
следующие основные допущения.
1. Через вертикальные струны энергия колебаний в горизонтальной плоскости
не передается.
2. Фиксаторы исключают перемещения контактных проводов в горизонтальной
плоскости в точках фиксации.
3. В горизонтальной плоскости контактный провод образует стоячую волну
с узлами в начале и в конце пролета (первая мода колебаний).
4. Длина пролета контактного провода равна l, в положении равновесия провод
прямолинейно располагается вдоль оси Ох между точками х = 0 и х = l.

y
x
dx
xK
Ось пути
l

а
y
K
M z
 uy
2Mz dx
 qКПxu y 2u y
t 2
dxdx
xx 2
F

QyQ
QQ dx
Q yx
Qy dx
x
-F Mz
u y
x
uy
Kx

б
Рис. 2. Силы, действующие на элемент контактного провода в горизонтальной
плоскости: а – пролет контактной сети (вид сверху); б – приращение показателей
механических колебаний на единичном отрезке

Для решения дифференциального уравнения частоты колебаний контактного
провода необходимо задать положение и распределение скорости всех точек контакт-
ного провода в начальный момент времени t = 0:

u y x 0   ( x);

 u y(1)
t 0   ( x ).
 t
Так как контактный провод имеет неправильную форму в сечении, то необхо-
димо разбить сечение на ряд более простых сечений, тогда момент инерции контакт-
ного провода относительно вертикальной оси определяется по предлагаемому выра-
жению, учитывающему износ нижней части в ходе эксплуатации:
j
111DH
J КП   ( (bij  aij )  ( bij  D)2 ),(2)
i 8 23212

где aij,bij – горизонтальные и вертикальные катеты треугольников, вписанных в сече-
ние контактного провода, м; D и Н – ширина и высота прямоугольника, вписанного
в сечение контактного провода, м.
В соответствии с принятыми допущениями погонная масса контактного прово-
да, участвующего в колебаниях, с учетом зажимов будет такой:
m  nк  (mК . П  0,1) ,(3)
где nк – число контактных проводов.
Амплитуда колебаний контактных проводов в горизонтальной плоскости
не превышает 50 мм, что на два порядка меньше длины пролета (40 – 65 м), следова-
тельно, при описании колебательного процесса можно использовать допущения
метода малых колебаний. Модель растянутого стержня позволяет составить расчет-
ное выражение, которое связывает частоту колебаний с натяжением и погонной мас-
сой проводов.
После сложения проекций на ось Оy сил, действующих на контактный провод,
 u  u u
с учетом малости деформации принято, что cos y   1 , а sin y   y . Сумму
 x  x  x
моментов, действующих на элемент контактного провода, приравниваем к нулю:

 2u yQyu y 2u yu y
mdx  Qy  Qy dx  K (dx)  K0,(4)
t 2xxx 2x
где Qy – перерезывающая сила; K – натяжение контактного провода, Н; uy – попереч-
ное перемещение контактного провода по оси у.
Ввиду малости угла между направлениями K и растягивающей силой F, прило-
u y
женной к стержню, можно принять его равным отношению. С учетом равенства
x
нулю суммы моментов всех сил, приложенных к растянутому стержню, можно запи-
сать отношение, не учитывающее члены высшего порядка малости:

M z
Qy ,(5)
x
где Mz – изгибающий момент. В соответствии с дифференциальным уравнением уп-
 2u y
ругой балки M z  Е К . П J К . Пвыражение (4) приводится к виду:
x 2
 2u y 4u y 2u y
 ЕК . П J К . П
mK 2 0,(6)
t 2x 4x
где EК.П – модуль упругости материала контактного провода сплошного сечения, Н·м2;
JК.П – момент инерции поперечного сечения контактного провода относительно главной
центральной оси, м4.
Принимая допущение о том, что контактный провод в горизонтальной плоскости
совершает гармонические колебания, уравнение имеет частный вид решения,
при этом относительно функции vr(х) дифференциальное уравнение имеет вид:

ЕК . П J К . П vrIV ( x)  KvrII ( x)  mf 2vr ( x)  0 ,(7)

где f – частота колебаний контактного провода соответствующей гармоники.
В соответствии с функцией колебаний натянутого стержня закон изменения
амплитуды перемещения можно записать в виде:

 (0)  l r  х
vr ( x)  sin(),(8)
 rl
где  (0) – угол изгибающих моментов; r – номер гармоники; l – длина пролета, м.
Усовершенствован метод определения натяжения и погонной массы проводов
на основании анализа затухающих колебаний в горизонтальной плоскости в пролетах
заданной длины. После подстановки выражения (8) в дифференциальное уравнение
(7) и преобразований частота колебаний контактного провода может быть определена
по формуле:

 4  r 4  E К .П  J К .ПK l2

 1  2 2

ml4   r  E К .П  J К .П
f .(9)
2 
Решение выражения (9) относительно K позволяет определить натяжение
при известном значении частоты основной гармоники колебаний провода в горизон-
тальной плоскости:

fl2 2 r2
K  m EК . П  J К . П  2 .(10)
(2 ) 2  2  r 2l
На основании полученного выражения (10) выполняются измерения частоты
колебаний в горизонтальной плоскости.
На базе усовершенствованной математической модели пролета контактной сети
разработан метод регистрации колебаний затухающих колебаний в горизонтальной
плоскости. Для повышения автономности и энергоэффективности предлагается исполь-
зовать двухосевой акселерометр: одна из осей направлена вертикально, а другая – гори-
зонтально.
Колебания в вертикальной плоскости используются в качестве следящего сигнала,
детектирующего появление электроподвижного состава на участке. При срабатывании
детектора система переключается на высокую частоту дискретизации и происходит за-
пись колебаний в горизонтальной плоскости во время и после прохода токоприемника
в течение заданного промежутка времени.
На основании метода регистрации затухающих колебаний в горизонтальной
плоскости разработан алгоритм (рис. 3) работы системы мониторинга, который пред-
полагает работу расположенных вдоль контактной сети датчиков на непрерывной ос-
нове, благодаря чему оперативно-технический персонал будет знать о текущем со-
стояний контактной сети.
После прохода ЭПС данные ана-Начало
лизируются, определяется спектр колеба-
ний, оцениваются амплитуды на основнойКонтроль появления электроподвижного
состава на участке
частоте, сравниваются с допустимыми
значениями. По частоте колебаний рас-
считываются натяжение проводов кон-НетОбнаружены
тактной подвески и их погонная масса.вертикальные колебания
Расчетные значения поступают в базуДа
данных.Выход измерительной системы
Если значения погонной массы ли-из спящего режима
бо натяжения вышли за допустимые пре-
делы, то информационное сообщениеРегистрация затухающих колебаний
отправляется на сервер. Получив сигнал,контактного провода в течение 10 с
оператор (энергодиспетчер или дежурный
электромеханик подстанций) принимаетОпределение частоты колебаний f
с помощью быстрого преобразования Фурье
решение о дальнейших действиях. Если
значения не вышли за допустимые преде-Измерение температуры проводов
лы, то сигнал записывается в базу данныхконтактной подвески
на устройстве. По прошествии суток на-Выбор коэффициентов
копленная информация используетсярасчетного выражения,
для построения диаграммы суточного из-учитывающих
температуру контактных
менения натяжения и погонной массыпроводов
проводов.
Полученные значения сравнивают-Определение натяжения
с помощью тензодатчика
ся с предыдущими данными, по измене-
нию погонной массы определяется сред-
Сравнение результатов расчета
нее значение остаточной высоты контакт-погонной массы проводов с ранее
ного провода. Данный алгоритм позволяетполученными данными
определять натяжение контактных прово-
Верификация измеренного значения
дов в произвольном (заранее определен-натяжения контактных проводов
ном) месте контактной подвески без пере-
рывов в движении поездов, повысить точ-Запись полученной
ность измерений по сравнению с приме-информации в базу данных
няемыми ранее способами. Разработан-
ный метод регистрации затухающих ко-Да
Kimin ≤ Ki ≤ Kimax
лебаний и предложенный алгоритм были
mimin ≤ mi ≤ mimax
внедрены в проектную организацию
ООО «НДТ».Нет
В третьем главе описано разрабо-Вывод предупреждающего сигнала
на рабочее место оператора
танное автономное устройство, позво-
ляющее измерять одновременно натяже-
ние, частоту колебаний и температуруДа
Продолжать работу
проводов. Для записи ускорений было
Нет
разработано устройство, пригодное для
Конец
установки на контактный провод.
Рис. 3. Блок-схема фрагмента алгоритма для
контроля параметров критического износа
Аналогичным образом акселерометры
можно размещать в теле струновых зажимов
(рис. 4), что позволяет изучать колебательные
процессы в произвольных местах анкерных
участков. Акселерометр получает энергию
от блока питания с солнечной батареей, уста-
новленного на основном стержне фиксатора
ближайшей опоры. Параметры солнечной ба-
тареи выбираются в зависимости от количества
солнечных дней в году и интенсивности излу-
Рис. 4. Датчик ускорения, выполненный чения, мощность панели не превышает 20 Вт.
в форм-факторе струнового зажима
Сигнал от акселерометра пригоден для определения амплитудно-частотной ха-
рактеристики с помощью методов операционного модального анализа и быстрого
преобразования Фурье (рис. 5).

а
0,8

м/с2
0,7
0,6
0,5

0,4
0,3
S
0,2
0,1
Гц47 49
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45
f
б
Рис. 5. Определение частоты колебаний с помощью быстрого преобразования Фурье:
а – виброграмма колебаний провода; б – спектр колебаний

Для определения натяжения проводов и оценки состояния контактной подвески
разработано программное обеспечение для ЭВМ «Программный комплекс для регистра-
ции и анализа вибрации устройств электроснабжения» (свидетельство о госу-
дарственной регистрации программы для ЭВМ № 2020619995). Указанное программное
обеспечение основано на реализации предложенного метода расчета натяжения контакт-
ного провода.
Блок питания с помощью соединительного кабеля связан с аналого-цифровым
преобразователем (АЦП), обладающим модулем радиосвязи, который объединяет дат-
чики с общей базой данных (БД) в одну информационную систему (рис. 6).

Фильтрация
Усиление сигнала
данных
Датчик
АкселерометрОтправка
температурыФормирование
информационных
записи в БД
пакетов на сервер
Измерительный блок (ИБ)Блок накопления информации (БНИ)

ИББНИ
Информационный сервер
ИББНИБД
Рис. 6. Функциональная схема программно-аппаратного комплекса мониторинга
и диагностирования контактной сети
Частота колебаний может изменяться не только при варьировании натяжения,
но и при изменении погонной массы проводов. Валидация показаний датчиков, осно-
ванных на применении различных физических принципов, осуществляется сравнени-
ем измеренных значений натяжения проводов (рис. 7). На разработанное устройство
получен патент на изобретение № 2723527.
7111516
12
911414

Рис. 7. Устройство для измерения натяжения и температуры контактного провода:
1 – контактный провод; 2 – датчик температуры контактного провода; 3 – радиопередат-
чик; 4 – передающая антенна; 5 – приемная антенна; 6 – радиоприемник; 7 – блок сравне-
ния и управления; 8 – привод выключателя фидера контактной сети; 9 – источник питания;
10 – датчик натяжения; 11 – гибкий элемент; 12 – датчик усилия; 13 – датчик температуры
гибкого элемента; 14 – зажим;15 – пружина; 16 – механизм натяжения; 17 – сигнализатор
В целях проверки пригодности данной технологии для диагностирования кон-
тактной сети разработан функциональный макет, демонстрирующий принцип работы
датчика температуры. Для измерения температуры контактного провода используют-
ся волоконно-оптические датчики на основе решетки Брэгга. Они устанавливаются
на питающих зажимах контактной сети, а устройство регистрации, источник питания
для лазерного диода, блок связи с объектом, блок с устройствами фокусировки сигна-
ла устанавливаются на заземленных частях опоры контактной сети (рис. 8).
В соответствии с положениями «Стратегии развития железнодорожного транс-
порта до 2025 г.» предполагается, что все измерительные модули, размещенные вдоль
электрифицированных участков железных дорог, имеют возможность передавать
данные по каналам радиосвязи GSM.

Линия питания 220 В 50 Гц
Вспомогательные оптические
компоненты
ИсточникОптический ввод (ОВ)
когерентногоФокусатор (Ф)
излучения (ИКИ)
Коллиматор (К)
Отражатель
Блок связи(О)
с объектомВолоконная
(БСО)Оптическийрешетка Брэгга
интерферометр (ОИ)(ВБР)
Цифровая
светочувствительная
матрица
Сервер приложений
− информационные каналы;
База данных− волоконно-оптические соединение;
− электрическое питание.
Автоматизированное
рабочее место (АРМ)
Рис. 8. Структурная схема измерения температуры проводов контактной сети
на основе волоконно-оптических элементов

В условиях развития малолюдных технологий очень важно снизить затраты
на техническое обслуживание установленных технических средств. Предлагаемая ав-
тономная система предусматривает режим самодиагностики, в котором происходит
сравнение данных, поступающих с блоков системы, и тех, что были записаны ранее,
а также друг с другом.
Приведена методика экспериментальных исследований для оценки эффектив-
ности применения предлагаемых технических решений. Экспериментальные исследо-
вания проводились на действующем испытательном полигоне ОмГУПСа на Омской
дистанции электроснабжения. Данный участок имеет контактную подвеску КС-160
протяженностью 224,7 м с длиной пролетов 23,4 – 34,5 м. В состав контактной под-
вески входят контактные провода МФ-100 с номинальным натяжением 9375 Н и по-
гонной массой 0,89 кг/м, несущий трос М-120 с номинальным натяжением 14250 Н
и погонной массой 1,058 кг/м. Разработанные блоки устанавливались вдоль анкерного
участка для экспериментального определения зависимости частоты колебаний в гори-
зонтальной плоскости от натяжения проводов контактной подвески. Расположение
измерительных устройств на испытательном полигоне для одного пролета представ-
лено на рис. 9. Программа ротатабельного эксперимента была реализована с помо-
щью изменения натяжения и выбора различной длины пролетов контактной подвески.
В соответствии с разработанной программой ротатабельного планирования
эксперимента второго порядка натяжение изменялось в пределах от 2 × 6562
до 2 × 12188 Н. Эксперимент состоит из четырех опытов плана полного факторного
эксперимента типа 22, четырех опытов в «звездных» точках и пяти опытов в центре
плана.

l = 34
,5 м

− солнечная батарея;

− накопитель данных;
− приемопередающее устройство;
− датчик вибрации;
− тензодатчик.

аб
Рис. 9. Схема (а) и реализация размещения (б) измерительных устройств на испыта-
тельном полигоне ОмГУПСа на Омской дистанции электроснабжения (ЭЧ-2)

Уравнение регрессии в кодированном виде получено с помощью программного
модуля Matlab/Curve Fitting Toolbox. После проверки значимости оставлено пять чле-
нов:

f jp  19,02  1,09  l  23,68  105  K  10,66  106  K  l  16,95  102  l 2  3,23  109  K 2 . (11)

Значение критерия Фишера для уравнения регрессии и экспериментальных значе-
ний не превышает ошибку опыта (< 5 %), что говорит об адекватности регрессионной модели экспериментальным данным. Средняя ошибка достоверности вычислительного метода составляет 4,66 %. На основании полученного регрес- сионного уравнения установлено влияние изменения натяжения контактного провода на частотный спектр колебаний при различ-3,5 ных сочетаниях действующих эксплуатаци-Гц3 онных факторов в пролетах соответствую-2,5 щей длины (рис. 10). Аналогично получены2 24376 поверхности отклика для изношенных кон- f1,5 тактных проводов.Н 18750 0,5 На этапе компьютерного моделиро-013124 K вания средствами прикладного пакета28,5 3031,5 м33 34,5 Matlab/Simulink была определена зависи-l мость частоты колебаний контактных про- Рис. 10. Поверхность отклика расчетной водов от погонной массы и натяжения.частоты колебаний от длины пролета и натяжения провода контактной подвески Для определения адекватности расчетных выражений полученные значения сравнивались с результатами моделирования ранее известными методами и с экспе- риментальными данными, полученными в ходе натурных испытаний. Из диаграммы представленной на рис. 11, видно, что предложенная модель наиболее полно соответ- ствует данным эксперимента. В ходе проведенных экспериментальных исследований разработанные блоки показали свою работоспособность и могут быть использованы в диагностических системах и устройствах мониторинга для оценки состояния контактной сети в режиме реального времени. 3Графики построены на ос- 2новании: 1 – расчета на 4модели натянутой струны; 2,5 Гц 32 – экспериментальных 1данных по методу длин- K=24376 Н номерного изделия; 23 – экспериментальных f 2K=18750 Н 1данных по предложенному методу колебаний прово- K=13124Ндов в горизонтальной 1,5плоскости; 4 – данных рег- 282930313233м 3435рессионной модели. l Рис. 11. Зависимость частоты колебаний от длины пролета контактной подвески при различных методах измерения На основании разработанных положений получен алгоритм определения при- чины изменения частоты колебаний контактных проводов. Определены пределы из- менения частоты колебаний (рис. 12) при различных состояниях контактной подвески с учетом износа, при изменении температуры под действием гололеда. – контактный Направлениепровод покрыт изменения2,5гололедом; Гц частоты– контактный колебанийпровод изношен 2на 20 %; при износе – новый проводаконтактный Направлениепровод. 1,5 fизменения частоты 1колебаний при гололеде 0,5 -50-40-30-20-100102030С 4050 Т Рис. 12. Пределы изменения частоты колебаний проводов Разработана топология распределенного автономного комплекса для размеще- ния в анкерном участке, включая схему обмена информацией с сервером базы данных и с автоматизированным рабочим местом оператора. Испытания показали, что автономность предлагаемого комплекса по питанию не ограничена. Расход электрической энергии восполним с помощью солнечной батареи. По объему хранилища автономность составляет шесть месяцев, после чего происходит перезаписывание цифровых отпечатков поверх более старых записей, при этом числен- ные данные о частоте, натяжении и погонной массе проводов сохраняются в защищен- ной от стирания области. В четвертой главе предложена методология технического обслуживания кон- тактной сети с использованием автономной системы распределенной диагностики. В настоящее время в виду эпизодичности технического осмотра и контроля, контакт- ный провод с износом 20 % уже считается выработавшим свой ресурс и подлежит за- мене, так как до следующей проверки износ может превысить критическое значение, что приведет к обрыву провода. С учетом того, что усовершенствованная технология позволяет постоянно контролировать натяжение и средний износ, предлагается уве- личить допустимое значение износа до 30 – 35 %, следя за тем, чтобы удельное натя- жение контактного провода не превосходило удвоенного значения предела текучести материала, из которого он изготовлен. Предлагаемое решение позволит продлить срок службы контактных проводов на 30 – 50 % при существующих размерах движе- ния, повышение удельного натяжения контактных проводов обеспечит увеличение допустимой скорости по условию распространения волновых процессов в контактной сети; снизится потребность в проведении инспекционных поездок, связанных с измерением износа традиционным способом, что позволит сократить временные за- траты и освободить «нитку» для движения грузовых и пассажирских поездов. В данной главе представлена технологическая карта по монтажу измеритель- ных устройств на контактной сети, которая была внедрена в Омской дистанции элек- троснабжения (ЭЧ-2) Западно-Сибирской дирекции по энергообеспечению – струк- турном подразделении Трансэнерго – филиала ОАО «РЖД». Предложены рекоменда- ции по изменению нормативно-технической документации эксплуатации контактной сети в связи с применением автономной системы распределенной диагностики, кото- рые позволят сократить время на обслуживание и количество объездов специализи- рованной диагностической техникой. Результаты расчета экономической эффективности введения в эксплуатацию предлагаемого измерительного комплекса на перспективном полигоне высокоскоро- стной магистрали Санкт-Петербург – Москва показывают, что ожидаемый экономи- ческий эффект за период эксплуатации составит 20 460 тыс. руб. за счет снижения числа инспекционных поездок, упрощения диагностических процедур измерения па- раметров и прогнозирования состояния контактной сети. Срок окупаемости инвести- ций составляет шесть лет. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертации изложены новые научно обоснованные технические, технологиче- ские и методологические решения и разработки, направленные на повышение эксплуа- тационной надежности и работоспособности контактной сети в условиях скоростного и высокоскоростного движения. Применение предлагаемых технических и технологиче- ских решений позволит снизить потребность ОАО «РЖД» в поставках контактного про- вода с повышенными прочностными характеристиками, а также обоснованно увеличить интервалы его замены на 30 – 50 %, обеспечит возможность движения с более высокими скоростями на участках, оборудованных стандартными контактными проводами в усло- виях применения предлагаемой постоянно действующей распределенной системы диагностики. Основные научные и практические результаты диссертационной работы состо- ят в следующем. На основании теоретических и практических исследований установлено, что при изменении натяжения и погонной массы проводов частота их колебаний в го- ризонтальной плоскости изменяется в диапазоне от 1 – 4 Гц в зависимости от длины пролета контактной сети, выполненной в соответствии с типовым проектом КС-160, что позволяет использовать данный показатель в качестве диагностического. Усовершенствована математическая модель пролета контактной сети в виде растянутого гибкого стержня, позволившая за счет учета изгибной жесткости и фор- мы поперечного сечения контактных проводов при различных значениях износа, уточнить зависимость частоты колебаний в горизонтальной плоскости различных от натяжения и изменения погонной массы. Усовершенствован метод определения натяжения и погонной массы проводов контактной подвески в пролетах заданной длины на основании анализа затухающих колебаний проводов, возникающих после прохода токоприемника электроподвижно- го состава. Усовершенствован метод регистрации затухающих механических колебаний проводов контактной подвески после прохода электроподвижного состава, позволив- ший за счет измерения проводов в двух перпендикулярных плоскостях повысить достоверность определения случаев выпадения гололеда, изменения поперечного се- чения контактных проводов в результате износа, повышения или понижения натяже- ния, что приведет к снижению числа отказов контактной сети за счет учета этих све- дений эксплуатирующими организациями при принятии решений о дальнейших режимах работы. Разработан алгоритм работы регистрирующего модуля повышенной автоном- ности, позволяющий определить наступление критического износа, а также опасного изменения натяжения за счет применения интеллектуальной следящей системы за- пуска режима регистрации колебаний при определении предотказных состояний кон- тактной сети. Предложено автономное малообслуживаемое устройство диагностирования, способное соединяться в единую информационную сеть из множества устройств по модульному принципу для создания распределенной системы диагностики, позво- ляющее сигнализировать о предотказном состояний контактной сети. Разработаны рекомендации по изменению технологических процессов при экс- плуатации контактной сети, что позволит снизить затраты на диагностирование кон- тактной сети на 19 %, увеличить срок службы контактных проводов до замены на 30 – 50 %, повысить допустимую скорость движения по условию распространения волновых процессов в контактной сети на 20 %. Создана технологическая карта по монтажу и техническому обслуживанию измерительных устройств диагностиро- вания на контактной сети в малолюдных условиях. Экспериментальная проверка работоспособности разработанных устройств, проведенная на полигоне действующей железнодорожной техники ОмГУПСа, пока- зала, что расхождение экспериментальных данных и расчетных значений натяжения проводов не превысило 5 % при различных значениях длины пролетов. В качестве рекомендаций и перспективы дальнейшей разработки темы диссер- тации предлагается адаптация предлагаемых технических решений для измерения па- раметров высоковольтных линий электропередачи, волноводов и фидеров, в том чис- ле в условиях резко континентального климата и в северных районах.

Актуальность темы исследования. В соответствии со «Стратегией развития
железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 г.», утверждённой
распоряжением Правительства РФ от 17 июня 2008 г. № 877-р, предусмотрено увели-
чение полигона скоростного и высокоскоростного движения, весовых норм поездов,
повышение надежности работы устройств системы токосъема.
С ростом скоростей движения потенциальные риски от отказов контактной сети
возрастают, перерывы в движении поездов приводят к экономическим потерям. Вос-
становление работоспособности занимает значительное время, так как протяженность
поврежденных участков возрастает.
Традиционным путём для обеспечения требуемых высоких показателей эксплу-
атационной надёжности и работоспособности является увеличение запаса прочности
и резервирование. Например, при скоростях движения свыше 160 км/ч не допускается
эксплуатация контактных проводов с износом более 20% от сечения. При этом на ме-
нее скоростных линиях допускается износ в полтора раза больший.
Аналогичная ситуация наблюдается с натяжением проводов и тросов, входящих
в состав контактной подвески. Несмотря на благотворное влияние повышенного
натяжения на качество токосъема, его ограничивают на уровне, не превышающем
50% от предела текучести материала.
Указанные обстоятельства привели к тому, что технология эксплуатации кон-
тактной сети в настоящее время предполагает замену контактных проводов задолго до
достижения ими критического износа, а также приводит к снижению динамических
характеристик работы системы токосъема.
Особенную актуальность имеют вопросы, связанные с повышением допусти-
мых скоростей движения, а также с продлением ресурса контактных проводов в усло-
виях перехода на скоростное и высокоскоростное движение, при проектировании ско-
ростных магистралей ВСМ-400.
Во время эксплуатации заданные проектные показатели регулировки контакт-
ной сети могут выходить за рамки допустимых значений в результате воздействия
со стороны электроподвижного состава, природных факторов и токовых нагрузок,
что приводит к появлению отказов.
Для обеспечения надежной и качественной работы системы токосъема необхо-
димо непрерывно контролировать работоспособность контактной сети. Совершен-
ствование технологии эксплуатации контактной сети в условиях применения посто-
янно действующей распределенной системы диагностирования позволит снизить по-
требность ОАО «РЖД» в поставках контактного провода с повышенными прочност-
ными характеристиками, а также увеличить интервалы его замены, обеспечит воз-
можность движения с высокими скоростями на участках, оборудованных стандарт-
ными контактными проводами.
Анализ случаев отказов в работе устройств электроснабжения ОАО «РЖД» по-
казывает, что количество повреждений устройств контактной сети сохраняется доста-
точно высоким, несмотря на повышение затрат на техническое обслуживание. Основ-
ная доля повреждений устройств контактной сети с 2010 по 2020 г. приходится на
провода и тросы ‒ около 35% от общего количества повреждений.
Контактная сеть имеет ряд конструктивных особенностей, из-за которых за-
труднена возможность контролировать в онлайн режиме параметры её работы.
К этим особенностям можно отнести значительную протяженность, высокое напря-
жение, ограничения по массе для устройств, закрепленных на контактных проводах.
Согласно «Стратегии научно-технологического развития холдинга «РЖД» на пе-
риод до 2025 года и на перспективу до 2030 года», утвержденной распоряжением
ОАО «РЖД» от 17 апреля 2018 г. № 769 – р, одной из главных задач в сфере железно-
дорожного транспорта является повышение качества технического обслуживания
контактной сети за счет использования программно-аппаратных комплексов,
которые позволят диагностировать контактную сеть в автономном режиме. Примене-
ние автономных диагностических устройств, объединенных в систему, позволит по-
высить качество мониторинга и снизить потребность в высококвалифицированном
персонале, что имеет особенную актуальность в малолюдных условиях Восточного
полигона ОАО «РЖД».
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-
технических работ Омского государственного университета путей сообщения (тема
НИР № г. р. АААА-Б19-219122790113-8).
Степень разработанности темы диссертации. Значительный вклад в об-
ласти диагностирования контактной сети и повышения ее работоспособности
внесли отечественные и зарубежные ученые: И. А. Беляев, А. С. Брюханов,
В. Я. Берент, А. Т. Бурков, И. И. Власов, В. А. Вологин, А. Г. Галкин, А. С. Го-
лубков, Ю. И. Горошков, А. Т. Демченко, Ю. И. Жарков, А. В. Ефимов, А. А. Ко-
валев, А. А. Кудрявцев, В. А. Кудряшов, В. Н. Ли, К. Г. Марквардт, Г. П. Маслов,
Н.В. Миронос, А. Н. Митрофанов, В. П. Михеев, В. М. Павлов, А.В. Паранин,
А. В. Плакс, А. М. Сафарбаков, О. А. Сидоров, Ю. Г. Семенов, А. Н. Смердин,
П. Г. Тюрнин, А. В. Фрайфельд, Y. Chen, B. Fink, F. Kiessling, A. Schmieder,
H. Tessun, T. Usuda, G. Wang, и другие исследователи.
Имеющиеся на сегодняшний день методы, подходы и технологии диагно-
стирования системы токосъема не обеспечивают снижения числа нарушений
в работе, а количество отказов с ростом грузонапряженности становится более
значительным. В основном отказы происходят по причинам, связанным с повы-
шенными токовыми и механическими нагрузками при пропуске электроподвиж-
ного состава в сочетании с предотказным техническим состоянием устройств то-
косъема.
Для надежной и качественной работы системы токосъема необходимо усо-
вершенствовать систему диагностики с целью обеспечить перманентный кон-
троль работоспособности системы токосъема во время эксплуатации, а также по-
вышения эксплуатационных показателей и эффективности использования кон-
тактной сети.
Целью диссертационной работы является улучшение эксплуатационных
показателей контактной сети за счет обоснованного продления срока службы
и увеличения допустимого износа проводов контактной подвески в результате
изменения технологии ее эксплуатации.
Для достижения поставленной цели в работе были сформулированы и ре-
шены следующие задачи:
установить средние значения и пределы отклонений диагностических пока-
зателей, пригодных для регистрации, при изменении основных технических пара-
метров контактной сети;
усовершенствовать математическую модель пролета контактной сети
для расчета влияния параметров контактной подвески на частоту колебаний про-
водов в горизонтальной плоскости;
усовершенствовать метод определения натяжения и погонной массы прово-
дов контактной подвески в пролетах заданной длины на основании анализа зату-
хающих колебаний проводов после прохода токоприемника электроподвижного
состава;
усовершенствовать метод регистрации затухающих механических колеба-
ний проводов контактной подвески после прохода электроподвижного состава;
разработать алгоритм работы системы мониторинга контактной сети с по-
мощью устройств распределенной автономной диагностической системы, позво-
ляющий определить наступление критического износа;
предложить автономное устройство мониторинга натяжения, погонной мас-
сы и температуры контактных проводов для применения в малолюдных условиях,
способное в автоматическом режиме сигнализировать о предотказном состояниях
контактной сети;
разработать рекомендации по изменению технологического процесса
при эксплуатации контактной сети на основании экспериментальной проверки
работоспособности предлагаемых технических и технологических решений.
Объект исследования – контактная сеть.
Область исследования – методы улучшения эксплуатационных показате-
лей устройств электроснабжения; критерии оценки состояния систем электро-
снабжения железных дорог.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
усовершенствована математическая модель пролета контактной сети
для расчета влияния параметров контактной подвески на частоту колебаний в го-
ризонтальной плоскости, отличающаяся тем, что в ней учитывается изгибная
жесткость контактного провода и влияние неоднородностей массы по длине про-
лета;
усовершенствован метод определения натяжения и погонной массы прово-
дов контактной подвески в пролетах заданной длины на основании анализа зату-
хающих колебаний проводов после прохода токоприемника электроподвижного
состава отличающийся тем, что колебания в нем рассматриваются в горизонталь-
ной плоскости;
усовершенствован метод регистрации затухающих горизонтальных колеба-
ний проводов контактной подвески, отличающийся тем, что колебания, вызван-
ные электроподвижным составом, регистрируются с помощью двухосевого аксе-
лерометра, при этом колебания в вертикальной плоскости используются в каче-
стве следящего сигнала появления электроподвижного состава на участке, а гори-
зонтальные колебания – для определения параметров контактной сети;
предложен алгоритм работы системы мониторинга, отличающийся предва-
рительным внесением расчетных закономерностей изменения частоты колебаний
от натяжения и погонной массы контактных проводов в память автономных диа-
гностических модулей;
разработана методика экспериментального определения закономерностей
изменения частоты колебаний контактных проводов в горизонтальной плоскости
при проходе электроподвижного состава, отличающаяся тем, что для получения
поверхностей отклика натяжение и погонная масса проводов варьируются на ос-
нове ротатабельного планирования эксперимента второго порядка.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Усовершенствованная математическая модель пролета контактной сети
для расчета влияния параметров контактной подвески на частоту колебаний в по-
перечной плоскости позволяет повысить точность расчетных зависимостей ча-
стоты колебаний контактных проводов.
Усовершенствованный метод регистрации затухающих поперечных колеба-
ний проводов подвески в горизонтальной плоскости позволит повысить досто-
верность определения выпадения гололеда, изменения поперечного сечения кон-
тактных проводов в результате износа, случаев повышения или понижения натя-
жения, что приведет к снижению числа отказов контактной сети за счет учета
этих сведений эксплуатирующими организациями при принятии решений о даль-
нейших режимах работы.
Усовершенствованные устройство и способ измерения натяжения и темпе-
ратуры проводов контактной подвески могут быть полезны проектным организа-
циям при разработке перспективных систем диагностики, способных в автомати-
ческом режиме сигнализировать о состоянии контактной сети.
Методология и методы исследования. При решении поставленных задач
теоретические и экспериментальные исследования проведены на основе положе-
ний теории расчета контактной сети, планирования эксперимента, системного
подхода, математического моделирования с применением лицензированных про-
граммных продуктов на электронно-вычислительной машине (ЭВМ).
Экспериментальные исследования проводились на разработанных лабора-
торных установках и на полигоне действующей железнодорожной техники
ОмГУПС на Омской дистанции электроснабжения (ЭЧ-2) Западно-Сибирской ди-
рекции по энергообеспечению. Для проведения математических расчетов приме-
нялись лицензионные программные продукты: электронные таблицы Microsoft
Excel и пакет прикладных программ Matlab/Simulink.
Основные положения, выносимые на защиту:
математическая модель пролета контактной сети для расчета влияния пара-
метров контактной подвески на частоту колебаний в горизонтальной плоскости,
в которой реализован учет изгибной жесткости проводов при малых амплитудах
колебаний;
метод определения изменения натяжения и погонной массы проводов кон-
тактной подвески в пролетах заданной длины на основании анализа затухающих
колебаний после прохода электроподвижного состава;
алгоритм регистрации затухающих поперечных колебаний проводов кон-
тактной подвески в горизонтальной плоскости с помощью автономных устройств,
позволяющий оценить натяжение и погонную массу проводов контактной под-
вески по частоте колебаний;
устройство мониторинга натяжения, погонной массы и температуры кон-
тактных проводов для применения в малолюдных условиях, способное в автома-
тическом режиме сигнализировать о состоянии контактной сети.
Реализация результатов работы.
Результаты теоретических и практических исследований приняты к исполь-
зованию в Омской дистанции электроснабжения (ЭЧ-2) Западно-Сибирской ди-
рекции по энергообеспечению – структурном подразделении Трансэнерго – фили-
ала ОАО «Российские железные дороги» и в проектной организации
ООО «Наилучшие доступные технологии» г. Березовский, Свердловская область.
Фактическое использование результатов диссертационной работы подтверждено
актами внедрения.
Степень достоверности научных положений и результатов диссертацион-
ной работы подтверждена экспериментальными исследованиями, практической
реализацией и основана на корректном использовании положений теорий плани-
рования эксперимента, математической статистики и математического моделиро-
вания. Адекватность предложенных решений подтверждена достаточно высокой
степенью согласования теоретических результатов расчета с экспериментальными
данными и практическими результатами (расхождение составляет не более 10 %).
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты дис-
сертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях различного
уровня: всероссийской научной конференции «Техника и технологии наземного
транспорта» (Екатеринбург, 2018); всероссийской национальной научно-
практической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития
транспорта, промышленности и экономики России» (Ростов-на-Дону, 2018); сем-
надцатой международной научно-практической конференции «Инновационные
технологии на транспорте: образование, наука, практика» (Алматы, 2018); третьей
всероссийской научно-технической конференции с международным участием
«Приборы и методы измерений, контроля качества и диагностики в промышлен-
ности и на транспорте» (Омск, 2018); третьей и четвертой международной науч-
но-технической конференции «Разработка и эксплуатация электротехнических
комплексов и систем энергетики и наземного транспорта» (Омск, 2018, 2020); де-
сятом международном симпозиуме Eltrans 10.0 (Санкт-Петербург, 2019); пятой
всероссийской научно-технической конференции с международным участием
«Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств же-
лезнодорожного подвижного состава» (Омск, 2019); научной конференции с меж-
дународным участием «Инновационные проекты и новые технологии в образова-
нии, промышленности, транспорте» (Омск, 2020, 2021); одиннадцатой междуна-
родной научно-практической конференции «Транспортная инфраструктура Си-
бирского региона» (Иркутск, 2020); заседании кафедры «Электроснабжение же-
лезнодорожного транспорта» Омского государственного университета путей со-
общения (ОмГУПС, Омск, 2021).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том
числе четыре научные статьи из перечня изданий, рекомендованных ВАК
при Минобрнауки России, одна статья в издании, индексируемом в международ-
ной реферативной базе данных Scopus, один патент РФ на изобретение, одно сви-
детельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

В диссертации изложены новые научно обоснованные технические, техно-
логические и методологические решения и разработки, направленные на повыше-
ние эксплуатационной надёжности и работоспособности контактной сети в усло-
виях скоростного и высокоскоростного движения. Применение предлагаемых
технических и технологических решений позволит снизить потребность ОАО
«РЖД» в поставках контактного провода с повышенными прочностными характе-
ристиками, а также обоснованно увеличить интервалы его замены на 30-50%,
обеспечит возможность движения с более высокими скоростями на участках, обо-
рудованных стандартными контактными проводами в условиях применения пред-
лагаемой постоянно действующей распределенной системы диагностики.
Основные научные и практические результаты диссертационной работы со-
стоят в следующем:
На основании теоретических и практических исследований установлено,
что при изменении натяжения и погонной массы проводов частота их колебаний в
горизонтальной плоскости изменяется в диапазоне от 1-4 Гц в зависимости от
длины пролета контактной сети, выполненной в соответствии с типовым проек-
том КС-160, что позволяет использовать данный показатель в качестве диагно-
стического.
Усовершенствована математическая модель пролета контактной сети в виде
растянутого гибкого стержня, позволившая, за счет учета изгибной жесткости и
формы поперечного сечения контактных проводов при различных значениях из-
носа, уточнить зависимость частоты колебаний в горизонтальной плоскости раз-
личных от натяжения и изменение погонной массы.
Усовершенствован метод определения натяжения и погонной массы прово-
дов контактной подвески в пролетах заданной длины на основании анализа зату-
хающих колебаний проводов, возникающих после прохода токоприемника элек-
троподвижного состава.
Усовершенствован метод регистрации затухающих механических колеба-
ний проводов контактной подвески после прохода электроподвижного состава,
позволивший за счет измерения проводов в двух перпендикулярных плоскостях
повысить достоверность определения случаев выпадения гололеда, изменения
поперечного сечения контактных проводов в результате износа, повышения или
понижения натяжения, что приведет к снижению числа отказов контактной сети
за счет учета этих сведений эксплуатирующими организациями при принятии ре-
шений о дальнейших режимах работы.
Разработан алгоритм работы регистрирующего модуля повышенной авто-
номности, позволяющий определить наступление критического износа, а также
опасного изменения натяжения за счет применения интеллектуальной следящей
системы запуска режима регистрации колебаний при определении предотказных
состояний контактной сети.
Предложено автономное малообслуживаемое устройство диагностирования,
способное соединяться в единую информационную сеть из множества устройств
по модульному принципу для создания распределенной системы диагностики,
позволяющее сигнализировать о предотказном состояний контактной сети.
Разработаны рекомендации по изменению технологических процессов при
эксплуатации контактной сети, что позволит снизить затраты на диагностирова-
ние контактной сети на 19 %, увеличить срок службы контактных проводов до
замены на 30-50%, повысить допустимую скорость движения по условию распро-
странения волновых процессов в контактной сети на 20%. Создана технологиче-
ская карта по монтажу и техническому обслуживанию измерительных устройств
диагностирования на контактной сети в малолюдных условиях.
Экспериментальная проверка работоспособности разработанных устройств,
проведенная на полигоне действующей железнодорожной техники ОмГУПС, по-
казала, что расхождение экспериментальных данных и расчетных значений натя-
жения проводов не превысило 5% при различных значениях длины пролетов.
В качестве рекомендаций и перспективы дальнейшей разработки темы дис-
сертации предлагается адаптация предлагаемых технических решений для изме-
рения параметров высоковольтных линий электропередачи, волноводов и фиде-
ров, в том числе в условиях резко-континентального климата и в северных райо-
нах.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Читать

    Читать «Совершенствование технологии эксплуатации контактной сети за счет применения распределенной автономной системы контроля и диагностики»

    Публикации автора в научных журналах

    Перспективные методы совершенствования экологических показателей системы токосъема электрифицированного транспорта
    А. В. Рыжков, Е. А. Б ут ен-ко, С. Н. Смердин . – Текст : непосредственный // Интеллектуальная энергетика на транс-порте и в промышленности : материалы всероссийской молодежной научно-практическойконференции с международным участием / Омский гос. ун-т путей сообщения. – Омск, 2– С. 248
    Совершенствование автономных систем диагностики и мониторинга состояния контактной сети
    А. С. Гол убков, Г. Р. Ермачков, Е. А. Б ут енко. – Текст :непосредственный // Тезисы десятого международного симпозиума «Eltrans 0» : в 2 частях. –Санкт-Петербург : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2– Ч. – С. 47

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Логик Ф. кандидат наук, доцент
    4.9 (826 отзывов)
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские дисс... Читать все
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские диссертации, рефераты, контрольные) уже много лет. Качество работ гарантирую.
    #Кандидатские #Магистерские
    1486 Выполненных работ
    Ксения М. Курганский Государственный Университет 2009, Юридический...
    4.8 (105 отзывов)
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитыв... Читать все
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитывать все требования и пожелания.
    #Кандидатские #Магистерские
    213 Выполненных работ
    Елена С. Таганрогский институт управления и экономики Таганрогский...
    4.4 (93 отзыва)
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на напис... Читать все
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на написании курсовых и дипломных работ, а также диссертационных исследований.
    #Кандидатские #Магистерские
    158 Выполненных работ
    Ольга Б. кандидат наук, доцент
    4.8 (373 отзыва)
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских... Читать все
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских диссертаций, дипломных и курсовых работ. Слежу за новинками в медицине.
    #Кандидатские #Магистерские
    566 Выполненных работ
    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ
    Кирилл Ч. ИНЖЭКОН 2010, экономика и управление на предприятии транс...
    4.9 (343 отзыва)
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). С... Читать все
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). Сейчас пишу диссертацию на соискание степени кандидата экономических наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    692 Выполненных работы
    Александр О. Спб государственный университет 1972, мат - мех, преподав...
    4.9 (66 отзывов)
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальн... Читать все
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальных уравнений. Умею быстро и четко выполнять сложные вычислительные работ
    #Кандидатские #Магистерские
    117 Выполненных работ
    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ
    Александр Р. ВоГТУ 2003, Экономический, преподаватель, кандидат наук
    4.5 (80 отзывов)
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфин... Читать все
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфинансы (Казначейство). Работаю в финансовой сфере более 10 лет. Банки,риски
    #Кандидатские #Магистерские
    123 Выполненных работы

    Последние выполненные заказы

    Другие учебные работы по предмету

    Энергосберегающее управление силовыми установками газотурбинных локомотивов
    📅 2022 год
    🏢 ФГБОУ ВО «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I»