автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Улучшение использования тяговых свойств электрического подвижного состава с двигателями постоянного тока

005048162

КАЛИНИНА АННА АНДРЕЕВНА

УЛУЧШЕНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ тяговых свойств ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА С ДВИГАТЕЛЯМИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Специальность 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 ЯНЗ 2013

Санкт-Петербург 2012

005048162

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения» на кафедре «Электрическая тяга»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

МАЗНЕВ Александр Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, заведующий

кафедрой "Электрический транспорт" ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет» (НПИ), г. Новочеркасск КОЛПАХЧЬЯН Павел Григорьевич

кандидат технических наук, доцент кафедры "Электрическая тяга" ФГБОУ ВПО «Уральский государственный университет путей сообщения» (УрГУПС), г. Екатеринбург УСОВ Владимир Андреевич

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Национальный

исследовательский университет «Московский энергетический институт».

Защита состоится «22» января 2013 г. в «11» час «00» мин. на заседании диссертационного совета Д218.008.05 на базе ФГБОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения» по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., д.9. ауд. 5-407.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения».

Автореферат разослан «21» декабря 2012 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять в адрес ученого совета университета.

Ученый секретарь <

диссертационного совета

д.т.н., профессор Виктор Александрович КРУЧЕК

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Железнодорожный транспорт России играет важную роль в создании условий перехода на инновационный путь развития национальной экономики и обеспечения ведущих позиций в мировой экономической системе. В «Стратегии развития железнодорожного транспорта Российской Федерации до 2030 года» отмечается необходимость повышения экономии энергетических ресурсов, увеличения пропускной и провозной способности железных дорог.

Важнейшим показателем эксплуатационных качеств локомотива является реализуемая им сила тяги. Изменяющийся в широких пределах коэффициент сцепления колеса с рельсом существенно ограничивает эффективное использование мощности электродвигателей (тэд) электрического подвижного состава (эпс) в режимах тяги и электрического торможения. Песок, подаваемый для улучшения сцепления, загрязняет верхнее строение пути, повышает износ бандажей колесных пар, увеличивает сопротивление движению.

Боксование колесных пар снижает силу тяги электровоза вследствие изменения нагрузки двигателей и ухудшает условия работы элементов тягового привода. Например, в 201 I году на Северной железной дороге выявлено 2837 боксований (рис.1).

ВЛ801

Рис. 1. Распределение числа случаев боксований на Северной железной дороге

Для своевременного предупреждения, обнаружения и ликвидации скольжения колесных пар эпс, которое может привести к разносному боксованию при тяге или заклиниванию колесных пар в режимах торможения, необходимо совершенствовать применяемые и разрабатывать новые схемные решения устройств обнаружения процесса скольжения,

1

методы и средства ликвидации его на начальной стадии, создавать условия для наиболее эффективной реализации силы тяги и торможения, за счет использования полупроводниковых приборов и преобразователей на их основе (рис.2).

і Системы ликвидации I боксования

/Очистка поверхности ( рельсов и бандажей V колесных пар

Добалансировка

^ Подсыпка песка^)

Улучшение условий реализации тяговых свойств подвижного состава

Улучшение использования сцепного веса

Системы плавного регулирования напряжения

Совершенствование механической части

Электромагнитные \ догружатели 1

Рис.2. Способы улучшения тяговых свойств подвижного состава с двигателями постоянного тока

Для снижения вероятности возникновения скольжения колесных пар целесообразно применять очистку поверхности рельсов от загрязнений, например, с помощью лазеров, при которой не расходуются дополнительные материалы (вода, эмульсия, химические вещества, электроды), поверхность рельсов не нарушается, остаточные химические вещества отсутствуют, воздействие на экологию незначительно.

Целью работы является улучшение условий реализации тяговых свойств электрического подвижного состава с двигателями постоянного тока за счет очистки поверхности рельсов лазером.

Для достижения сформулированной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Произвести анализ существующих способов улучшения реализации тяговых свойств подвижного состава.

2. Обосновать целесообразность применения лазера для очистки поверхности рельсов.

3. Определить требуемые параметры лазерного излучения.

2

4. Выполнить экспериментальные исследования эффективности данного способа очистки.

5. Оценить влияние лазерного излучения на обрабатываемые поверхности.

Методика исследований. В диссертационной работе использованы методы расчета электрических и магнитных цепей, теория электрической тяги, методы планирования эксперимента, экспериментальные и аналитические исследования.

Научная новизна диссертационной работы:

1. На основе анализа процесса реализации силы тяги выявлено, что наряду с использованием устройств обнаружения и ликвидации скольжения колесных пар эпс необходимо для предупреждения развития боксования и юза применять очистку поверхности рельсов от загрязнений, плавное регулирование напряжения на тяговых двигателях и изменение жесткости тяговых характеристик. На схемные решения систем обнаружения и ликвидации боксования колесных пар получено пять патентов на полезные модели.

2. Доказана возможность улучшения использования тяговых свойств электрического подвижного состава за счет воздействия лазерного излучения на поверхность рельсов.

3. Рекомендован к применению для очистки поверхности рельсов лазер волоконного типа.

4. Выявлена зависимость коэффициента трения между колесом и рельсом от параметров лазерной установки с помощью функционального метода интерполяции точек.

5. Доказано, что лазерное излучение не оказывает влияние на структуру рельсовой стали.

На защиту выносится:

1. Комплекс мер, включающий в себя эффективную очистку поверхности рельсов, выявление начальной стадии развития и ликвидации процесса скольжения колесных пар и регулирование жесткости тяговых характеристик электровоза.

2. Целесообразность использования лазерной технологии очистки поверхности рельсов.

3. Рекомендации по выбору типа лазера для очистки рельсов.

4. Зависимость между параметрами лазера и коэффициентом трения колеса с рельсом.

5. Результаты экспериментальных исследований влияния лазерной очистки рельсов на реализацию силы тяги двигателей. Практическая ценность:

1. Показана возможность использования лазеров для очистки поверхности рельсов в пусковых режимах эпс.

2. Определены необходимые параметры рекомендуемого волоконного лазера (мощность излучения, плотность мощности, диаметр выходного пучка).

3. Предложены устройства выявления боксования колесных пар, отличающиеся быстродействием и независимостью от влияния расхождения диаметров колесных пар и характеристик тяговых двигателей.

4. Получены выражения для оценки пульсаций тока возбуждения в обмотках тяговых двигателей с регулируемой жесткостью тяговых характеристик при питании от импульсных преобразователей.

5. Выявлено функциональным методом интерполяции точек влияние параметров лазерной системы очистки на коэффициент трения колес о рельсы.

Достоверность основных теоретических положений и работоспособность предложенных технических решений подтверждена результатами экспериментальных исследований на лабораторных стендах и электровозе ВЛ10.

Реализация и внедрение результатов работы. Изготовлен лабораторный стенд лазерной очистки поверхности рельсов.

Апробация работы. Диссертационная работа обсуждалась на заседаниях кафедры «Электрическая тяга» в 2007 - 2012 годах. Основные результаты работы прошли апробацию на: научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Шаг в будущее», Санкт-Петербург, ПГУПС в 2007 - 2010 годах; международных симпозиумах «El'trans' 2007, 2009, 2011», СПб, ПГУПС, 2007, 2009, 2011; Всероссийской научно-технической конференции «Транспорт, наука, бизнес: проблемы и стратегия развития». - Екатеринбург, УрГУПС, 2008; Международной научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки. -Хабаровск, ДВГУПС, 2008; Международной конференции «Современные технологии - транспорту», СПб, ПГУПС, 2009; International Conference "Fundamentals of Laser Assisted Micro - and Nanotechnologies" (FLAMN -

10). - СПб, СПб ИТМО, 2010; X Международная конференция «Трибология и надежность», СПб, ПГУПС, 2010.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 17 печатных работах, из них 4 публикации в изданиях, которые входят в перечень, рекомендованный ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 144 страницы состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников (121 наименование) и 3 приложений. В работе 14 таблиц и 80 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и практическая значимость, определены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены существующие способы улучшения условий реализации тяговых свойств подвижного состава.

Значительный вклад в теорию сцепления колес с рельсами, использование сцепного веса, оценки и повышения тяговых свойств подвижного состава внесли ученые: А.Е. Алексеев, И.П.Исаев, H.H. Сидоров, В.Е. Розенфельд, Б.Н. Тихменев, JI.M. Трахтман, Г.В. Фаминский, Е.Г. Бовэ, В.Г. Лисицын, В.П. Феоктистов, A.C. Курбасов, Г.В. Самме, A.B. Плакс, П.И. Гордиенко, В.Д. Тулупов, В.И. Некрасов, А.М. Дядьков, а также зарубежные ученые Д. Калкер, Ф. Картер, Б. Мейер, Е.Е. Зеефельнер и другие; организации, научные институты, университеты, заводы: МГУПС (МИИТ), МЭИ, ПГУПС, УрГУПС, ДВГУПС, ОмГУПС, ВНИИЖТ, ВЭлНИИ, НЭВЗ и т.д.

В многообразие факторов, влияющих на возникновение боксования колесных пар локомотивов из-за снижения коэффициента сцепления на 2030%, наряду с другими, входит состояние поверхности рельсов.

На основе анализа процесса реализации силы тяги эпс с двигателями постоянного тока определены направления совершенствования систем обнаружения и прекращения боксования колесных пар, сформулированы требования к устройствам и разработаны схемы с использованием современной полупроводниковой и микропроцессорной техники.

Показана необходимость и целесообразность комплексного воздействия на систему «колесо-рельс» за счет эффективной очистки

поверхности рельсов, использования чувствительных схем обнаружения и ликвидации боксования (юза), обеспечивающих ограничение развития или прекращение скольжения колесных пар.

Во второй главе произведен анализ способов предупреждения боксования за счет изменения жесткости характеристик тяговых двигателей постоянного тока, плавного регулирования напряжения на двигателях и очистки поверхности рельсов.

Многочисленные исследования процесса реализации силы тяги показали, что одним из эффективных средств улучшения тяговых свойств подвижного состава является повышение жесткости характеристик двигателей за счет смешанного и независимого возбуждения. Эффективность такого способа возрастает при импульсном регулировании напряжения.

На рис. 3 изображена двухфазная (т,|,-2) схема импульсного регулирования напряжения с последовательным соединением всех обмоток возбуждения двигателей 1...4, якоря которых включены попарно-параллельно и образуют совместно с обмотками возбуждения двигателей 0В1...0В4 две фазы.

У0 2

Рис.3. Двухфазная схема импульсного регулирования

Получены выражения для определения пульсаций тока возбуждения в обмотках, включенных последовательно и якорей, соединенных последовательно-параллельно. Для т-фазной системы:

3 <- 1 а л/ ._и<<-яф(1-тфлф). ,п

где Хф = Л^/Т - фазный коэффициент заполнения (Л^ - время потребления энергии источника питания за период Т);

^Ф 21.к.

Ья - индуктивность обмотки якоря;

- индуктивность обмотки возбуждения;

/ф — частота преобразования;

А 1„ — пульсация тока возбуждения;

V'¡1 - напряжение питания.

Импульсные регуляторы напряжения в многофазном исполнении дают возможность выравнивать при необходимости токи параллельно соединенных групп двигателей за счет изменения коэффициентов заполнения фаз. Ток возбуждения может регулироваться импульсным преобразователем УБ в пределах от 1ф до 21ф, в результате чего тэд приобретает свойства двигателя с независимым возбуждением, склонность к боксованию которых меньше, чем у тяговых машин с последовательным возбуждением.

Анализ способов очистки поверхности рельсов (табл.1) показал преимущества лазеров по сравнению с другими техническими средствами.

Таблица 1 - Анализ способов очистки рельсов

Метод очистки Объем загрязнений Повреждения рельсов и подвижного состава Эффективен при скорости движения, км/ч Дополнитель ные расходные материалы

растет не изменяется падает

Химический да незначительные 15-20 да

Электроискровая обработка да Значительные (в 1,5 раза больший износ) 15 нет

Водяной да нет 5-30 да

Плазменный да нет до 20 нет

Лазерный да нет до 64 нет

В третьей главе показан механизм очистки поверхности лазерным излучением, даны рекомендации по выбору типа лазера для удаления загрязнений с поверхности рельсов, а также произведен расчет его параметров.

На основании анализа характеристик и свойств лазеров для очистки рельсов рекомендуются волоконные лазеры, имеющие значительный кпд (до 25%), большую мощность излучения (до 30 кВт) и значительный ресурс работы (более 100 тыс. часов), устойчивость к механическим и тепловым воздействиям при малых массогабаритных показателях и низкой стоимости эксплуатации и обслуживания.

Большое значение для предотвращения термического воздействия лазерного изучения на материал рельсов имеет контроль времени взаимодействия луча с обрабатываемым материалом. Чем короче импульс и выше плотность мощности, тем эффективнее удаляются загрязнения и тем короче время термического воздействия на очищаемый материал. В связи с этим был выбран волоконный лазер с длительностью импульсов в наносекундном диапазоне.

Зная пороговую плотность мощности (необходимую для нагревания поверхности до заданной температуры), можно регулировать параметры лазера, чтобы избежать негативного влияния на рельсы. Для рельсовой стали критичной является температура 727 °С, при которой пороговая плотность мощности <7 лазера для удаления загрязнений составит 8,74-101О£от/л*2. Исходя из температуры нагрева поверхности, достаточной для эффективного удаления различных типов загрязнений, но не вызывающей структурных изменений в материале рельса (Т=300°С), определена плотность мощности, равная 1,6-10'°Вт!м2, что наряду с другими параметрами лазера определяет диаметр пятна фокусировки (0,9 мм).

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований лазерной очистки поверхности рельсов.

Функциональная схема системы для очистки рельсов приведена на рис.4.

Рис. 4. Схема лабораторной установки для очистки поверхности рельсов

На лабораторном стенде были выполнены экспериментальные исследования по очистке поверхности рельсов от различных загрязнений (грунт, нефтепродукты, органические загрязнения) твердотельным и волоконным лазерами (рис.5), которые показали, что наиболее эффективным является волоконный лазер. Коэффициент трения между контактирующими поверхностями после очистки увеличился на 20-30 % (в зависимости от вида загрязнения).

Рис.5. Результаты очистки: а) —рельс, загрязненный маслом, б) — рельс после лазерной очистки

Определена зависимость коэффициента трения между колесом и рельсом от параметров лазерной установки с помощью функционального метода интерполяции точек. Сформулированная задача планирования эксперимента для определения параметров системы предполагает в данной

многопараметрической задаче выделение существенных факторов, влияние которых в инженерной постановке задачи является закономерным. К ним относятся:

• Средняя мощность излучения лазера Р. Вт.

• Частота следования импульсов f, кГц.

• Скорость перемещения лазерного луча V, см/с.

На рис.6, а представлен латинский квадрат для трех факторов по три значения каждого. Большой квадрат разбит на 9 средних. Каждому среднему квадрату соответствует одна из всех возможных комбинаций значений частоты / и средней мощности излучения р . Каждый средний квадрат разбит на 9 малых. Каждому малому квадрату соответствует значение скорости очистки V. На рис.6, б приведена таблица режимов лазерной очистки.

Количество экспериментов определяется из выражения:

N=m-nk =3-33 =81, (3)

где и=3 — число значений каждого фактора, к=3 — число факторов, т= 3 — число опытов в каждой серии.

Функция зависимости коэффициента трения между колесом и рельсом от выбранных параметров в общем виде:

ju(P, /, V)= ai + b\P +с\Рг + аг+bif+cif + да + bV + сзУ2, (4)

где а\,Ъ\,СУ, йГ2,6г,С2, аъ,Ъ\съ-коэффициенты.

F.BTY. СМ С

№ режима Р, Вт Я кГц V,cm/C И

1 50 100 1 0,30

2 50 75 1,5 0,29

3 50 50 2 0,28

4 37,5 100 1 0,29

5 37,5 75 1,5 0,28

6 37,5 50 2 0,25

7 25 100 1 0,26

8 25 75 1,5 0,25

9 25 50 2 0,24

Рис. 6. Латинский квадрат для планирования экспериментов (а) и таблица

режимов очистки (б)

Зависимости коэффициента трения ц от факторов/,/' и V будут иметь следующий вид:

ц(Р) =0,204 + 0,0022^,

МЛ = 0,217 + 0,0009/, (5)

МП = 0,303-0,011К-0,006К2. После получения частных эмпирических зависимостей от каждого фактора (5) рассчитывается генеральная зависимость f.i(P,f,\').

ju(P,f,V) = 0,\15 + 0,0022Р + 0,0009/-0,011К-0,006К2. (6)

По зависимости (6) можно вычислить мощность, частоту и скорость перемещения лазерного луча для получения требуемого коэффициента трения контактирующих поверхностей.

Оценка влияния лазерного излучения на структуру рельсовой стали производилась по температуре в зоне обработки с помощью тепловизионной камеры FUR Titanium 520 М и измерения твердости рельса до и после лазерной очистки.

На рис.7,а представлены результаты измерений, сделанные тепловизионной камерой, где видно, что обрабатываемая поверхность не нагревается выше температуры окружающей среды, а максимум наблюдается непосредственно в точке воздействия (до 370 °С).

Рис.7. Термограмма поверхности рельса во время обработки (а) и распределение температуры в вдоль линии сканирования (б)

Рис. 7,6 показывает распределение температуры вдоль линии сканирования на рабочей поверхности рельса, из которого видно, что температура повышается только по краям зоны обработки (до 30°С). В среднем при лазерной очистке температура в точке воздействия изменялась от 110 до !50°С. Различие температур в процессе обработки

объясняется различием коэффициентов поглощения и неоднородной структурой загрязнения.

Твердость поверхности рельса после обработки лежит в пределах установленной нормы по ГОСТ Р 51685-2000.

Система очистки рельсов лазерным излучением прошла испытания на электровозе ВЛ10 (рис.8, а) в локомотивном эксплуатационном депо ТЧ-12 Санкт-Петербург Финляндский Октябрьской железной дороги.

Рис.8. Электровоз ВЛ10 (а) и измерительный комплекс (б)

Проверка работоспособности и эффективности лазерной системы очистки поверхности рельсов осуществлялась по показаниям измерительной аппаратуры фирмы National Instruments. Контроллером машиниста производился набор позиций до возникновения процесса боксования. С помощью измерительного комплекса (рис.8 б), состоящего из датчика тока LT1000-SI/SP98, модуля сбора данных N1 USB 9162 и компьютера были получены осциллограммы тока якоря двигателя (рис.9).

В табл. 2 представлены значения токов двигателя при устойчивом сцеплении колеса с рельсом в зависимости от состояния поверхности рельсов.

Таблица 2 - Результаты проведенных испытаний

Состояние рельсов Ток двигателя, А

Смазанный маслом 394,4

Сухой рельс 479,3

Сухой рельс с песком 580

После лазерной очистки 585

При проведении эксперимента в реальных условиях эксплуатации электровоза максимальный пусковой ток составил 479,3 А. После очистки

— 585А, а с применением песка - 580А. Таким образом, применение лазерной очистки позволяет восстановить сцепление, соответствующее сцеплению при подаче под колеса песка.

а) б)

Рис.9. Временные диаграммы тока двигателя (а)-рельс, смазанный машинным маслом, б) -сухой рельс, в) - сухой рельс с песком, г) -после

лазерной очистки)

400

ТОО

200

100

О <— — О

в)

га» 1000 800 600 юо 200 О

Произведенный расчёт эффективности инвестиций по внедрению системы лазерной очистки рельсов по величине чистого дисконтированного дохода показал, что срок окупаемости проекта составит 5 лет, индекс доходности проекта 1,2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проделанной работы получены следующие результаты и сформулированы выводы:

1. На основе анализа процесса реализации силы тяги показано, что наряду с использованием устройств обнаружения и ликвидации скольжения колесных пар эпс необходимо применять меры по предупреждению развития процесса боксования и юза в виде эффективной

б)

1000 ^л

900 800 700 600 ,00 400 300

системы очистки поверхности рельсов от загрязнений, плавного регулирования напряжения на тяговых двигателях и изменения жесткости характеристик.

2. Экспериментальные исследования показали, что очистка рельсов лазерным излучением позволяет реализовать тяговые свойства по условиям сцепления колеса с рельсом, сопоставимые с применением песка (пусковой ток до срыва сцепления увеличился на 18%, с 479,3А до 585А).

3. Доказано, что лазерная очистка не оказывает влияния на структуру материала рельсов (температура в точке воздействия не более 370 °С, а поверхности обработки менее 30 °С).

4. Предложена зависимость между коэффициентом трения и параметрами лазера, основанная на функциональном методе интерполяции точек.

5. Срок окупаемости проекта по внедрению лазерной очистки поверхности рельсов на подвижной состав составит 5 лет. Индекс доходности проекта 1,2.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

публикации в изданиях, которые входят в перечень, рекомендованный ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации:

1. Совершенствование системы обнаружения боксования и юза колесных пар / Мазнев A.C., Евстафьев A.M., Черных (Калинина) A.A. / Научно-технический журнал «Транспорт Урала», № 1(20)/2009, С. 67-69.

2. Оценка возможности применения лазеров для улучшения реализации сцепного веса электровозов / Калинина A.A. / «Известия Петербургского университета путей сообщения», выпуск 3(24), СПб, 2010, С.124-131.

3. Лазерная очистка рельсового пути / Вейко В.П., Петров A.A., Мазнев A.C., Евстафьев A.M., Калинина A.A. / «Известия ВУЗов. Приборостроение», №2,2011, С.61-64.

4. Расчет пульсаций тока тяговых двигателей при последовательно-независимом возбуждении в многофазной схеме импульсного регулирования напряжения / Мазнев А.С, Калинин М.В., Калинина A.A., Баранов В.А. / «Электроника и электрооборудование транспорта», № 5-6, 2011, —С.40-42.

публикации в изданиях, которые не входят в перечень, рекомендованный ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации:

5. Современная система регулирования скорости электроподвижного состава / Мазнев A.C., Евстафьев A.M., Черных (Калинина) A.A., Калинин М.В., Лихтарова О.В., Ярусов A.C. / Известия Петербургского университета путей сообщения, выпуск 1(6), С-Петербург, ПГУПС, 2006.

6. Устройство для регулирования скорости электроподвижного состава / Мазнев A.C., Евстафьев A.M., Черных (Калинина) A.A., Калинин М.В., Лихтарова О.В., Ярусов A.C., Черняк H.A. / Патент на полезную модель №57212Бюл.№28,2006.

7. Многодвигательный электропривод / Мазнев A.C., Евстафьев A.M., Черных (Калинина) A.A., Калинин М.В., Лихтарова О.В., Ярусов A.C., Черняк H.A. / Патент на полезную модель №60037 Бюл.№1,2007.

8. Разработка электронной системы защиты от юза и боксования / Мазнев A.C., Евстафьев A.M., Черных (Калинина) A.A., Гаврилов А.Н., Бурлак A.B., Ярусов A.C. / Материалы научно-технической конференции «Шаг в будущее» (неделя науки-2007) / - С-Пб, ПГУПС, 2007

9. Современные системы контроля скорости скольжения колесных пар электроподвижного состава / Евстафьев A.M., Черных (Калинина) A.A. / Четвертый Международный симпозиум «Электрификация и организация скоростных и тяжеловесных коридоров на железнодорожном транспорте». Тезисы докладов, СПб, 2007. - С.38-39.

10. Устройство для защиты контроля скорости скольжения колесных пар / Мазнев A.C., Евстафьев A.M., Черных (Калинина) A.A. /Патент на полезную модель №67519 Бюл. 30, 2007.

11. Устройство противобоксовочной защиты тягового привода / Мазнев A.C., Евстафьев A.M., Черных (Калинина) A.A. /Патент на полезную модель №68972 Бюл. 34,2007.

12. Современная система контроля скорости скольжения колесных пар / Черных (Калинина) A.A., Прокофьева И.Ю. / Материалы научно-технической конференции «Шаг в будущее» (неделя науки-2008), С-Пб, ПГУПС, 2008. - С. 123-126.

13. Современные системы обнаружения и ликвидации избыточного скольжения на электрическом подвижном составе / Черных (Калинина) A.A. / Вестник Института тяги и подвижного состава «Подвижной состав

21 века»: материалы международной научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки, 13-14 ноября 2008 года. - Хабаровск, ДВГУПС, 2008.-С. 34-37.

14. Современные системы обнаружения избыточного скольжения на электроподвижном составе / Черных (Калинина) А.А. / Межвузовский тематический сборник научных трудов «Повышение тягово-энергетической эффективности и надежности электроподвижного состава». - Омск, ОмГУПС, 2009. - С. 27-33.

15. Lazer rail cleaning for friction coefficient increase/ Kalinina A.A. / International Conférence "Fundamentals of Laser Assisted Micro - and Nanotechnologies" (FLAMN - 10). - СПб, СПб ИТМО, 2010.

16. Применение лазеров для улучшения использования сцепного веса электровозов / Калинина А.А. / Сборник научных трудов X Международной конференции «Трибология и надежность». - СПб, ПГУПС, 2010.-С. 76-82.

17. Устройство обнаружения боксования колесных пар электровоза переменного тока / Мазнев А.С., Калинин М.В., Калинина А.А. / Патент на полезную модель№122613, Бюл.№34, 10.12.2012.

Автор выражает благодарность профессору, заведующему кафедрой «Лазерной техники и экологического приборостроения» НИУ ИТМО Вейко В.П. и доценту Петрову A.A. за ценные консультации и помощь в работе.

Подписано к печати 20.12.12 г. Печ.л. -1,0 п.л.

Печать - ризография Бумага для множит, апп. Формат 60x84 1/16

Тираж 100 экз._Заказ № 1282._

СР ПГУПС 190031, С-Петербург, Московский пр.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТЕЙ УЛУЧШЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЯГОВЫХ СВОЙСТВ ЭЛЕКТРОВОЗОВ

1.1. Условия сцепления колес электрического подвижного состава (эпс) с рельсами

1.2. Реализация силы тяги эпс и способы повышения эффективности использования сцепного веса локомотива

1.3. Анализ контролируемых параметров силовой цепи для систем обнаружения скольжения колесных пар эпс

1.4. Обзор технических решений улучшения использования тяговых свойств электровозов

ГЛАВА 2. СПОСОБЫ И СРЕДСТВА ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ БОКСОВАНИЯ КОЛЕСНЫХ ПАР

2.1. Анализ электромагнитных процессов в цепях тяговых двигателей с усиленным возбуждением при импульсном регулировании напряжения

2.2. Оценка перспектив использования электромагнитных догружателей колесных пар

2.3. Способы улучшения сцепления колес с рельсами

ГЛАВА 3. ЛАЗЕРНАЯ ОЧИСТКА ПОВЕРХНОСТИ РЕЛЬСОВ

3.1. Особенности лазерной очистки поверхностей

3.2. Сравнение параметров технологических лазеров

3.3. Выбор типа лазера для очистки поверхности рельса

3.4. Расчет параметров волоконного лазера

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЛАЗЕРНОЙ ОЧИСТКИ РЕЛЬСОВ 93 4.1. Лабораторные испытания лазерной очистки для оценки её эффективности

4.2. Планирование эксперимента. Определение параметров лазеров

4.3. Оценка влияния лазерного излучения на обрабатываемую поверхность рельсов

4.4. Испытания лазерной очистки в условиях локомотивного депо

4.5. Расчёт эффективности инвестиций внедрения лазеров для очистки рельсов 123 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 128 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 129 ПРИЛОЖЕНИЯ

Железнодорожный транспорт России играет важную роль в создании условий перехода на инновационный путь развития национальной экономики и обеспечения ведущих позиций в мировой экономической системе. В «Стратегии развития железнодорожного транспорта Российской Федерации до 2030 года» [75] отмечается необходимость повышения экономии энергетических ресурсов, увеличения пропускной и провозной способности железных дорог.

Важнейшим показателем эксплуатационных качеств локомотива является реализуемая им сила тяги. Изменяющийся в широких пределах коэффициент сцепления колеса с рельсом существенно ограничивает эффективное использование мощности электродвигателей электрического подвижного состава (эпс) в режимах тяги и электрического торможения. Песок, подаваемый для улучшения сцепления, загрязняет верхнее строение пути, повышает износ бандажей колесных пар, увеличивает сопротивление движению.

Боксование колесных пар снижает силу тяги электровоза вследствие изменения нагрузки двигателей и ухудшает условия работы элементов тягового привода. Например, в 2011 году на Северной железной дороге выявлено 2837 боксований (рис.1).

0,28% тип электровоза

ВЛ10

ВЛ10У

ВЛ11

ВЛ11М ВЛ60ПК ЧС4Т ВЛ60К

8Л80Т ВЛ80С

ЭП1

Рис.1. Распределение числа случаев боксований на Северной железной дороге

Для своевременного предупреждения, обнаружения, ликвидации скольжения колесных пар эпс, которое может привести к разносному боксованию при тяге или заклиниванию в режимах торможения, необходимо совершенствовать применяемые и разрабатывать новые схемные решения устройств обнаружения боксования, методы и средства ликвидации его на начальной стадии, создавать условия для наиболее эффективной реализации силы тяги и торможения, которые могут быть выполнены за счет использования полупроводниковых приборов и преобразователей на их основе (рис.2).

Системы ликвидации боксования

Очистка поверхности I рельсов и бандажей \ колесных пар

Подсыпка песка^ Усиление \ возбуждения

Улучшение условий реализации тяговых свойств подвижного состава I

Улучшение использования сцепного веса

Устройства обнаружения боксования

Системы плавного регулирования напряжения

Механические догружатели Электромагнитные I догружатели

Рис.2. Способы улучшения тяговых свойств подвижного состава с двигателями постоянного тока

Для снижения вероятности возникновения скольжения колесных пар целесообразно применять очистку поверхности рельсов от загрязнений, например, с помощью лазеров, при которой не расходуются дополнительные материалы (вода, эмульсия, химические вещества, электроды), поверхность рельсов не нарушается, остаточные химические вещества отсутствуют, воздействие на экологию незначительно.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является улучшение условий реализации тяговых свойств электрического подвижного состава с двигателями постоянного тока за счет очистки поверхности рельсов лазером.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Произвести анализ существующих способов улучшения реализации тяговых свойств подвижного состава.

2. Обосновать целесообразность применения лазера для очистки поверхности рельсов.

3. Определить требуемые параметры лазерного излучения.

4. Выполнить экспериментальные исследования эффективности данного способа очистки.

5. Оценить влияние лазерного излучения на обрабатываемые поверхности.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ Объектом исследования является электровоз с лазерной системой очистки поверхности рельсов.

ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ Предметом исследования являются методы и средства улучшения использования тяговых свойств электровозов.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ В диссертационной работе использованы методы расчета электрических и магнитных цепей, теория электрической тяги, методы планирования эксперимента, методы расчета параметров лазерных установок, экспериментальные и аналитические исследования.

Достоверность основных теоретических положений и

1 ч работоспособность предложенных технических решений подтверждена результатами экспериментальных исследований макетных образцов на лабораторных стендах и электровозе постоянного тока ВЛ10.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

1. На основе анализа процесса реализации силы тяги выявлено, что наряду с использованием устройств обнаружения и ликвидации скольжения колесных пар эпс необходимо для предупреждения развития боксования и юза применять очистку поверхности рельсов от загрязнений, плавное регулирование напряжения на тяговых двигателях и изменение жесткости тяговых характеристик. На схемные решения систем обнаружения и ликвидации боксования колесных пар получено пять патентов на полезные модели.

2. Доказана возможность улучшения использования тяговых свойств электрического подвижного состава за счет воздействия лазерного излучения на поверхность рельсов.

3. Рекомендован к применению для очистки поверхности рельсов лазер волоконного типа.

4. Выявлена зависимость коэффициента трения между колесом и рельсом от параметров лазерной установки с помощью функционального метода интерполяции точек.

5. Доказано, что лазерное излучение не оказывает влияние на структуру рельсовой стали.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ

1. Показана возможность использования лазеров для очистки поверхности рельсов в пусковых режимах эпс.

2. Определены необходимые параметры рекомендуемого волоконного лазера (мощность излучения, плотность мощности, диаметр выходного пучка).

3. Предложены устройства выявления боксования колесных пар, отличающиеся быстродействием и независимостью от влияния расхождения диаметров колесных пар и характеристик тяговых двигателей.

4. Получены выражения для оценки пульсаций тока возбуждения в обмотках тяговых двигателей с регулируемой жесткостью тяговых характеристик при питании от импульсных преобразователей.

5. Выявлено функциональным методом интерполяции точек влияние параметров лазерной системы очистки на коэффициент трения колес о рельсы.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ Диссертационная работа обсуждалась на заседаниях кафедры «Электрическая тяга» в 2007 - 2012 годах. Основные результаты работы прошли апробацию на: научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Шаг в будущее», Санкт-Петербург, ПГУПС в 2007 - 2010 годах; международных симпозиумах «El'trans' 2007, 2009, 2011», СПб, ПГУПС, 2007, 2009, 2011; Всероссийской научно-технической конференции «Транспорт, наука, бизнес: проблемы и стратегия развития». — Екатеринбург, УрГУПС, 2008; Международной научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки. - Хабаровск, ДВГУПС, 2008; Международной конференции «Современные технологии - транспорту», СПб, ПГУПС, 2009; International Conference "Fundamentals of Laser Assisted Micro - and Nanotechnologies" (FLAMN - 10). - СПб, СПб ИТМО, 2010; X Международная конференция «Трибология и надежность», СПб, ПГУПС, 2010.

ПУБЛИКАЦИИ

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 17 печатных работах, из них 4 публикации в изданиях, которые входят в перечень, рекомендованный ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ Диссертация общим объемом 144 страницы состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников (121 наименование) и 3 приложений. В работе 14 таблиц и 80 рисунков.

Выводы по четвертой главе

1. Определена зависимость между коэффициентом трения и параметрами лазера, основанная на функциональном методе интерполяции точек.

2. Лазерная очистка поверхности рельсов не оказывает влияния на их структуру и твердость. Температура материала рельсов в точке воздействия не превышает 370°С,

3. Экспериментальные исследования показали, что очистка рельсов лазерным излучением позволяет реализовать тяговые свойства по условиям сцепления колеса с рельсом, сопоставимые с применением песка (пусковой ток до срыва сцепления увеличился на 18%, с 479,ЗА до 585А).

4. Срок окупаемости проекта по внедрению лазерной очистки-поверхности рельсов составит 5 лет. Индекс доходности проекта 1,2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проделанной работы получены следующие результаты и сформулированы выводы:

1. На основе анализа процесса реализации силы тяги показано, что * наряду с использованием устройств обнаружения и ликвидации скольжения колесных пар эпс необходимо применять меры по предупреждению развития процесса боксования и юза в виде эффективной системы очистки поверхности рельсов от загрязнений, плавного регулирования напряжения на тяговых двигателях и изменения жесткости характеристик.

2. Экспериментальные исследования показали, что очистка рельсов лазерным излучением позволяет реализовать тяговые свойства по условиям сцепления колеса с рельсом, сопоставимые с применением песка (пусковой ток до срыва сцепления увеличился на 18%, с 479,ЗА до 585А).

3. Доказано, что лазерная очистка не оказывает влияния на структуру материала рельсов (температура в точке воздействия не более 370 С, а поверхности обработки менее 30 °С).

4. Предложена зависимость между коэффициентом трения и параметрами лазера, основанная на функциональном методе интерполяции точек.

5. Срок окупаемости проекта по внедрению лазерной очистки поверхности рельсов на подвижной состав составит 5 лет. Индекс доходности проекта 1,2.

1. Розенфельд В.Е., Исаев И.П., Сидоров H.H. Электрическая тяга. М: Трансжелдориздат , 1962, 346 с.

2. Исаев И.П. / «Энергетические принципы управления сцеплением колес локомотива с рельсами» // Железные дороги мира 1986, №7. С. 2-9.

3. Розенфельд В.Е., Чеботарев Е.В., Сидоров H.H., Болдов H.A. Основы электрической тяги. М.: Госэнергоиздат,1957, 312 с.

4. Аброскин П.И., Белгородский Д.Г., Бондаренко Б.Р., Елкин С.Н. и др. Магистральные электровозы. Механическая часть. М.: Машиностроение, 1967. - 436 с.

5. Мазнев A.C., Попов И.М., Евстафьев A.M. Динамика электрического подвижного состава. СПб: ПГУПС, 2007, 213 с.

6. Лисунов В.Н. Использование сил взаимодействия движущего колеса с рельсом в режимах тяги и электрического торможения: Монография. -Омск: ОмГУПС, 2003. 160с.

7. Дымант Ю.Н., Гуткин Л.В., И.А. Иванов Электропоезд ЭР200. М.:-«Транспорт» -, 1981. 192 с.

8. Мазнев A.C. Поиск эффективных технических решений тягового привода электрического подвижного состава с тиристорными преобразователями. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Ленинград, 1991. 502 с.

9. Егоров В.И. Исследование и разработка устройств контроля избыточного скольжения колесных пар электрического подвижного состава. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Ленинград, 1977. 168с.

10. Самме Г.В. Фрикционное взаимодействие колесных пар локомотива с рельсами. М.: Маршрут, 2005. — 80с.

11. K.-R.Hase et al. Eisenbahntechnische Rundschau, 2005, №10, S. 599- 609.

12. Марков Д.П. / Коэффициенты трения и сцепления при взаимодействии колес с рельсами // Вестник ВНИИЖТа, №4, 2005. С. 5-15.

13. Гордиенко П.И. / Новое представление об образовании силы тяги и-коэффициенте сцепления электроподвижного состава // Железные дороги мира, №4, 1999. С. 28-35.

14. Гордиенко П.И., Ковалева Н.Е., Штепенко П.К., Баштанник JI.A. Защита электроподвижного состава от боксования. М: Информэлектро, 1971. -41 с.

15. ГОСТ 9012-59 Металлы. Методы измерения твердости по Бриннелю. -Введ. 1960-01-01. М. : Изд-во стандартов, 2007.-40 с.

16. Охотников Н.С. Повышение тяговых свойств электровозов при помощи накопителей энергии. Диссертация на соискание ученой степени -кандидата наук. Москва, 2010. 144с.

17. Кравченко Е.А. Обоснования резервов повышения тяговых качеств локомотива и их реализация управлением скольжения в системе колеса с рельсом. Автореферат диссертации на соискание научной степени кандидата технических наук. Луганск, 2010. 21с.

18. Минов Д.К. Повышение тяговых свойств электровозов и тепловозов с электрической передачей. М.:Транспорт, 1965. - 267 с.

19. Бочаров В.И., Винокуров В.А., Нагорский В.Д. и др. Высокоскоростной наземный транспорт с линейным приводом и магнитным подвесом. М.: -«Транспорт», 1985. - 279 с.

20. Сулейманов Р.Я. / Противобоксовочная защита при импульсном автоматическом регулировании тягового привода // Транспорт Урала, 2006, №1 (8). С.45-49

21. Усов В.А. / Механическая устойчивость системы колесо-рельс в режиме избыточного проскальзывания колесной пары локомотива // Известия Петербургского университета путей сообщения, 2007, Вып. 2(11). -С.94-101.

22. Усов В.А./ К вопросу о характеристике сцепления и реализации силы тяги // Улучшение тяговых, тормозных и регулировочных характеристик электрического подвижного состава. Сборник научных трудов. Вып. 31.- Свердловск, 1970. 102 с.

23. Основы электротехники. Под редакцией К.А. Круга. M.JL: Госэнергоиздат, 1952, 432с.

24. J. Murscher / Clearing rails by water under pressure // Deine Bahn, 1998, №4.- S. 226-229

25. Daurelio G., Chita G., Cinquepalmi M. Laser surface cleaning, de-rusting, de-painting and de-oxidizing Appl. Phys. A 69 Suppl., 543-546 (1999)

26. G.X. Chen • T.J. Kwee ■ K.P. Tan • Y.S. Choo • M.H. Hong Laser cleaning of steel for paint removal Appl Phys A 101: 249-253 (2010)

27. Laser cleaning of rails surface / Modern Railways, 2002, № 650. p. 16-18.

28. D. Hoffman / High speed cleaning of rails by laser radiation // Elektrische Bahnen.2004, №8/9 p.383-388.

29. Скоростная очистка рельсов лазерным излучением // Железные дороги мира, 2005 №2.-С. 15-16

30. ГОСТ Р 51685-2000. Рельсы железнодорожные. Общие технические условия- Введ. 2001-07-01. М.: Изд-во стандартов, 2001, 27 с.

31. Вейко В.П., Метев С.М. Лазерные технологии в микроэлектронике. -София: Изд. Болгарской АН, 1991.

32. Вейко В.П. Технологические лазеры и лазерное излучение. Опорный конспект лекций по курсу «Физико-технические основы лазерных технологий». СПб: ИТМО, 2007. - 47 с.

33. Скоростная очистка рельсов лазерным излучением / Железные дороги мира, 2005, №5 С.25-28.

34. Способ и устройство для очистки рельса / Хиггинз М.// Заявка на изобретение №2006108991/11 RU, Е01Н8/10, 2006.

35. Способ регулирования сцепления колес подвижного состава с рельсами / Лужнов Ю.М., Богданов В.М., Ромен Ю.С.// Патент на изобретение № 2381122 RU, В61С15/10, 2010.

36. Жаров И,А., Курцев С.Б., Макас A.A. / Критерии оценки эффективности тормозных средств электроподвижного состава на сухих и чистых рельсах// Вестник ВНИИЖТ,2010, №1. С. 29-33

37. Красковский Е.Я., Вольфсон С.А., Будовский Ю.И., Винников Д.Г. / Эффективный путь повышения коэффициента сцепления // Транспорт №5, 1967.-С. 40-43.

38. Автоматизированное устройство повышения сцепления/ Самме Г.В., Яковлев В.А.// Патент на изобретение РФ № RU 2398685, B60L3/00, 10.01.2010.

39. Микропроцессорная система защиты от боксования для электровозов постоянного тока/ Ермаков А.Е., Самме Г.В., Горелик В.Ю., Яковлев В.А.// Заявка на изобретение № RU 2009130522, B60L5/10, 20.02.2011.

40. Устройство для защиты от боксования колесных пар транспортного средства / Мазнев A.C., Колычев Г.К., Костылева Г.В., Кучумов В.Г., Паперный В.Б. // Патент на изобретение авторское свидетельство № 1495157, Бюл.№27, B60L3/10, 23.07.1989.

41. Устройство для контроля скорости скольжения колесных пар. / Мазнев A.C., Евстафьев A.M. // Патент на изобретение № RU 2337839 С1, B60L3/10, 20.07.2007.

42. Устройство для контроля скорости скольжения колесных пар. / Мазнев A.C., Евстафьев A.M., Черных A.A. // Патент на полезную модель № RU 68972 U1 B60L3/10, Бюл. №34, 10.12.2007.

43. Устройство противобоксовочной и противоюзной защиты тягового привода / / Мазнев A.C., Евстафьев A.M., Черных A.A. // Патент на полезную модель № RU 67519 U1 B60L3/10, Бюл. №30, 27.10.2007.

44. Устройство для контроля скорости скольжения колесных пар. / Мазнев A.C., Евстафьев А.М. // Патент на полезную модель № RU 45340 U1, В60ЬЗ/10,Бюл.№13, 10.05.2005.

45. Устройство для регулирования скорости электроподвижного состава / Мазнев A.C., Евстафьев А.М. // Патент на изобретение № RU 2268171 С2, B60L3/10, Бюл. № 02, 20.01.2006.

46. Устройство для защиты от боксования / Мазнев A.C., Евстафьев А.М.// Патент на полезную модель № RU 45115 Ul, B60L3/10, Бюл.№ 12,2704.2005.

47. Устройство для защиты от боксования / Мазнев A.C., Евстафьев А.М.// Патент на полезную модель № RU 56282 Ul, B60L3/10, Бюл.№ 25,1009.2006.

48. Устройство для контроля скорости скольжения колесных пар / Мазнев A.C., Евстафьев А.М. // Патент на изобретение № RU 2337016 С1, B60L3/10, 27.10.2008.

49. Устройство для защиты от боксования/ Мазнев A.C., Евстафьев А.М.// Патент на изобретение № RU 2301158 Cl, B60L3/10, 20.06.2007.

50. Устройство для предотвращения пробуксовки и юза колесных пар рельсового транспортного средства / Иоффе В.М., Иоффе Г.А. // Патент на изобретение № RU 2017632 Cl B60L3/10, 15.08.1994.

51. Электронная система защиты от боксования и юза с плавным зонно--фазовым регулированием напряжения/ Лисунов В.Н., Есин Н.В.// Патент на полезную модель № RU 40278 Ul, В61С15/12, B60L3/10, 10.09.2004.

52. Устройство для увеличения сцепления колесных пар электроподвижного состава с рельсами / Мазнев A.C., Евстафьев А.М.// Патент на полезную модель № RU 64161 Ul, В61С15/08, B60L3/10, 27.06.2007.

53. Бовэ Е.Г. Противобоксовочная защита на электровозах //Новое в устройстве и содержании электровозов и тепловозов. М.: Трансжелдориздат, 1962, 212с.

54. Минов Д.К. Повышение тяговых свойств электровозов и тепловозов с электрической передачей. М.:Транспорт, 1965, 268с.

55. Электровоз BJI8. Руководство по эксплуатации. М.: Транспорт, 1982. -320с.

56. Электровоз BJI22M. Инструкционная книга. М.: Транспорт, 1961. -238с.

57. Электровозы BJI10 и ВЛ10У. Руководство по эксплуатации./ Под ред. O.A. Кикнадзе. М.: Транспорт, 1981. - 519с.

58. Электровоз ВЛ11. Руководство по эксплуатации / Под ред. Г.И. Чиракадзе и O.A. Кикнадзе. М.: Транспорт, 1983. - 464с.

59. Электровоз ВЛ11М. Руководство по эксплуатации. М.: Транспорт, 1994.-416с.

60. Электропоезд ЭР2. Руководство по эксплуатации. М.: Транспорт, 1971. -- 247с.

61. Электропоезд ЭР9М. Руководство по эксплуатации. М.: Транспорт, 1978.-328с.

62. Цукало П.В., Ерошкин Н.Г. Электропоезда ЭР2 и ЭР2Р. М.: Транспорт, 1986.-359с.

63. Дубровский З.М., Тушканов Б.А., Попов В.И. Грузовые электровозы переменного тока: Справочник. М.: Транспорт, 1991. - 471с.

64. Меншутин H.H. Исследование скольжения колесной пары электровоза при реализации силы тяги в эксплуатационных условиях Труды ЦНИИ МПС, 1060, вып. 188, с 113-132.

65. Барский М.Р. , Сердииова И.Н. Экспериментальное исследование процессов боксования и юза электровозов. Сб. Проблемы повышения эффективности работы транспорта. Вып.1 М.: изд-во АН СССР. 1953.

66. Лисицын А.Л., Мугинштейн Л.А. Нестационарные режимы тяги М.: Интекс, 2003. 343с.

67. United States Patent 3,997,822 , dec. 14 . 1976.

68. Электровоз ВЛ80С. Руководство по эксплуатации. М.: Транспорт, 1982. - 622 с.

69. Б.А. Тушканов, Н.Г. Пушкарев и др. Электровоз ВЛ85. Руководство по эксплуатации. М.: Транспорт, 1992. - 480 с.

70. Electromagnetic traction increasing assembly / Sasaki A. et al.// United States Patent 3,653,329, apr. 4, 1972

71. United States Patent 2,603,164, 1952.

72. Тихменев Б.Н., Трахтман Л.М. Подвижной состав электрифицированных. железных дорог. Теория работы электрооборудования. Электрические схемы и аппараты. М.: Транспорт, 1980. - 472с.

73. Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года

74. Сенокосов Е.С., Сенокосов А.Е. /Плазменная электродуговая очистка металлических изделий// Металлические страницы, №10, 2005. С.44-47.

75. Протодьяконов М.М., Тедер Р.И. Методика рационального планирования экспериментов. М.: Наука, 1970. - 77с.

76. Налимов В.В. Теория эксперимента. М.: Наука, 1971. - 120с.

77. Финн Д. Введение в теорию планирования экспериментов. М.: Наука, 1970.-75с.

78. Большой энциклопедический словарь. М.: Астрель, 2008. 1248 с.

79. Скрипченко А.И., В.М. Медвецкий / Перспективы лазерных технологий в железнодорожной отрасли// ООО НТЦ «Энергоресурс» http://www.elres.ru/press-center/Articles-experts/

80. Шахно Е.А. Физико-технологические основы лазерной обработки систем пленка-подложка. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. СПб, 2002. - 284с.

81. Вейко В.П., Мутин Т.Ж., Смирнов В.Н., Шахно Е.А., Батище С.А./ Лазерная очистка металлических поверхностей: физические процессы и применение// Приборостроение №3, 2008г. С. 25-33.

82. Байбородин Ю.В. Основы лазерной техники. К.: Высшая шк. Головное издательство, 1988. - 383с.

83. Переносная лазерная технологическая установка (ПЛТУ-50И). Паспорт и техническое описание. СПб: НТО «ИРЭ-Полюс», 2009. - 8с.

84. Импульсный волоконный лазер. Модель ИЛМИ-1-50. Руководство по эксплуатации. Спб: НТО «ИРЭ-Полюс», 2008. - Юс.

85. Блок управления лазером серии ИЛМИ. Руководство по эксплуатации. -Спб: НТО «ИРЭ-Полюс», 2008. 14с.

86. Исаев И.П. Случайные факторы и коэффициент сцепления. М.:, Транспорт, 1970. 184с.

87. D. М. Kane Laser cleaning II. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd, 2006. - 290 c.

88. Плакс A.B., Изварин М.Ю. / Параметры коллекторных тяговых электродвигателей при моделировании переходных процессов в цепях электровозов // Вестник ВЭлНИИ, №1. Новочеркасск, 2004. - С. 112118.

89. Головатый А.Т., Некрасов O.A. Проблемы коэффициента сцепления электровозов // Вестник ВНИИЖТ, 1975, №7 С. 1 -5

90. Выбор расчетного коэффициента сцепления грузовых локомотивов /Лисицын А.Л., Потапов A.C. // Электрическая и тепловозная тяга, 1976, №4, С.42-44

91. Лужнов Ю.М. Сцепление колес с рельсами (природа и закономерности). М.: Интекс, 2003. 144с.

92. Эффективность локомотивов с жесткими характеристиками / Меншутин Н.И., Фаминский Г.В., Монахов Л.И. // Железнодорожный транспорт, 1984,№6, С.52-56.

93. Мазнев A.C., Евстафьев A.M., Черных А.А и др. / Разработка электронной системы защиты от юза и боксования // Материалы научно-технической конференции «Шаг в будущее» (неделя науки-2007). / -СПб, ПГУПС, 2007

94. Черных A.A., Прокофьева И.Ю. /Современная система контроля скорости скольжения колесных пар // Материалы научно-технической конференции «Шаг в будущее» (неделя науки-2008) / С-Пб, ПГУПС, 2008.-С. 123-126

95. Мазнев А.С.Евстафьев A.M., Черных A.A. / Совершенствование системы обнаружения боксования и юза колесных пар // Научно-технический журнал «Транспорт Урала», № 1(20)/2009. С. 67-69

96. Lazer rail cleaning for friction coefficient increase/ Kalinina A.A. and other / International Conférence "Fundamentals of Laser Assisted Micro and Nanotechnologies" (FLAMN - 10). - СПб, СПб ИТМО, 2010.

97. Калинина А.А. / Применение лазеров для улучшения использования сцепного веса электровозов // Сборник научных трудов X Международной конференции «Трибология и надежность». СПб, ПГУПС, 2010.-С. 76-82

98. Лазерная очистка и подготовка поверхности под окраску // http://laser.com.ru/refinement.html

99. Лазерная очистка // http://www.elres.ru/equipment-and-technology/operations/clearing/

100. Гришин В.К. Статистические методы анализа и планирования экпериментов. М.: МГУ, 1975.- 127 с.

101. Ляпушкин Н.Н., Савоськин А.Н., Чучин А.А. /Уточненная модель скольжения и сцепления колес локомотива и рельсов // Вестник ВЭлНИИ №2(62) Новочеркасск, 2011. - С.45-52

102. Электропоезда постоянного тока ЭД2Т, ЭТ2М, ЭД4М, ЭР2Т,ЭТ2. М: ЦКР, 2008.-191 с.

103. Устройство противобоксовочной защиты тягового привода / Мазнев А.С., Евстафьев А.М., Черных А.А. /Патент на полезную модель №68972 B60L3/10, Бюл. 34, 2007

104. Спиридонов В.П., Лопатин Л.А. Математическая обработка физико-химических данных. М: МГУ, 1970, - 89 с

105. Графов В.А., Мазнев A.C., Некрасов В.И. Эффективность применения импульсных преобразователей на электровозах. // Железнодорожный транспорт №8, -1972. С.47-49

106. Автоматизированное устройство повышения сцепления/ Самме Г.В., Яковлев В.А.// Патент на изобретение № RU 2398685 С2, B60L3/10, Бюл.№ 25, 10.09.2010

107. Микропроцессорная система защиты от боксования для электровозов постоянного тока / Ермаков А.Е., Самме Г.В., Горелик В.Ю., Яковлев В.А.// Патент на изобретение № RU 2440898С2, B60L3/10, Бюл.№ 5,, 27.01.2012

108. Вейко В.П., Петров A.A., Мазнев A.C., Евстафьев A.M., Калинина A.A. / Лазерная очистка рельсового пути // «Известия ВУЗов. Приборостроение», №2, 2011. С.61-64.

109. Калинина A.A. /Оценка возможности применения лазеров для улучшения реализации сцепного веса электровозов // Известия Петербургского университета путей сообщения, выпуск 3(24), Санкт-Петербург 2010г.

110. Правила тяговых расчетов для поездной работы. М.: Транспорт, 1985. -287с.

111. Экономика железнодорожного транспорта. Учебник для вузов ж.д. транспорта. / Под редакцией Терешиной Н.П., Лапидуса Б.М., Трихунова М.Ф. М: УМЦ ЖДТ, 2006. - 801с.

112. Устройство обнаружения боксования колесных пар электровоза переменного тока / Мазнев A.C., Калинин М.В., Калинина A.A. / Патент на полезную модель №122613, Бюл.№34, 10.12.2012.

113. Многодвигательный электропривод / Мазнев A.C., Колычев Г.К., Георгадзе Д.П., Путкарадзе Г.В./ Авторское свидетельство на, изобретение № 1005258, B60L3/10, Бюл.№10, 15.07.83.

114. Некрасов В.И. Импульсное управление тяговыми двигателями электрического подвижного состава постоянного тока. JL: ЛИИЖТ, 1972.- 115с.

115. Мазнев A.C., Баранов В.А. / Импульсные регуляторы в цепях тяговых двигателей при последовательно-независимом возбуждении/ Электроснабжение и электрооборудование, № 2-3, 2011. С.37-40.1. Лр^/і Л

116. X им и ко-тех н ичес кая лаборатория Могорвагонного депо ТЧ-10 «Металлострой» Октябрьской ж. д. I ор. тел. 462-07-431. РЕЗУЛЬТАТ

117. Анализа: Почва Дата отбора 13.04.2009г.

118. Спектральный анализ проведен по 6 пробам1 Указатели 1 2 3 4 5 6о гбор грунт соскоб соскоб грунт соскоб соообместо вокзал рельс рельс вокзал рельс рельсвокзал депо депо во к 5а. і

119. Балтийский Балтийский ТЧ-20 Финляндский ТЧ-15 Финляндским

120. Свинец % 0.03 0.02 0.07 0.002 0.02 0.02

121. Марганец % 0.46 0.41 0.13 0.01 0.11 0.39

122. Хром % 0.06 0.07 0.01 0.006 0.008 О.ОХ

123. Железо % 48.0 46.4 12.8 3.24 3.88 57.0

124. Медь % 0.03 0.03 0.01 0.01 0.02 0.021 1,1111К ' и и.из , 0.04 0.01 0.01 U.U3 U.Wкальцин % 2.11 2.79 1.48 1.28 1.96 1.0

125. Калий % 0.83 0.83 0.53 0.91 1.06 0.39

126. Кремнии % 26.7 24.4 26.4 39.2 25.0 15.2

127. Стронций % 0.02 0.02 0.02 0.04 0.02 0.06

128. Данные сиекірального анализа прилаїаюіся.

129. Дата выдачи результата анализа 15.04.09г.1. Заведующий ХТЛ ТЧ-101. Чурсина Т.Н)1. Ч>1. Лрм Л

130. Химико-техническая лаборатория Маторвагонного депо ТЧ-10 «Металлострой» Октябрьской ж. д. Гор. тел. 462-07-43 Ж. д. тел. 0-332-2008 0-332-2084 0-332-21941. РЕЗУЛЬТАТ1. Анализа : рельс, бандаж1. Дата отбора-16.04.10V.1. Место отбора

131. При поступлении, при хранении, при эксплуатации

132. Рабочая Твердость по ГОСТ 9012-59п/п Показатели Поверхность д мм отпечатка

133. Твердость, НВ Рельс, точка-1 3,20 363точка- 2 3,20 363точка-3 3,08 393точка-4 3,08 3932. Бандаж точка-1 3,40 321точка-2 3,40 321

134. Дата выдачи результата анализа 16.04.10

135. Зав. химико-технической лаборатории1. Л hu А. З

136. Условия проведения испытаний

137. Испытания проводились на путях депо ТЧ-12.

138. Проверка работоспособности и эффективности лазерной системы очистки поверхности рельсов осуществлялась по показаниям КЛУБ-У и измерительной аппаратуры фирмы National Instruments (N1).3.Программа испытаний

139. Методика проведения испытаний

140. Набор позиций контроллера машиниста велся до возникновения процесса боксования первой колесной пары, при этом регистрировался ток якоря тягового двигателя на электронном осциллографе.

141. В ходе проведенных испытаний были сняты осциллограммы токов первого тягового двигателя электровоза при наборе позиций контроллера машиниста и в переходном режиме при возникновении процесса боксования.

142. В таблице 1 отражены полученные результаты, отражающие момент срыва сцепления первой колесной пары с рельсами.