Том 6, № 1 (2020)
Обзоры
Обзор новых типов датчиков крутящего момента
Аннотация
В последнее время огромную популярность получили современные системы измерения крутящего момента они применяются в автомобильном, железнодорожном, авиационном и судовом транспорте, а также в целлюлозной, бумажной, металлургической промышленности. Данные метрологические системы обеспечивают точное измерение значения крутящего момента в сложных эксплуатационных условиях, а также в агрессивных средах. Благодаря внедрению микропроцессоров в данные устройства стало возможным увеличивать быстродействие, появилось возможность подключать следящие автоматические системы крутящего момента по сетевому интерфейсу к единому центру автоматического управления и производить дистанционное управление датчиками крутящего момента.
При помощи использования современного программного обеспечения повышается коммуникабельность автоматических систем измерения крутящего момента. Разрабатываются различные программные модели для автоматических систем измерения крутящим моментом которые имеют возможность, либо частично имитировать данную систему, либо работать в качестве устройства-помощника адаптируя системы автоматического измерения к различным неопределенностям таким как температура окружающей среды и свойства ферромагнитных материалов. Повышается безопасность эксплуатации транспортных систем, грузоподъемных устройств и производственных установок.
Целью данной статьи является обзор и анализ новых типов датчиков крутящего момента от известных мировых производителей.
Рассмотрены конструкции и состав современных измерительных систем проанализированы их преимущества и недостатки. Приведено техническое описание по каждому из преобразователей крутящего момента.
5-14
Сравнительный анализ международных транспортных систем: инфраструктура, рейтинги, транспортные коридоры
Аннотация
Развитие мирового транспорта, как и другие отрасли экономики, зависит от глобализации и международной интеграции. Поэтому выбор траектории для интенсивного развития транспортной сферы, кластеризации на транспорте возможен по результатам сравнительного анализа транспортных систем разных стран мира. Целью данной работы является проведение сравнительного анализа объединенных по территориальному признаку транспортных систем мира для выявления схожих и отличительных характеристик с российской системой транспорта, которые станут предпосылками дня внедрения зарубежного опыта транспортной кластеризации. В рамках данной работы проанализированы транспортные системы Европы, Азии, Северной Америки и России на предмет исследования инфраструктуры, деятельности транспортных и логистических предприятий и распространенности международных транспортных коридоров. Основными результатами проведенного анализа стала характеристика каждой объединенной транспортной системы и системы РФ, по специализации и характеру системы (открытая и закрытая), заинтересованности иностранных инвесторов поддерживать транспортную отрасль страны. Результаты, полученные в ходе работы, вносят вклад в развитие исследований отечественных ученых в области транспорта и систематизируют мировую статистику о транспортных системах государств, объединенных по территориальному признаку, и являющихся элементами глобальной транспортной системы. Проведенное исследование должно быть полезным для ученых, исследователей, занимающихся вопросами и проблемами развития транспортной отрасли, кластеризации на транспорте и управления транспортными системами.
15-29
Оригинальные статьи
Оптимизационный метод формирования геометрических размеров зубцовой зоны вентильно-индукторного двигателя
Аннотация
Обоснование: Вентильно-индукторная электрическая машина (ВИМ) является перспективным типом электромеханического преобразователя энергии. Она используется как в двигательном (ВИД), так и в генераторном (ВИГ) режимах. ВИД могут применяться не только в механизмах с вращательным движением, но и в качестве линейных двигателей, в том числе в магнитолевитационных транспортных системах.
Вопросам проектирования ВИД посвящено достаточно много публикаций. В развитие этого направления предлагается дальнейшее совершенствование процесса проектирования ВИД с использованием оптимизационного метода формирования геометрических размеров зубцовой зоны.
Цель: Снижение пульсаций электромагнитного момента ВИД посредством оптимизации геометрических размеров зубцовой зоны.
Материалы и методы: Для моделирования магнитных полей использовалась программа FEMM 4.2. Реализация оптимизационного алгоритма, а также обработка результатов полевых расчетов осуществлялись в программе MATLAB. За основу для разработки оптимизационного алгоритма был взят метод оптимизации Монте-Карло (метод случайного поиска), а его усовершенствование было достигнуто с помощью математических методов, основанных на теории вероятности.
Результаты: В результате проведения оптимизационных расчетов была получена геометрия зубцовой зоны, обеспечивающая снижение пульсаций электромагнитного момента ВИД со 122 % до 40 %.
Заключение: Приведенные в статье исследования позволяют сделать вывод об эффективности применения при проектировании ВИД оптимизационного алгоритма, а также о целесообразности снятия ограничений на форму зубца ВИД и переходе на криволинейную форму, определяемую в процессе решения задачи оптимизации по заданному критерию.
30-47
К выбору схемы статорной обмотки тягового линейного синхронного двигателя системы MAGLEV
Аннотация
Цель: Анализ электромагнитных процессов в тяговом линейном синхронном двигателевысокоскоростного наземного транспорта (MAGLEV) и обоснование выбора схемы соединения статорной обмотки.
Методы: Аналитическое исследование теоретических соотношений.
Результаты: В ходе исследования установлено, что двухслойная схема соединения статорной обмотки является более предпочтительной.
Заключение: Для системы с однослойной схемой соединения статорной обмотки характерны нагружение соленоидов возбуждения вредными усилиями, неэффективность их защиты от полей высших гармоник статорной обмотки выбором геометрии ее витка и соленоида, образование при поперечном смещении экипажа дополнительной сталкивающей силы. Все эти нежелательные явления отсутствуют при двухслойной схеме.
48-62
Linear Vernier actuator with two movers
Аннотация
Background: Linear motion devices for industrial machines and robots are expected to realize their high efficiency drive and simple structure. Usually, a feed screw mechanism composed of a rotary motor and a ball-screw or slide-screw is employed. However, it has some problems such as the decrease of the drive efficiency, flexibility against external forces, noise, etc. Various linear actuators and motors have been developed utilizing the feature of a direct drive.
Aim: In this paper, we propose a novel linear actuator which 2 movers can be independently controlled using 3-phase and 6-phase superimposed currents for decreasing the size and weight of the system. The proposed linear actuator is driven by the operating principle of a vernier motor which is expected to achieve a high thrust force density per permanent magnet volume.
Methods: The operating principle and the static thrust force characteristics of the proposed linear actuator are verified by an electromagnetic field analysis using 3-D finite element method, and the back electromotive force characteristics are also analyzed. In addition, the dynamic characteristics under position feedback control are analyzed. The control system uses a vector control using PID controller, and the control input is given by the 3-phase and 6-phase superimposed currents.
Results: The static force characteristics were investigated. From the analyzed results, the force interference between the two movers was small. Moreover, the interference of the back electromotive force of the 3-phase and 6-phase movers were not observed. The movers could be independently driven under position feedback control using 3-phase and 6-phase superimposed currents. The dynamic characteristics analyses showed that the mover well followed a target position. From a step response, the time constant and the response of the position feedback system were investigated.
Conclusion: This paper presents a linear vernier actuator with two movers. The basic structure and operating principle of the actuator were described. Moreover, the static characteristics and the dynamic characteristics under position feedback control were analyzed. It was found that the movers can be independently driven.
63-79
Создание нейросетевой математической модели краткосрочного прогнозирования электропотребления электротехнического комплекса участка районных электрических сетей 6-35 кВ
Аннотация
Цель: Разработать математическую модель краткосрочного прогнозирования электропотребления электротехнического комплекса участка районных электрических сетей 6-35 кВ с помощью аппарата искусственных нейронных сетей.
Методы: В работе использованы инструменты регрессионного анализа и аппарата глубокого машинного обучения.
Результаты: Получена нейросетевая модель краткосрочного прогнозирования электропотребления электротехнического комплекса участка районных электрических сетей 6-35 кВ, учитывающая факторы времени, метеорологических условий, отключений отдельных питающих линий электропередач, режима работы потребителей электроэнергии с мощностью свыше 670 кВт, факта наличия центрального отопления и водоснабжения.
Заключение: Разработанная нейросетевая математическая модель сводит задачу краткосрочного прогнозирования электропотребления к поиску матрицы свободных коэффициентов посредством обучения на имеющихся статистических данных.
80-91
Совершенствование методики определения опасного напряжения в смежных линиях связи при магнитном влиянии тяговой сети переменного тока
Аннотация
Обоснование: В настоящее время на железных дорогах РФ существуют препоны для повсеместного внедрения нового способа заземления опор контактной сети, а именно отсутствует теоретическая и экспериментальная оценка электромагнитного влияния тяговой сети переменного тока на смежные линии связи при использовании опор контактной сети в качестве естественных заземлителей.
Цель: Совершенствование методики определения опасного напряжения в смежных линиях связи при магнитном влиянии тяговой сети переменного тока.
Методы: В статье рассматривается магнитное влияние при двух принципиально разных системах заземления опор контактной сети переменного тока – традиционная система заземления на тяговую рельсовую сеть и система без заземления опор контактной сети рельсовую сеть (использование арматуры и фундаментов опор контактной сети в качестве естественных заземлителей).
Результаты: В работе показан недостаток существующей методики расчета опасного напряжения в кабельных линиях при магнитном влиянии, которая имеет ряд серьезных допущений не позволяющих получить объективную картину магнитного влияния на смежные линии при наличии троса группового заземления. На основе существующей методики разработана усовершенствованная математическая модель, позволяющая определить уточненные значения опасного напряжения в смежных линиях связи посредством учета действительной длины троса группового заземления при эксплуатации тяговой сети без заземления опор на тяговую рельсовую сеть. Проведено сравнение полученных значений опасных влияний с нормативными значениями в режиме короткого замыкания и вынужденном режиме. Дана оценка магнитного влияния на смежные линии связи при традиционной системе заземления и системе без заземления опор контактной сети на тяговую рельсовую сеть.
Выводы: Магнитное влияние системы тягового электроснабжения переменного тока с использованием опор в качестве естественных заземлителей меньше, чем при использовании системы заземления опор контактной сети на рельсовую сеть.
92-103
Алгоритм подбора моторных и прицепных вагонов в грузовом поезде моторвагонной тяги по критерию энергетической эффективности
Аннотация
Введение: Повышение эффективности грузовых перевозок является одной из основных задач, стоящих перед железными дорогами мира. Одним из наиболее эффективных решений является внедрения распределенной моторвагонной грузовой тяги. Это позволит существенно повысить эксплуатационный КПД энергетической установки поезда, улучшить его управляемость, снизить величину разрушающего воздействия на путь, увеличить пропускную способности железнодорожных линий и надежность доставок скоропортящихся грузов.
При рассмотрении алгоритма распределения работающих тяговых электродвигателей (ТЭД) по составу моторвагонного грузового электропоезда с учетом условий выравнивания ресурса всех ТЭД моторных вагонов электропоезда делается вывод о возможности повышения энергоэффективности многодвигательного тягового привода модульного грузового электропоезда при использовании предлагаемых алгоритмов управления энергоэффективностью.
Цель: формализация задачи подбора моторных и прицепных вагонов в модульном грузовом электропоезде.
Методы: В статье описан алгоритм подбора моторных и прицепных вагонов в грузовом поезде моторвагонной тяги по критерию энергетической эффективности, преимущества внедрения модульных грузовых электропоездов, указаны основные предпосылки для внедрения распределённой моторвагонной грузовой тяги. Работа основана на теории тяговых расчетов для поездной работы и направлены обеспечение безопасного и энергоэффективного движения по участкам следования.
Результаты: Разработан алгоритм подбора моторных и прицепных вагонов в модульном грузовом электропоезде, основанный на условии обеспечения тяговых и сцепных свойств поезда на расчетных подъемах, освоения всего объема груза, предъявленного к перевозке и энергетической эффективности данного вида тяги.
При использовании предлагаемых алгоритмов управления энергоэффективностью моторвагонного электропоезда (МГЭП) путем подбора моторных и прицепных вагонов, регулирования мощности, числа тяговых двигателей и их распределения по составу МГЭП энергопотребление на участке Медвежья Гора – Новый Поселок может быть снижено на 20,5 % в направлении туда и на 18,9 % в направлении обратно без изменения графика движения. А при сравнении с поездом локомотивной тяги, регулирующим энергопотребление с помощью того же алгоритма на 4,49 % и 3,61 % соответственно. Энергопотребление на участке Кривенковская – Гойтх может быть снижено на 16 % в направлении туда и на 82 % в направлении обратно без изменения графика движения. А при сравнении с поездом локомотивной тяги, регулирующим энергопотребление по тому же алгоритму на 1,61 % и 65,92 % соответственно.
Заключение: Автором предложен алгоритм подбора моторных и прицепных вагонов в грузовом поезде моторвагонной тяги по критерию энергетической эффективности с условием обеспечения тяговых и сцепных свойств на расчетных подъемах. А также алгоритм распределения работающих тяговых двигателей по составу МГЭП с учетом обеспечения требования выравнивания ресурса их работы, недопущения перегрева и переохлаждения ТЭД, повышения управляемости поездом.
104-119
Тяговый линейный асинхронный двигатель для городского МАГЛЕВ транспорта
Аннотация
Обоснование: В настоящее время огромное внимание уделяется проблеме повышения эффективности работы транспорта в крупных городах. Использование городского Маглев транспорта с линейными тяговыми двигателями позволит улучшить транспортную инфраструктуру мегаполисов.
Цель: Предлагается использовать для городского Маглев транспорта тяговые линейные асинхронные двигатели (ЛАД), повышающие безопасность движения нового вида транспорта
Материалы и методы: В данной работе была предложена конструкция тягового линейного асинхронного двигателя, способная повысить усилия поперечной стабилизации и безопасность движения, путем выполнения боковых частей вторичного элемента линейного асинхронного двигателя в виде короткозамкнутых обмоток.
Результаты: Улучшение усилий боковой стабилизацией позволяет повысить безопасность движения экипажа.
120-128
Проблемы финансирования проектов развития транспортной инфраструктуры и основные инвестиционные тренды 2020 года
Аннотация
Обоснование: Реализация масштабных планов развития российской инфраструктуры, прежде всего транспортной, требует соответствующего методического обеспечения как технологии проектирования реализации данных задач, так и разработки должного инструментария их финансирования.
Цель: анализ причин несоответствия программных задач условиям их финансирования; формализация инвестиционных трендов современной экономики и описание возможности их адаптации под российские проекты.
Методы: принцип восхождения от конкретного к абстрактному и обратно позволил выявить важные закономерности инвестиционных трендов и их связи с качеством проектов; принцип системности подтвердил зависимость успешной реализации инфраструктурных проектов от достоверности прогнозов развития экономики и адекватности механизмов финансирования и управления проектами.
Результаты: анализ непрерывных изменений государственных приоритетов и программ, отраженных в большом наборе документов, регулирующих развитие транспортной инфраструктуры в РФ позволил выявить влияние важнейших закономерностей, определяющих результативность данных решений. Систематизированы все доступные источники финансирования проектов транспортной инфраструктуры с учетом объемов вложений и статуса на рынке. Подтвержден вывод о том, что именно долговые источники финансирования, прежде всего концессионные могут быть самыми эффективными в реализации инфраструктурных проектов.
129-145
Обновление основных средств транспортной компании с учетом динамики конъюнктуры рынка
Аннотация
Обоснование: Активное развитие товарно-транспортных связей обуславливает особую важность вопросов влияния конъюнктуры товарных рынков на направления и структуру грузопотоков. Научное осмысление перспектив развития транспортных коммуникаций с целью повышения эффективности товародвижения в соответствии с растущими требованиями экономики к его скорости, надежности и стоимости позволяет определить экономические индикаторы развития транспортной инфраструктуры и потребности в инвестициях в основные средства транспортных компаний.
Цель: Разработка методического инструментария оценки влияния конъюнктуры товарных рынков на процессы обновления основных средств транспортной компании.
Методы: Методологической основой исследования являются труды отечественных и зарубежных ученых, в которых рассмотрены вопросы формирования системы экономических показателей – индикаторов состояния технических средств и систем, проблемы развития железнодорожного транспорта в контексте макроэкономических изменений, а так же особенности инновационной деятельности на железнодорожном транспорте. Для решения поставленных задач использовались метод системного анализа, методы статистического анализа, методы технико-экономических расчетов и др.
Результаты: Предложен методический подход к определению экономических индикаторов, отражающих потребности в инвестициях при обновлении основных средств транспортной компании с учетом динамики конъюнктуры транспортного рынка.
Заключение: Экономически обоснованное обновление основных средств железных дорог не только играет исключительную роль в создании условий эффективного использования их производственных ресурсов и их развития в целом, но и способствует созданию условий удовлетворения платежеспособного спроса на рынке транспортных услуг.
146-160
Методика оценки эффектов от реализации проектов строительства новых линий пассажирского магнитолевитационного транспорта
Аннотация
Обоснование: Целью функционирования систем транспортного обслуживания населения является повышение качества оказываемых услуг при постоянной конкуренции различных видов транспорта за объемы и маршруты перевозок. Для комплексной и объективной оценки эффектов, возникающих при возможном строительстве линии пассажирского магнитолевитационного транспорта, необходима разработка методики, которая сфокусирована на выявлении изменений в качестве транспортного обслуживания населения и в антропогенной нагрузке на окружающую среду.
Цель: Формирование методики, позволяющей осуществить сравнительную оценку комплекса эффектов, возникающих при внедрении в схему организации транспортного обслуживания населения дополнительного вида транспорта – магнитолевитационного.
Методы: Математическая статистика, социологические исследования, сравнительный анализ, моделирование.
Результаты: Для оценки эффективности отдельных видов транспорта для транспортного обслуживания населения разработан подход к определению интегрального показателя потребительской привлекательности вида транспорта; для оценки практических выгод от внедрения магнитолевитационного транспорта разработан подход к оценке прямых и косвенных эффектов, которые закладываются в основу расчета кумулятивного эффекта. Кроме того, сформирован подход к расчету дополнительных эффектов, позволяющих оценить улучшение условий транспортной доступности, производственные эффекты и экологические эффекты.
Заключение: В результате разработки и последующего применения методики оценки эффектов от реализации проектов строительства новых линий пассажирского магнитолевитационного транспорта становится возможным объективно оценить выгоды от внедрения нового вида транспорта в систему транспортного обслуживания населения на отдельном маршруте, что создает предпосылки для использования методики в практической деятельности.
161-173