автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Анализ условий эксплуатации и режимов работы электрооборудования локомотивов и их влияние на надежность поездной радиосвязи

У ПС РФ

'УРАЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВИШАЯ АКАДЕМИЯ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ УРГАПС-УЭМИИТ

Р и л ^а пРава* РУКОПИСИ

2 4 АПР пае

^ ХУДОЖИТКОВ ПЕТР ИВАНОВИЧ

УДК 629.4:656.251.16

. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ЛОКОМОТИВОВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА НАДЕЖНОСТЬ ПОЕЗДНОЙ РАДИОСВЯЗИ

■ Специальность 05.22.0? - Подвижной состав железных

дорог н тяга поездов

'АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

„Екатеринбург - 1995

Работа выполнена в Уральской государственной академии путей

сообщения Российской Федерации (УрГЛЛС-УЭМИИТ).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор,

чл.-корр. Академии Электротехнических Наук Российской Федерации АРЖАННИКОВ ВОРЙС АЛЕКСЕЕВИЧ

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент

11АР1ИИН АНАТОЛИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

Официальные оппоненты - доктор технических няук, профессор,

чл.корр. Академии Электротехнических Наук Российской Федерации МАЗНЕВ АЛЕКСАНДР СЕРГЕЕВИЧ;

кандидат технических наук, доиеНт, чл.-корр. Инженерной Академии с Российской Федерации ГОЛОВИН ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ •

Ведущее предприятие - Свердловская железная дорога

Защита диссертации состоится 1995 г. в Í4.01

на заседании диссертационного сопета К 114.II.01 при Уральской государственной академии путей сообщения Российской Федерации по адресу: 620034, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, Сь, оуа. сЗ

С диссертацией мотно ознакомиться в библиотеке УрГАИС.

Автореферат разослан

11*95 г.

Стзыр на автореферат, заверенный печатью, просим направлять по адресу академии.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических н?'ук, лшент «=»!—

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В повышении эффективности эксплуатационной и технологической работы железных дорог значительная роль отводится диспетчерским системам управления, в состав которых входят различные технические средства.

Особое место в технологическом процессе управления движением поездов1 принадлежит техническим средствам поездной радиосвязи (ПРС). Радиосвязь - единственное средство связи с локомотивами.

Эффективность применения ПРС определяется уменьшением количества остановок и времени простоя поездов на участках и станциях, увеличением участковой скорости и интенсивности движения поездов и, особенно, повышением безопасности их движения.

Эта эффективность наиболее полно проявляется при своевременной обмене служебно-оперативной информацией между машинистом локомотива и руководителями управления движением поездов (поездныма диспетчерами и дежурными по станциям). Оперативность передачи информации цожно гарантировать только при безотказно действущей системе ПРС. Однако в реальных условиях происходит нарушение радиосвязи с локомотивами как из-аа радиоаппаратуры, так и из-за действия радиопомех, создаваемых на электроподвижноа составе за счет изменения режимов работы силового электрооборудования и пом-мутации пуско-регулирущей аппаратуры. Поэтому исследование и разработка путей повышения надежности и помехоустойчивости локомотивной радиоаппаратуры в система ПРС является актуальной задачей.

Решении указанной народно-хозяйственной задачи, связанной с повышением оперативности управления и безопасности движения поездов на участках железных дорог, посвящена диссертационная работа.

Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование условий эксплуатации и режимов работы электрооборудования локомотивов и их влияние на надежность ПРС.

Методика исследования. Решение поставленных задач осуществляется на основе анализа статистической информации и проведении теоретический и экспериментальных исследований.

Теоретические исследования основаны на применении математического аппарата надежности, теории математической статистики, теории марковских процессов, теории переходных процессов в транзисторных каскадах с использованием метода заряда и методов математического моделирования с применением.средств вычислительной , техники, !

о

Научная новизна результатов иссдования.

1. Впервые выполнено исследование влияния режимов работы силовой цепи и цепей управления локрмотивом на эксплуатационную надежность и помехоустойчивость аппаратуры возимых радиостанций (РВ).

2. С использованием теории марковских процессов разработана и проанализирована математическая модель эксплуатационной надежности локомотивной радиосвязи.

3. На основе результатов анализа эксплуатационной надежности радиоаппаратуры и сравнения ее параметров с нормированными данными, данными продолжительности работы, межремонтными пробегами локомотивов, впервые обоснована требуемая величина наработки на отказ передвижных радиостанций.

4. Впервые проведено исследование влияния надежности системы ПРС на показатели потребности подвижного состава.

Практическая ценность. Полученные результаты исследования могут быть использованы П[Ри составлении указаний и инструкций'по эксплуатации и^ремонту электроподвитаогс состава, при расчете межремонтного пробега локомотивов на .участнах переменного и постоянного тока, при нормировании уровней полезного сигнала на электрифицированных участках железных дорог и при организации системы ПРС в метрополитене.

Внедрение результата работы. Практические рекомендации по повышению надежности и помехоустойчивости локомотивной и стационарной радиоаппаратуры внедрены на Свердловской, Целинной, ЮжноУральской, Московской и Восточно-Сибирской железных дорогах.

Апробация. Основные положения диссертации положены и подучили одобрение на 23 различных всесоюзных л отраслевых научно-технических конференциях, семинарах и советах МПС, Свердловской, Восточно-Сибирской. Московской, Целинной и Львгвской железных дорогах, ШИя (ШИШ) и Уральского отделения ДОШЛа. ЛШТа, МИИТа и УЭМШГГа.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 27 статей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения и списка литературы. Работа содержит 198 страниц машинописного текста: 54 иллюстрации, приложение на 30 страницах и список литературы из 91 наименования на 7 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ^

В первой главе, используя результаты обработки собранных автором статистических данных, показано, что наибольшей количество отказов на сети дорог приходится на локомотивную радиоаппаратуру (в среднем 61,8%), а по отдельным дорогам процент ее отказов изменяется в пределах 40,0...85,2^.

Причиной нарушений радиосвязи с мапинистами поездных локомотивов могут быть и помехи, действующие в первую очередь на электрифицированных участках железных дсрог. Так, продолжительность "выключения" стационарной радиоаппаратуры из-за воздействия радиопомех может составлять в течение месяца 4,35...25,б ч. Локомотивные же радиостанции функционирует в eaje более сложной помеховой обстановке.

На основе обобщения результатов статистического анализа отказов системы IPC непосредственно из-за аппаратуры и воздействия помех сформулированы основные задачи исследования, направленные, в первую очередь, на повышение надежности локомотивной радиосвязи. ■

Во второй главе проанализировано влияние радиосредств передачи информации на эффективность и оперативность управления движением поездов.

Анализ оперативной информации, передаваемой по каналу 1IPC, проводился на грузонапряжонных двух- и однопутных участках и станциях Свердловской и Южно Уральской железных дорог.

На основе обработки статистической информации установлено, что интенсивность занятия радиоканала ПРС машинистом поездного локомотива (ТЧМ) составляет Хд « 0,06...0,37 выз/ч, ДСП - kit а а 0,08...0,56 выз/ч, работниками ИГО - Ад » 0,1...О,22 выз/ч. Средняя величина интенсивности равна Аср ■ 0,53 выз/ч, т.е. из 10 локомотивов, находящихся на участке, 5-6 (максимум 8) машинистов в течение одного часа вступают з радиопереговоры по собственной инициативе или по инициативе ДСП.

Статистическими исследованиями по общей методике, разработанной к.т.н. 1D.B. Вавяиовым (ШШ1ЖА), выявлено, что интервалы между вызовами (переговорами) в системе 11РС составляют 0,02... I ч на участках с диспетчерской централизацией (ДЦ) и 0,05...1,6 ч - на участках с автоблокировкой (АБ),

Обобщенные экспериментальные данные по интенсивности использования системы IPC на всех исследуемых дорогах (ННШЖА) позваля-

dt составить представление о трех потоках вызовов в канале ПРС (от Д4Ц, ДСП и ТЧМ), зависящих от размеров движения поездов Nпр и технической оснащенности участков. Причем инициатива переговоров на участках с ДЦ исходит, в основном, от ДНЦ, а на участках с АБ - от ДСП.

Эти экспериментальные результаты аппроксимируются прямолинейной зависимостью вида Л~ Q.Nnp + & • Так, число вызовов мечшу ДНЦ и ТЧМ на участках с ДЦ может быть определено из формулы Л =0,1 Nnp + 0,37. Количество же переговоров между ДСП и ТЧМ на двухпутных участках с АБ зависит от категории станции: для промежуточных станций имеем А » 0,02 Nnp + 1,16, а для узловых станций - К «0,14 Nnp - 7.

Собранные автором и обобщенные результаты обработки статистических данных по передаче оперативной информации по каналу ПРС показывают, что система ПРС используется, прежде всего, для передачи оперативной информации, направленной на увеличение пропуск нои способности участку (в среднем 42,и перерабатывавшей способности станции (17,516), на повышение оборота вагонов и локомотивов (12,to') и безопасности дви:---■ ния поездов (II,Ж) и на улучшение условий труда локомотивных бригад (5,1;?) и др.

На оперативность передачи каждого сообщения в системе ПРС влияют помехи, отказы радиоаппаратуры, длительность посылки вызывного тонального сигнала, использование однокан&льной радиосвязи ¡1 т.п. 8 связи с этим для "оценки работы системы ¡IPC используются показатели - оперативность радиосвязи (свободность радиоканала) Qp , эффективность передачи информации по радиоканалу Фпи время ожидания освобождения канала Ток , вероятность занятости системы ПРС /д* и число локомотивов No/k > 'отадаидих очереди для вхождения в связь.

Анализ Qp показывает, что оперативность радиосвязи достигает экстремального значения Qp = 0,52...О,91 при среднем времени in з 20...40 с и числе переговоров /7 = I...30 выз/ч и при времени на непроизводительные затраты не более Тн 15 с. Поскольку величину /7 нельзя регламентировать, то необходимо оптимизировать время радиопереговоров длительностью не более

tn 40 с, а время должно определяться только про-

должительностью посылки тонального сигнала и не цол»ио посвышать Тн ^ 4 с.

Из анализа показателей !ож , rN и N0K следу, что при

Ыаж ~ I время ояиданмя составляет Тож » 16...62 с (т.е. превышает время переговоров в 1,6 раза), а максимальная вероятность занятости радиоканала достигает Р^ ■ 0,62. Как показывают результаты анализа, существующая одноканальная система ПРС, для которой вероятность занятости радиоканала не превышает Ру ^ 0,4, а число ожидающих в очереди для вхоядения в связь равно » 0,3, обесдечивает оперативность передачи информации на участках,с интенсивным движением поездов ( Млр =» 10...20 поездов/ч), если продолжительность радиопереговоров не более 6,^40 с.

В третьей главе экспериментально исследовано влияние режимов работы силового и вспомогательного электрооборудования 0ПС и нарушения цепей питания (отрыв токоприемника от контактного провода, срабатывание быстродействующего выкличагеля) на уровень помех в электрических цепях локомотива (переходные процессы) и на уровень радиопомех. Переходные процессы исследовались в цепях питания локомотивных радиостанций (непосредственно на клеммах локомотивной аккумуляторной батареи, на входе и на выходе блоков питания РВ) и в транзисторных цепях блоков питания РВ. Радиопомехи измерялись на входе приемников РВ. Здесь же проанализированы реальные условия работы локомотивной радиоаппаратуры, дана количественная оценка эксплуатационной надежности и причин отказов' элементов РВ, предложен и исследован критерий оценки эффективности функционирования канала ПРС.

Переходные процессы, возникающие при изменении режимов работы локомотива и влияющие на работоспособность и надежность его электрооборудования, исследовали ученые (С.Г.Марквардт, Г.Б.Дуран-диц, М.Н.Новиков, Н,Н.Рот-шов, М.Л.Би^уч, В.И.Головин, Д.Д.Захар-ченко, А.В.Фарафонов. Радиостанция также является неотъемлемой частью оборудования локомотивов и одной из задач диссертационной работы является исследование влияния переходных процессов на надежность радиоаппаратуры.

Переходные процессы исследовались на электровозах серий ВЛЮ, ВЛП, ВЛ22М, ЧС2 и ВЛ60 и на тепловозах серии 2ТЭП6.

Экспериментально доказало, что за счет изменения режимов работы локомотива возникают коммутационные выбросы напряжения большой амплитуды, но малой длительности, которые по цени питания воздействуют на транзисторы блоков питания радиостанции, снижая срок их службы. Так, на рис. I представлены осциллограммы переходных

на аккумуляторной батарее и на входе РВ Вп на электровозах ВЛбОК,

процессов, возникающие в цепи питания РВ при изменении регошоз работы электровозов серии BJI6GK. Из анализа осциллограф следует, что при любом изменении рекима работы электровоза происходит одновременное, но кратковременное изменение напряжения на батарее £АЬ , на выходе 1У6ЫХ и на входе РВ Uax • Причем еще до вклочо-нип радиостанция происходит изменение напряжения на зходе и выхода блока питания РВ при п-эдьене пантографа, включении главного быкля-чателя и, особенно, фазораидепителп, при изменении напряжения в сети и включении первого мотор-вентилятора. Цри включении же радиостанции наступает наиболее тяжелый режим работы блока питания РВ. Напряжение Ueb/K ■ +• 200 В в течение отакь короткого времен« (I...4 с) монет изменяться от ПО до 264 В, при этом длительность отдельных нштульсоз составляет 0,,2..Л с, а напряженке на батарее Ела изменяется в пределах 20...70 В (номинальное £ле = 55 В).

На входе блока питания РВ (сы. рис. I) зафиксированы выброси напряжения от 0 до 135 В (относительно + 56 В) в течение очень короткого времени (2...3 с). Причем п калвдом переходном процессе имеется разнополярные выбросы напряжения очень большой амплитуды (соответственно + 90... + 135 и - 20... - 65 В), длительность которых составляет 0,2...О,4 с. Эти выбросы напряжения возникапт при наборе машинистом позиции на контроллере (от I до 14), при остановке локомотива и при движении "Назад". Если ао РВ по цепи питания подключена непосредственно к акцуцуяяторноЯ батарее' (см.рис.1), то влияние различных переходных процессов на блок питания РВ уменьшается в 5...6 раз. ,

Экспериментальная проверка режимов работы транзисторов в блоке питания РВ полностью подтвердила результаты теоретического исследования. В результата расчета и эксперимента доказало, что дробей германиевых транзисторов обусловлен наличием сквозных токов, некачественным формированием фронтов выходного импульса напряжения, плохим тепловым контактом между корпусом транзистора и радиатором и превышением от пород приложенного к триод/ выброса напряжения. Экспериментально установлено, что кремниевые транзисторы п блоках питания РВ выходят из строя только из-за перегрузок по мощности, превышавших норму в 2,..19 раз (рис. 2).

Качество радиосвязи по многом зависит от реальной помеховой обстановки на локомотиве. Известны результаты исследований влияния радиопомех на надежность системы ПРС, полученные под руководством D.В.Вдванова, Э.С.Г'олояина,, Р.М.Шевчука, В.И.Никитина, —

С.И.Тропкина и др. В этих работах не проведен аналиа зависимости помеховой обстановки от серии и режимов работ электровоза, отсутствуют данные сравнения реальных уровней радиопомех о нормированными данными, не указаны основные источники радиопомех на электровозах и не определены причины снижения помехоустойчивости локомотивной радиоаппаратуры.

В свяЬи с этим автором были проведены измерения амплитуды помех на входе приемников РВ. Измерения эти производились на электроподвижном составе, эксплуатируемом на груэонапряженных двухпутных участках Свердловской (электротяга постоянного тока) и Восточно-Сибирской железных дорог (электротяга переменного тора). Общее время измерений помех на Свердловской составляет около 21 ч, а на Восточно-Сибирской - свыше 49 ч.

Из анализа результатов измерений уровней радиопомех н& . электровозах ВЛГО, МП и ВЛ22М и электропоездах 3PI следует:

1. Радиопомехи носят случайный импульсный характер и могут быть разделены на помехи от внутреннего (внутрикузовного) электрооборудования и на помехи от наружного токосъема.

2. Уровни радиопомех при подъеме и опускании токоприемника с включенными вспомогательными машинами соизмеримы с уровнем радиопомех при движении электровоза с номинальным тяговым током и о уровнем радиопомех при нарушении контакта при токосъеме. При этом уровень радиопомех находится в пределах 20...87 дБ.

3. Радиопомехи от работы внутрикузовного электрооборудования изменяются от 10 до 75 дБ и в основном определяются радиопомехами, создаваемыми мотор-компрессором и мотор-вентилятором. Уровень ра-> диопомех на входе РВ от компрессора в рабочем режиме составляет 12...40 дБ, а при его включении в работу и при отключении соответственно 12...70 дБ и 40...56 дБ. При работе же вентилятора соответственно имеем 20...52, 35...77 и 20...60 дБ.

4. Максимальный уровень радиопомех на входе РВ наблюдается вблизи тяговых подстанций и пределы его изменения при движении поезда без потребления электровозом тягового тока могут составлять 45...75 дБ.

5. Помеха, наводимая на входе РВ при рекуперации с включенными вспомогательными машинами, достигает 50... 80 дБ и действует . в течение всего времени рекуперации практически без изменения.

Цри этом'нижний уровень радиопомех (50 дБ) превышает минимальный уровень от внутреннего электрооборудования на 40 дБ, верхний -

6С

дь.

6. Уровни радиопомех на входе РВ при движении электровоза с тяговым тоном превышают предельно допустимую норну (58 дБ) на 2 -29 дБ.

Из анализа обобщенных данных измерший уровней радиопомех (логарифмически - нормальный закон'распределения) следует, что на входе РВ уровни помех на станциях и на ЭПС постоянного тока в движении но превосходят 64 дБ Сна уровне 0,8 интегральной вероятности) , а средневероятносткый уровень импульсных помех равен 54 дБ. Минимальный уровень импульсных радиопомех на входе РВ не превышает 44 дБ при уровне интегральной вероятности 0,8.

Радиопомехи на ЭПС переменного тока исследовались на грузовых и сдвоенных поездах, эксплуатируемых на грузонапряженшх двухпутных участках Зиме. - Нншеудикск - Тайшет - Вихоревка в различные времена года. Обобщенный анализ измерений радиопомех на входе РВ показывает, что средневероятностный уровень радиопомех на электровозах серий ^ЛбО, ВЛ80 и ВЛЗэ при движении на станциях и на перегонах составляет 54 и 62 дБ соответственно.- На уровне 0,8 интегральной вероятности уровни радиопомех при движении электровозов на станциях и на перегонах не превосходят соответственно 64 и 68 дБ. Минимальный уровень радиопоыех ¡три уровне интегральной вероятности 0,8 не превышает 48 дБ.

Следовательно, уровень сигнала, если учесть средний уровень икпульскых радиопомех и отнмденне сигнал/поцеха, равное двум, доляен быть при электротяге постоянного тока 60 дБ, а згри электротяге переменного тока - 68 дБ. При таких уровнях полезного сигнала на входе приемников РВ, как показали экспериментальные исследования на различных локомотивах, обеспечивается уверенная и устойчивая радиосвязь л с хорошей разборчивостью.

Результаты анализа показывают, что условия эксплуатации локомотивной радиоаппаратуры удовлетворяет требованиям Г0С1а 16019-78 и отраслевым ТУ только по частоте вибраций и по величине ускорений, а степень' воздействия амплитуды вибраций (10...20 мм), ударных нагрузок (до 40 § ) и, особенно, температуры окружающей среды (+ 45...+ 71°С) превышает нормативные показатели сггтветпт-венно в 5...10; 1,6 и 1,4 раза. Реально оксплуатапия аппаратуры РВ соответствует нормам по теплоустойчивости, если радиостанция устанавливается в кабине машиниста локомотива (+ -¡5... + ''>0ПС).

На' основе результатов статистической оценки эксшг^г-'цдиг'ннсч1

надегкности аппаратуры РВ установлено, что приработка радиоаппаратуры составляет только полгода, а минимальная наработка на отказ для РВ - 1000 ч. Во время двияения локомотива на тяговом плече радиостанция не обслуживается и в случае ее отказа общее время ее ремонта может составлять максимум 20 ч.

Из результатов анализа следует, что за год может быть от 2 до 8 отказов РВ. Блоки питания РВ иыеот 33...65% отказов, на пробой транзисторов приходится в среднем за год 35...87% отказов. Выходы из строп РВ из-за воздействия механических нагрузок сос-тавляпт в среднем за год 20...2Ь%.

Для обобщенной оценки надежности аппаратуры РВ используется интегральный показатель "реальная эффективность", который позволяет более точно охарактеризовать работоспособность радиоаппаратуры на локомотиве.

Выражение для показателя "реальная'эффективность" получпп я следущем виде:

ЕР(ТЛ)- ГШ РЛ)-Рфп)■ 0Р =Рог(^1)-£„,

где Г- фушщия готовности радиоаппаратуры;

Ро(7о) ~ вероятность безотказной работы РВ на перегоне;

Раг({ -вероятность оперативной готовности аппаратура

и РВ;

Р( —: ) - показатель помехоустойчивости РВ;

ил '

Ыр ~ показатель оперативности радиосвязи;

■ Ео-Р(ис/ип) (2Рг

На основе анализа кривых Ьр(^о) и с учетом требований ГОСТ 13216-74 доказало, «о минимальная наработка на отказ локомотивной радиоаппаратуры должна быть не менее То " 4000 ч, и, если оперативность радиосвязи равна 0Р = 0,52...О,91, зависит от помехоустойчивости, величина которой, как показали исследования уровней радиопомех и сигнала на станциях и перегонах, не доляна быть ни»е Р(ис/11/7} ^ Тогда предельная величина пока-

зателя "реальная а'1фектипность" не может быть более 0,9.

Основная значимость введенного критерия "реальная эффективность" состоит в том, что с его помощью однозначно оценивается эффективность работы аппаратуры РВ в различных эксплуатационных условиях и обобщается основные функции мобильной радиоаппаратуры готовность, безотказность, помехоустойчивость и оперативность

радиосвязи. Нроие того, этот интегральный критерий позволяет сравнивать не только однотипные системы, но и системы различного функционального назначения. ,

В четвертой главе разработана на основе аппарата марковских процессов математическая модель радиосвязи с машинистами поездных локомотивов. В модель введены параметры надёжности аппаратуры локомотивных и стационарных СРС) радиостанций и временные параметры влияния радиопомех. Влияние переходные процессов учитывается в наработке на отказ аппаратуры РВ. Математическая модель позволяет определить эксплуатационную надежность радиосвязи с ■ »машинистами поездных локомотивов ори движении поезда. Максимальное время непрерывной работы локомотива меяду заходами в депо для профилактического осмотра, как установлено в процессе эксперимента, равно 23 ч. Цри этом общее время нахождения локомотива вне основного депо приписки составляет ?...15 суток (168...360 ч).

На основе марковских процессов составлен граф состояний обеспечения радиосвязи с машинистом поездного локомотива (рис. За). Здесь обозначено: 5о - работоспособное состояние аппаратуры РВ и РС во время движения локомотива, 5, и - состояние отказа соответственно РВ и РС, -5з - состояние воздействия радиопомех, Б2/ - состояние одновременного отказа РВ и РС, Б^/ и 5^3 -состояние воздействия радиопомех и отказа РВ или РС, S/zi - состояние полного прекращения радиосвязи, А/ и , Д2 и - параметр потока отказов и интенсивность восстановления соответственно аппаратур I РВ и РС, Лз и .Аз - частота появления и интенсивность воздействия радиопомех.

Вероятности пребывания системы ПРС в том или ином состоянии рассчитывались в установившемся режиме (при ^ —- <=о ) и с учетом нормированного уравнения Ра + Рц * Ргъ = Л Получены следующие формулы для расчета вероятностей указанных состояний:

Р° ' / + ' 1 = .....*>

¡■•о

~ Во Ро £ ~ В/ Ро > Рз ~ Вг Ра I р2!~ В $ Ра Рп Вч Р? > Рц ~ В5Р0 ') Рпь ~ Вв Ра , где Вг - /(Л/ ; Аг \ /1з № >/4 ¡Рь) -

б)Ро(Та)

о, я

0.3 0,7 ОА

0.5 0.45

(аззч /и, = /¿7/-/; Лг =&/'/<? о.9зз\, . , о,9973 Аз = /оо'/у; Аз ~ О,/ '/ч

0,90375 М ; /1а 1 = 4/я

///=/ /12 =0 OOf'/с,

> Л3 0.999

О.Ч97 1

о ьоа ¿оа /200 /боо ¿ООО гьоо % Т0=*/Лц

Рис. 3. Граф состояний (а) и зависимости, вероятности

обеспечения локомотивной радиосвязи от различных • параметров'(б). - ■

зависящие от параметров потока отказов и интенсивности ¿осстанои-лешш аппаратуры РВ и РС, частоты появления и интенсивности воздействия радиопомех.

Анализ результатов расчета вероятности ооеспеченик (достоверности) радиосвязи Р0 показывает, что при наработке на отказ локомотивной радиоаппаратуры То 7?'1 200 ч (рис. 3, б) надежность радиосвязи с двнкущиися локомотивом зивиснт только от временных параметров воздействия радиопомех. Так, 4,Ц1Я обеспечения не ниже 90% достоверности радиосвязи необходимо иметь соотношение между временем "'появления помех ТПа ~ б^з и временем их воздействия Т&л •= 1/jHs не м?нее Тип ¡T&n ш Следовательно, при организации радиосвязи с машинистом поездного локомотива на , участке железной дороги на первый план вццвигается информационная надежность аппаратуры РВ (в зтоы случае значение То » 200 ч в 10...20 раз больше времени движения локомотива от основного до оборотного депо), которая зависит от интенсивности воздействия и частоты появления радиопомех (см.-рис. 3,6). Повышение информационной надежности аппаратуры РВ и РС (увеличение интервала ыевду временами Тпп и Твп ) возмогло только при условии увеличения уровня полезного сигнала на входе приемника, прежде всего, локомотивных радиостанций.

В пятой главе предложен комплекс мероприятий по повышенна эксплуатационной наде;шостн поездной радиосвязи, включающих в себя практические рекомендации по увеличению аппаратурной надежности, помехозащищенности и помехоустойчивости аппаратуры РВ. На основе повышения эксплуатационной надежности систем ПРО даны рекомендации по уточнения сроков мелфемонтного пробега и снижении потребности количества электровозов. Результаты экспериментальной проверки показывают, что только за счет устранения пробоя транзисторов непосредственно в блоках питания надежность радиостанций увелита-' вается в 2...4 раза. При этом наработка на отказ аппаратуры РВ составляет не менее Т0 ^ 4000 ч, что соответствует межремонтному пробегу локомотивов. Другим способом повышения надежности аппаратуры РВ является подключение радиостанций непосредственно к аккумуляторной батарее. Более существенное увеличение надежности локомотивной радиоаппаратуры достигается при одновременном использовании указанных виде способов.

Докапано, чт< при Та ;=г 2000 ч и при времени ремонта £ 5 ч, необходимо иметь резервной аппаратуры РВ не более Ка Ъ%.

Теоретически и экспериментально исследована усовершенствованная схема согласования с локомотивной антенной и зксперимен- " тально доказано, что при использовании новой схемы согласования излучаемая передатчиком модность и уровень полезного сигнала на входе приемника РВ увеличиваются на 2...12 дБ. Разработаны и исследованы практические рекомендапии по снижению уровня шумов в кабине машиниста в 2...3 раза. Уровень шумов снижается за счет модернизации схем приемника РВ и антенно-согласующего устройства и улучшения электрических параметров локомотивной антенны. Рекомендовано для снижения уровня радиопомех включение конденсатора в фильтрах помехоппдавляицих устройств локомотивов с тангенсам угла потерь не более 0,005.

Главным требованием при организации системы ПРС является создание стационарными радиостанциями (PC) вдоль полотна железной дороги такого уровня ради опеля полезного сигнала, при котором обеспечивается уверенная радиосвязь.

В результате расчета и экспериментальных измерений уровня сигнала на участках Свердловской, Восточно-Сибирской и Целинной железных дорог установлены причины снижения уровня полезного сигнала вдоль железнодорожной трассы. Разработаны новые способы эффективной передачи высокочастотной энергии от PC в направляющую лидаю, проверенные в эксплуатационных условиях и позволяющие увеличить уровень полезного сигнала вдоль железнодорожного полотна на 6___30 дБ (в 2...'12 раза).

Оснащение участков железных дорог и локомотивов радиоаппара- • турой позволяет получить более эффективную .систему управления поездом с постоянно независимым и раздельным резервированием устройств СЦБ. Расчет показывает, что при повышении надежности ПРС количество подвитого состава может быть сокращено на 1,0...2,4% за счет приращения пропускной способности участка железной дороги и еще на 0,3... 1,03! - за счет увеличения участковой скорости движения поездов.

0СН0ВННЕ В Ii ВОДУ

i. Проведены экспериментальные исследования уровней помех, создаваемых силовым и вспомогательным оборудованием ЭПС и нарушением контакта ток ость ома. Получены результаты статистического анализа уровней помех в электрических цепях ЭПС (переходные процессы) и на входе аппаратуры РВ (радиопомехи).

2. Доказано влияние изменения режимов работы силовой цепи

и цепей управления локомотивом на надежность и помехоустойчивость радиостанций. Экспериментально установлено, что базовые элементы в блоках питания РВ выходят из строя за счет воздействия повышенных уровней напряжения, превышающих в 2-3 раза номинальное напряжение источника питания. Установлено, щ\о экстремальные воздействия связаны с изменением режима работы силового электрооборудования, а также с кратковременными токовыми перегрузками и перенапряжениями в транзисторах в режимах переключений.

3. На основе использования теории марковских процессов разработана и проанализирована математическая модель, практическое использование которой позволяет без проведения экспериментальных исследований получить необходимые показатели эксплуатационной надежности локомотивной радиосвязи. Доказано, что для устойчивой радиосвязи с движущимся локомотивом необходимо обеспечить не менее чем 90£-ю информационную надешость.

4. На основе результатов анализа эксплуатационной надежности аппаратуры РВ, сравнения ее параметров с нормированными данными, реальной продолжительностью работы, мезиремонтными пробегами локомотивов обоснована требуемая величина наработки на отказ РВ. Установлено, что минимально допустимая наработка на отказ аппаратуры РВ должна быть не менее 4000 часов.

5. Доказано, что в зависимости от величины приращения надежности системы ПРС обеспечивается сокращение потребности подвижного состава н" 1,8...3,4$.

6. Исследованы и разработаны практические рекомендации по эффективному повышении надежности и помехоустойчивости локомотивной радиоаппаратуры, которые внедрены на Свердловской, ВосточноСибирской, Южно-Уральской и Московской железных дорогах. В результате внедрения только рекомендаций, практически полностью устраняющих отказы транзисторов в блоках питания локомотивных радиостанций, получен на дорогах годовой экономический эффект в сумме 10...20 тысяч рублей. Кроме того, за счет внедрения на диспетчерском участке практических рекомендаций по повышению надежности системы ПРС сумма дополнительного экономического эффекта составляет за год 2,5 тысячи рублей (в ценах 1991 года).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах автора:

1. Анализ надежности локомотивных радиостанций // Автоматика, телемеханика и связь. 1973. - № 8. - С. 6-9.

о

2. Оценка реальных условий работы локомотивной радиоаппаратуры. Труды ЛИШа. - Вып. 378. 1974. - С. 70-75.

3. Локомотивной радиоаппаратуре - работать безотказно // Автоматика, телемеханика и связь. 1974. - № 10. С. 23-26.

4. Расчет переходных процессов при переключении транзисторов в схемах блоков питания локомотивных радиостанций. Труды УЭМИИТа. Свердловск. - Вып. 46. 1975. С. 125-140.

5. "Реальная эффективность" - основной критерий оценки работоспособности аппаратуры локомотивных радиостанций при организации радиоканала в системе поездной радиосвязи. Труды УЭМШГГа. - Свердловск. 1976. - Вып. 52. - С. 83-89.

6. О влиянии надежности и восстанавливаемости на безотказность работы локомотивной радиоаппаратуры. Труды УЭМИ1ГГа. Свердловск. 1976. - Вып. 52. С. 75-62.

7. Определение количества резервной аппаратуры локомотивных радиостанций // Автоматика, телемеханика и связь. 1981. - Н. -С. 16-17.

8. Исследование влияния источников бортовой сети локомотивов на работу радиостанций. В сб.: Техническое обслуживание устройств железнодорожной технологической радиосвязи. Труды ВНИИШТа. - М.: Транспорт, 1985. - С. 73-80 (соаитор - Обухова Л.А.).

9. Математические модели, учитывающие специфику функционирования канала ПРС. В сб. : Передача информации в системах транспортной связи. Свериловск. УЭМШГ. 1987. - С. 113-122. Деп. в ЦНИИТЭИ МПС ¡(5 3983 - ж.д. 87.

10. Защита блоков питания ЖР-ЗМ от перенапряжений и сквозных токов // Автоматика, телемеханика и связь. 1979. # 4. - С. 24-25 (спавторы Киселев В.В.. Минеев А.С;).

ГГ. Ппмеховая обстановка на локомотиве и помехоустойчивость радиостанций 42 РПй-А2-,!М. В сб. •' Тезисы докладов НТК "Расширение сферы применения на железнодорожном транспорте современных'средств радиосвязи". - М. : 153]. - С. 82-84.

12. Исследование режимов переключения транзисторов в блоках питания локомотивных радиостанций. - Свердловск. УЭМИИТ; 1988.■ - 47 с. Деп. в ЦНИИТЭй ШС № 4390 - ж.д. 88.

13. 0 выборе методов борьбы-с радиопомехами при°организации радиосвязи с подвижными объектами на ж.д. транспорте. - Сверд-лиьск. УЭМИИТ.' 1988. - 24 с. Дед. в ЩИйТЭИ МПС № 4600 - ж.д. 88.

14. Повышение иадешости элементов радиостанций типа 42 РТЫ-А2-ЧМ. Информ. листок ДЦНТ-Л № 18663. - Свердловск. 1984 - 3 с. (соавторы - Ициксон А.И., Обухова Л.И.).

16. Технико-экономическая оценка эффективности повышения надежности системы поездной радиосвязи на диспетчерском участие. -Свердловск. УШЖЕГ. 1990. - 7 с. Деп. в ЦНИИТЭИ МПС № 5173 - ж.д. 90.

" 16. Экономический эффект от внедрения практических рекомендаций по повышению надежности блоков питания радиостанций 42 Р1М-А2-ЧМ. - Свердловск. УЭМИИТ. 1990. - 5 с. Деп. в ЦНИИТЭИ ШС № 5174 -ж.д. 90.

17. Статистический анализ и оценка потока информации в канале поездной радиосвязи, - Свердловск. УЭМИИТ. 1990. С. 55-83. Отчет по НИР ЭТ-101/1. ДСП № госрегистрации 01860073969.

18. Статистический анализ и оценка надежности и причин отказов локомотивной радиоаппаратуры в системе технологической железнодорожной радиосвязи. - Свердловск. УЭМИИГ. 1990. - 40 с. Деп. в ЦНИИТЭИ МПС № 5394 - ж.д. 90.

19. Статистические характеристики помех на входе локомотивных приемников в системе поездной радиосвязи гектометрового диапазона. - Свердловск. УЭМИИТ. 1991. 24 с. Деп. в ЦНИИТЭИ МПС

№ 5465 - ж.д. 91.

20. Анализ помехоустойчивости радиосвязи, помехозащищенности радиоаппаратуры и разборчивости речи. - Свердловск. УЭМИИТ. 1991. - 37 с. Деп. в ЦНИИТЭИ ШС № 5466 - ж.д. 91.

21. Повышение эффективности передачи ВЧ-энергии по направляющим линиям в системе ПРС // Автоматика, телемеханика и связь. 1988. - № 12. - С. 15-17 (соавторы - Михалев А.Н., Шнцрев Б.Т.).

22. Оценка эффективности передачи оперативной информации по каналу поездной радиосвязи гектометрового диапазона. - Свердловск. УЭМИИт. 1991. - 12 с. Деп. в ЦШТЭИ МПС № 5493 - ж.д. 91.

23. Влияние надежности поездной радиосвязи на пропускную способность железных дорог // Вестник ШИПИ. 1991, - № 2. - С. 42-4'

24. Эффективность приема оценки поездной радиосвязи // Элект$ ческая и тепловезная тяга (Локомотив). 1992, - № 3. - С. 30-31.

25. Анализ и пути повышения эффективности антенно-фидер-ного тракта локомотивных радиостанций в системе поездной радиосвязи гектометрового диапазона. - Свердловск. УЭМИИТ. 1991. - 24 с. Деп. в ЦНИИТЭИ МПС №> 5580 - ж. д. 91.

26. Повышение эффективности локомотивных антенн поездной радиосвязи. - Свердловск. УЭМИИТ. 1993. - 10 с. Деп. в ЦНИИТЭИ МПС № 5839 - ж.д. 93.

2?. Анализ эффективности помехолодавлятадих устройств на электровозах переменного тока. ~ Свердловск. УЭМИИТ. 1993.- 7с. Деп. в ЦНШТЭИ МПС * 584С - ж.д. 93.