Совершенствование электромеханических устройств железнодорожной автоматики и телемеханики
На правах рукописи
АБУСЕРИДЗЕ ЗУРАБ ВАСИЛЬЕВИЧ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
Специальность: 05.09.01 - Электромеханика и электрические аппараты
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Москва-2011
Работа выполнена на Московской железной дороге – филиал ОАО «РЖД»
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Геча В.Я.
Московский энергетический институт
доктор технических наук Смирнов В.П.
Московский государственный университет
путей сообщения
доктор технических наук, профессор Вольский С.И.
Московский авиационный институт
Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ), г. Москва
Защита состоится “ 20 ” апреля 2012 г. в 13-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.157.15 при ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МЭИ» по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 13, ауд. Е-205
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14, Ученый совет ФГБОУ ВПО «Национального исследовательского университета «МЭИ».
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МЭИ»
Автореферат разослан "__" ________2012г.
Ученый секретарь диссертационного
совета Д 212.157.15
к.т.н. Боровкова А.М.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Проблема совершенствование и развитие электромеханических устройств железнодорожной автоматики и телемеханики (УЭМЖАТ), отвечающих современным требованиям железнодорожного транспорта, является одной из важнейших задач в деле повышения пропускной способности и обеспечение безопасности движения поездов. Для обеспечения перевозок на железных дорогах постоянно ведется большая работа по совершенствованию технологических средств и созданию новых систем автоматического регулирования и обеспечения безопасности движения поездов. Значительную роль в этом играют электромеханические устройства стрелочных переводов железнодорожной автоматики и телемеханики УЭМЖАТ (СП), основными базовыми устройствами которых являются: электропривод (состоящий из: электродвигателя, редуктора, фрикционной муфты, автопереключателя, запирающего механизма), схема управления стрелкой (построенная на релейной основе), пусковая аппаратура, стрелочные гарнитуры, линия питания, путевое электромеханическое реле, схема управления устройствами электрообогрева стрелочных переводов. Надежная работа этих устройств значительной степени определяет качество технологического процесса перевозок грузов и пассажиров.
Подтверждением изложенных выше соображений является тот факт, что по данным железных дорог и метрополитенов за период 2000-2010 г.г. отказы на элементы УЭМЖАТ(СП) распределились следующим образом: электроприводы и их базовые элементы-25%, электродвигатели-30%, пусковая аппаратура-10%, кабельная линия-10%, схема управления электроприводом-10%, стрелочные гарнитуры-5%., электрообогрев стрелочных переводов-5%, электромеханическое реле-5%. Эти данные показывают, насколько высокой степенью неустойчивой работы в условиях эксплуатации отмечаются УЭМЖАТ(СП), что полностью соответствует анализу работы технических средств систем электротехники и электромеханики стрелочного комплекса железнодорожного транспорта и метрополитена Российской Федерации в целом за период 2000-2010 гг.
В диссертации изложены научно обоснованные технические решения по совершенствованию и созданию современных систем УЭМЖАТ(СП) и их базовых элементов, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса на транспорте.
Цель и задача работы: состоит в разработке научных основ и решение проблемы совершенствования УЭМЖАТ(СП) и их базовых элементов, имеющие важное отраслевое и хозяйственное значение. Для достижения этой цели в диссертации решались следующие задачи:
- Аналитическое и экспериментальное исследования существующих схем и основных узлов УЭМЖАТ(СП), создание их математических моделей, анализ метода исследования, структурный синтез указанных устройств.
- Совершенствование конструкции и характеристик электрических микромашин для стрелочных приводов постоянного и переменного тока.
- Выбор параметров и обоснование принципов оптимальных режимов работы УЭМЖАТ(СП) и их базовых элементов.
- Исследование переходных процессов в реальной линии питания, реверса и пуска стрелочного электродвигателя. Расчет режима работы асинхронного стрелочного электродвигателя при питании от несимметричной линии.
- Совершенствование методов расчета электрических микромашин.
- Моделирование стрелочного электропривода с фрикционной и электромагнитной муфтой, получение систем дифференциальных уравнений. Разработка управляемых бесконтактных электромагнитных муфт для стрелочного электропривода взамен традиционных механических муфт.
- Выполнение структурного анализа стрелочных электроприводов на основе предъявляемых к нему технических требований, классификационных признаков, анализа отечественного и зарубежного опыта и поиска новых конструктивных решений.
- Совершенствование схемы управления стрелочным электроприводом.
- Совершенствование схемы управления электрообогрева стрелочных переводов.
- Исследование вероятностных характеристик параметров путевого приемника (электромеханического реле) и определение влияния изменения этих параметров на величину времени срабатывания пусковой аппаратуры с учетом длины предстрелочных участков.
- Экспериментальная проверка прочности элементов стрелочного электропривода и его гарнитуры при воздействии динамических сил.
- На основе обширного статистического материала и проведенных исследований - разработка, экспериментальная проверка и внедрение рекомендаций по совершенствованию электромеханических устройств и их базовых элементов УЭМЖАТ(СП) в условиях эксплуатации на железнодорожном транспорте и метрополитенах РФ и СНГ.
Методы исследований. При решении поставленных задач в диссертационной работе использовались математические и экспериментальные методы исследований, методы теории электротехники и электромеханики, теории программирования, информационные компьютерные технологии и программные пакеты. Из методов математики в работе применялись матричная алгебра, гармонический и векторный анализ. В области электротехники и электромеханики использовались методы теории поля, теории электрических цепей, проводимостей зубцовых контуров, индуктивных коэффициентов, симметричных составляющих, эквивалентных тепловых и электрических схем замещения. Одновременно выбирались методы исследования исходя из постановок решаемых задач с учетом исследуемых объектов и включают: анализ опыта эксплуатации отечественных и зарубежных электроприводов и их основных узлов, конструкций электродвигателей и стрелочных гарнитур, схемы управления электроприводом и др., структурный и корреляционный анализы, стохастический - градиентный метод и метод множителей Лагранжа, метод параметрической оптимизации, метод теории оптимального управления с использованием принцип максимума Л.С.Понтрягина для определения критерии оптимальности с учетом требования минимального времени перевода стрелки, математической статистики, а также экспериментальные исследования, используя вероятные оценки и прогнозы. Такой подход позволил наилучшим образом изучить все аспекты поставленной задачи, обобщить полученные количественные и качественные результаты, сформулировать итоговые оценки и наметить перспективы развития.
Достоверность полученных результатов теоретических расчетов и машинного моделирования подтверждена экспериментальной проверкой, испытаниями опытных образцов новых устройств в реальных условиях, а также результатами их широкого внедрения и опытной эксплуатации.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
1. Теоретически обоснованы необходимости создания новых усовершенствованных УЭМЖАТ(СП) и их базовых элементов, наиболее полно отвечающие современным эксплуатационно-техническим требованиям, и на уровне изобретений предложены способы их технической реализации.
2. Решена задача параметрической оптимизации для УЭМЖАТ(СП). С этой целью был модифицирован один из методов оптимального проектирования - метод внутренней точки, позволяющий его применения и для условной оптимизации при отдельно заданных целевой функции и ограничениях.
3. В работе нашла дальнейшее развитие теория фриттингов Р.Хольма, в которой не учитывалась первоначальная проводимость контакта МПТ, которая создается механическим разрушением политуры коллектора при скольжении по нему щеток, а также контактная разность, обусловленная различием материалов контактной пары.
4. Разработан математический аппарат с применением ЭВМ и впервые реализован на практике метод построения электрических микромашин с магнитоэлектрической системой возбуждения.
5. Доказано преимущество электродвигателей стрелочных приводов с магнитоэлектрической системой возбуждения по сравнению эксплуатируемых в настоящее время электродвигателей с электромагнитной системой возбуждения.
6. Впервые сформулирован критерий качества коммутации машин постоянного тока без дополнительных полюсов с магнитоэлектрической системой возбуждения.
7. Разработана математическая модель стрелочного электродвигателя с четырех полюсной магнитоэлектрической системой возбуждения с мощностью 350 ватт, имеющий более высокие пусковые и коммутационные характеристики.
8. Разработана математическая модель шестиполюсного асинхронного стрелочного электродвигателя с мощностью 300 ватт с массивным ферромагнитным ротором.
9. Получены конфигураций реальных электрических машин стрелочных переводов постоянного и переменного тока с распределением магнитного поля в воздушном зазоре;
10. Методом физического моделирования магнитного поля в воздушном зазоре между постоянным магнитом и якорем для коэффициента полюсного перекрытия получено новое эмпирическое соотношение, которое позволяет определить распределение индукции в воздушном зазоре в стрелочных коллекторных электродвигателях.
11. В работе решена задача теоретической и практической оценки возможности создания электромагнитной фрикционной муфты стрелочного привода, лишенной недостатков фрикционных механических муфт, выполненной на принципиально иной основе - электромагнитного сцепления ведомой и ведущей частей.
12. Целью унификации и повышение эксплуатационной надежности даны принципиальные решения по применению в качестве путевого приемника на метрополитенах электромеханическое реле типа ДСШ-15, имеющие значительные высокие технические характеристики и контактную формулу;
13. Исследованы переходные процессы в реальной линии питания, что позволили определить дальность управления нового электродвигателя без дублирования кабельных жил.
14. Впервые в отечественной практике были измерены экспериментальным путем динамические силы, действующих на элементах стрелочного электропривода от колес подвижного состава; это позволило дать оценку прочности электропривода и его гарнитуры с новых позиции, в том числе и при высокоскоростной движении.
15. Экспериментальным путем автором получен ряд новых соотношений и формул, имеющих теоретическое значение для науки.
16. Предложены усовершенствованные методы расчетов стрелочных электродвигателей специального назначения.
Практическая ценность. Проведенные в диссертационной работе теоретические исследования позволили определить пути совершенствования УЭМЖАТ(СП), оценивать эффективность технических средств, повышения безотказности и ремонтопригодности систем электромеханики стрелочного комплекса железнодорожной автоматики и телемеханики.
Диссертация вносит весомый вклад в теорию и практику для решения вопросов повышения работоспособности устройств электромеханики, базирующихся на применение методов параметрической оптимизации.
В результате были созданы и внедрены более надежные и экономичные конструкции ряда УЭМЖАТ(СП), обладающих более рациональными параметрами по сравнению с ныне эксплуатируемыми.
Основные научные положения диссертации обоснованы теоретическими исследованиями, экспериментальной проверкой и практической реализацией полученных результатов при разработке электродвигателей стрелочных переводов постоянного и переменного тока типа МСП-0,35М с четырех полюсной магнитоэлектрической системой возбуждения и типа МСТ-0,3М с массивным ферромагнитным ротором, бесконтактной управляемой электромагнитной фрикционной муфтой электропривода с двумя зонами захвата, перспективной трех проводной схемы управления электроприводом для ЭЦ, контактных колодок автопереключателя новой конструкции, схемой управления устройствами электрообогрева стрелочных переводов на микропроцессорной технике и другие.
Реализация результатов работы. На основания выполненных в диссертации исследований разработаны и внедрены на транспорте:
1. Составлено ТЗ на электродвигателя постоянного тока типа МСП-0,35М с магнитоэлектрической системой возбуждения и проводится лабораторные испытания на макетных образцах в МГУ ПС.
2. Изготовлены макетные образцы асинхронного стрелочного электродвигателя типа МСТ-0,3М двух модификации: чередующейся глубокопазной обмоткой ротора и двухслойным ротором для лабораторных испытаний. В разработках использован патент РФ №65697 на полезную модель автора: «Электродвигатель реактивный переключаемый». Опубликовано 10.08.2007 Бюл.№22. Институт ГТСС считает целесообразным применение усовершенствованного асинхронного стрелочного электродвигателя типа МСТ-0,3М с массивным ферромагнитным ротором в проектах электрической централизации.
3. Контактные колодки автопереключателя электропривода новой конструкции освоено в серийном производстве Люберецким заводом "Пластмасс" и Армавирским электромеханическим заводом и внедрены на Московском метрополитене и Московской ж.д. Они были разработаны на основании патента РФ на изобретение №2353536 автора: «Автопереключатель». Опубликовано: 27.04.2009 Бюл. №12. Технический результат заключается в повышении надежности и прочности конструкции.
4. Макетные образцы электромагнитной муфты нового образца для стрелочного электропривода (взамен фрикционной ) прошли лабораторные испытания для дальнейшего испытания на Московской ж.д.
5. Усовершенствованная схема электрообогрева стрелочных переводов в 2001-2003 г.г прошла опытную эксплуатацию на ст. Орудьево Московской ж.д., в 2007-2008г.г. была внедрена на ст. Решетниково Октябрьской ж.д. Указанная схема электрообогрева управлением «Путь и путевое хозяйство» ОАО «РЖД» рекомендована для внедрения и на других железных дорогах РФ. Проект одобрен институтом ГТСС (Заключение ГТСС №20/30 от 24.07.08г.). Алгоритм работы схемы с применением микропроцессорной техники показан в принципиальной схеме электрообогрева.
6. Разработанный на основание изобретения стрелочный асинхронный электродвигатель нового поколения (патент РФ №2315412 автора «Электродвигатель реактивный переключаемый». Опубликовано 20.01.2008 Бюл.№2.) повышает надежность работы электропривода и снижает стоимость изготовления электродвигателя.
7. С целью унификации аппаратуры и повышения эксплуатационной надежности дано принципиальное решение по применении в качестве путевого приемника на метрополитене реле типа ДСШ-15, широко используемого на магистральном ж. д. транспорте (Заключение ГТСС №32-07/36 от 13.08.04г ).
8. Разработанная трех проводная схема управления для ЭЦ с двигателем с магнитоэлектрической системой возбуждения прошла лабораторные испытания в институте" Гипротранссигналсвязь".
Практическая реализация результатов выполненных исследований позволила повысить качество работы электрической централизации на станциях, улучшить технический уровень автоматизации УЭМЖАТ(СП), обеспечивая тем самим значительный народнохозяйственный эффект. А это своей стороны способствует улучшению эксплуатационной деятельности и повышению провозной способности отрасли, экономию трудовых и энергоресурсов в масштабах железных дорог и метрополитенов РФ.
Новизна технических решений разработанных устройств подтверждена авторскими патентами, полезными моделями и заявками на изобретения.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались, обсуждались и были одобрены на международной конференции молодых ученых железнодорожных ВУЗ (в г. Гомель, БЖТ 1998г); в службе технической политики Московской железной дороги.
(г. Москва, 2000г. и 2011г); на кафедре «А и Т на ж.д.» (г. Москва, РГОТУПС, 2001г.); на кафедре «Безопасность движения» Российской академии путей сообщения (г. Москва, 2004 г.); на кафедре «Электрические машины», МИИТ (г. Москва, 2005-2006г.г.); на кафедре «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы (г. Москва, МАИ, 2008г.); на кафедре «Тяговый подвижной состав» (г. Москва, МИИТ, 2009г.).
Монография Абусеридзе З.В. «Параметрическая оптимизация устройств железнодорожной автоматики и телемеханики»: Научное издание. – Москва: депонирована в институте ВИНИТИ РАН, №2, 2004, Б\О 238, 126с. полностью отражающая содержание диссертации, разослана по списку 24 организации Российской Федерации, специализирующиеся в области исследований по теме диссертации.
Публикации. Автор 49 научных работ. По теме диссертации опубликованы 34 печатных работ и 1 монография, в том числе 21 статей в журналах входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, получены 2 патента на изобретения и один патент на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Она содержит 283 страниц основного текста, 59 иллюстраций, 35 таблиц, список литературы из 188 наименований и 3 приложений. Всего работа изложена на 450 страницах машинописного текста.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ:
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи работы, описаны методы исследования. Приведены основные положения, выносимые на защиту, изложены сведения о научной значимости и практической ценности, реализации и апробации работы.
В первой главе приведены характеристики, недостатки в эксплуатации и перспективы совершенствования УЭМЖАТ(СП) и их базовых элементов, а также выбран метод исследований на основания анализа существующих методов оптимального проектирования. Одновременно проведен аналитический обзор методов оптимального проектирования, расчет поиска оптимума при многопараметрической оптимизации, исследована параметрическая надежность автоматики. Математические процедуры оптимизации включает в себя основные положения: принцип максимума Л.С. Понтрягина, методы динамического программирования и принцип оптимальности Беллмана, прямые методы вариационного исчисления, теории размерностей, метод подобия и анализ основных общих уравнений динамических систем.
С целью ускорения сходимости алгоритма оптимизации автором в метод внутренней точки внесены некоторые изменения, целесообразные для решения конкретной задачи, которые приведены ниже:
F (x) = F (Х1, Х2, Х3, Х4, Х5) max, (1)
где F (x) = f (x) – T [ tj Gj ( x ) - tj Gj ( x ) ]2, Gj (x) 0, j = 1, 2, …, 5.
Зная примерные величины функций ограничений Gj (x), примем следующие значения масштабных множителей tj: t1 = t5 = 1000, t2 = t3 = t4 = 100. Отсюда следует, что в случае невыполнения хотя бы одного ограничения F(x) принимает отрицательное значение, поскольку вычитаемое в приведенной формуле намного превзойдет уменьшаемое f (x).
Учитывая это обстоятельство, алгоритм оптимизации был построен таким образом, что попадание в отрицательное значение критерия оптимальности приводит к возврату точки поиска хк на один шаг назад в хк-1 и, следовательно, к выходу из недопустимой области переменных параметров. Затем, в новой точке вновь определяется градиент, в направлении которого шаг меньшей величины. Таким образом, производится приближение к границе, заканчивающееся тогда, когда дальнейшее движение к границе не приводит к увеличению критерия оптимальности заранее заданной точности вычисления.
Изложенный метод оптимизации имеет отличие от известного метода внутренней точки, заключающегося в том, что путем заведомо больших масштабных множителей сразу устанавливается весьма крутые барьеры вдоль границы допустимой области, а поиск ведется только внутри ее. Из рис.1 видно, что попадание из точки hк-1 в точку hк согласно изложенному алгоритму приведет к возврату в точку hк+1. Однако, F( hк+1) < F(hк), что вызовет снова изменение направления поиска в сторону точки и последующее нахождение этого максимума, равного, например, F(hА) = -103. Таким образом, все операции, следующие за точкой hк-1, не представляют практического интереса и бесполезны, а уменьшение шага h или ослабление крутизны границы допустимой области приведут к замедлению сходимости в интересующую точку максимума С. Кроме того, при оптимизации известным методом внутренней точки усложняются требования к величине шага поиска вдоль направления, заданного градиентом. Например, при достаточно большом шаге возможен выход точки поиска за границу допустимой области и при существовании в последней отрицательных максимумов длительной и бесполезный их поиск. Этот факт практически подтвержден при реализации на ЭВМ метода внутренней точки.
Иллюстрация максимума в отрицательной области критерия оптимальности F
.
Рис. 1.
- величина шага вдоль направления градиента, вычисленного в точке В
Градиентные методы позволяют найти лишь локальный экстремум. В связи с этим, в случае сложности или априорной неизвестности формы гиперповерхности критерия оптимальности оптимизацию методом, например, наискорейшего подъема целесообразно производить из разных начальных точек с последующим выделением максимального значения из ряда полученных результатов. Генерирование такого рода начальных точек может осуществляться, например, стохастический по формуле:
Хi = ai + i (bi – ai ), i = 1, 2, …, n, где n – количество переменных параметров.
В результате изложенного выше анализа методов оптимального проектирования для решения поставленной задачи был выбран метод наискорейшего подъема со случайным выбором начальных точек, называемый в дальнейшем стохастическо - градиентным методом. Из приведенного алгоритма видно, что модифицированный метод внутренней точки может быть использован и для условной оптимизации, т. е. При отдельно заданных целевой функции и ограничениях.
Значительный вклад в создание и развитие и практики железнодорожной автоматики и телемеханики внесли ученые транспорта: А.М. Брылеев, И.Е. Дмитренко, В.Н. Иванченко, Ю.А. Кравцов. В области развития теории электромеханики и электрических машин известны фундаментальные работы доктора технических наук: В.Я. Геча, В.Я. Беспалова, Л.К. Ковалева, Л.А. Курочки, М.Ф. Карасева, А.С. Курбасова, В.Н. Авилова, В.А. Кучумова.
Однако в известных работах не рассматриваются особенности работы УЭМЖАТ(СП), коммутационные процессы в электродвигателях при искраобразовании под щетками, проблемы совместимости схем управления с двигателями новой конструкции и прочности элементов серийного электропривода и его гарнитуры при воздействии динамических сил от подвижного состава, в т.ч. в условиях высокоскоростного движения.
Идея применения магнитоэлектрической системы возбуждения в стрелочном коллекторном двигателе не является новой. Обзор мировой и отечественной технической и патентной информации показывает, что попытки возбуждения от постоянных магнитов в электрических машинах применялись ученными транспорта в разных периодах (Переборов А.С. и др. Об электродвигателе постоянного тока с магнитоэлектрическим возбуждением для стрелочного электропривода. Автоматика, телемеханика и связь, №10, 1972, с.14-15; Сорокер Т.Г. Сборник. Вопросы теории расчета и исследований электрических машин, Москва, 1980 г.; Казиев Г. Д., Епифанова Л.М. Бесколлекторный управляемый двигатель. Автоматика, связь, информатика, №7, 2004г.) Однако, соискателю удалось до конца ее реализовать, создав на основе теории оптимального проектирования и расчетов приемлемый образец такого двигателя. Поскольку замена обмоток возбуждения постоянными магнитами не является единственным фактором,повышающем эксплуатационную надежность стрелочного двигателя соискателем обстоятельно исследовано влияние коммутационных процессов на работу коллектора при магнитоэлектрическом способе возбуждения, открыв новые подходы к более оптимальному построению схем управления стрелочным электроприводом и исследовав вопрос динамических воздействия подвижного состава на стрелочный привод в связи с изменением массы двигателя и компоновки стрелочного привода, что
В работе показаны особенности работы УЭМЖАТ(СП), показаны их достоинства, недостатки и перспективы развития, также произведен анализ и дана классификация критериев и уровней оптимизации режимов работы УЭМЖАТ(СП), определены пути совершенствования расчета стрелочных электродвигателей постоянного и переменного тока. В работе решен вопрос параметрической надежности УЭМЖАТ(СП) в случае нелинейной зависимости их параметров.
В решении практических задач оптимального проектирования, одной из которых является синтез элементов УЭМЖАТ(СП), большое значение имеет исследование влияния ограничений на получаемые в результате оптимизации критерия оптимальности. Получение зависимости такого рода позволяет определить, какие требования к УЭМЖАТ(СП) является лимитирующим по отношению к критерию оптимальности.
Критерием оптимальности в УЭМЖАТ(СП) может быть: в электроприводе - время перевода стрелки, в пусковой аппаратуре - время работы пускового реле, в схеме управления - сопротивление стрелочного кабеля, в линии питания - кратность пускового момента электродвигателя. Они рассчитаны в соответствующих разделах диссертации.
Применение модифицированного метода позволило определить функциональные зависимости параметров УЭМЖАТ(СП), а также сформулировать требования к ее аппаратуре.
Процесс синтеза УЭМЖАТ(СП) известным классическим методом, включающим в себя три этапа оптимизации, не поддается полной формализации. В частности, третий этап синтеза, предусматривающий выбор оптимальных параметров элементов, основан на эвристических методах и не может быть алгоритмизирован, например, для расчета на ЭВМ. Кроме того, он не позволяет осуществить однозначный выбор этих параметров.
В связи с этим определение оптимальных параметров комплекса произведено методом оптимального проектирования, представляющим собой задачу математического программирования при наличии ограничений.
Во второй главе решены теоретические вопросы при создании новых УЭМЖАТ(СП). Особое внимание были уделены проведению исследования ныне эксплуатируемых коллекторных и асинхронных стрелочных электродвигателей, выявлению их недостатков в работе. Указаны пути совершенствования конструкции и дальнейшей оптимизации характеристик стрелочных электродвигателей, рассмотрены основные принципы построения новых электрических схем микромашин, даны усовершенствованные методики расчетов микромашин специального назначения на примере двигателей стрелочных переводов. Проведенные исследования позволили создать их математические моделей и разработать новые стрелочные электродвигатели постоянного и переменного тока типа МСП-0,35М (4-х полюсный с электромагнитной системой возбуждения) и типа МСТ-0,3М (с массивным ферромагнитным ротором).
Важную роль в процесс коммутации играют щетки, которые своей физической природе являются нелинейным сопротивлением. Основные электрические свойства щеточного контакта машин постоянного тока (МПТ) наиболее логически объясняются с точки зрения теории фриттингов Р.Хольма. Согласно этой теории токопередача через скользящий контакт угольной щетки с медным коллектором осуществляется посредством точек проводимости (-пятен) образованных за счет фриттинга изолирующей контакт пленки закиси меди, входящей в состав политуры коллектора. Но в теории Р.Хольма не учитывается первоначальная проводимость контакта, которая создается механическим разрушением политуры коллектора при скольжении по нему щеток, а также контактная разность потенциалов k, обусловленная различием материалов контактной пары
Структура политуры коллектора гетерогенна и состоит из пленки закиси меди Сu2О, непосредственно примыкающей к меди коллектора, и слоя частиц износа щеток, который примерно вдвое тоньше пленки Сu2О. Общая толщина политуры колеблется в широких пределах и в среднем составляет 10-7 м. При низком уровне приложенного к пленке Сu2О напряженности электрического поля (менее 108 в/м) она практически изолирует контакт. Размеры проводящих поверхностей соприкосновения (-пятен) в направлении скольжения щеток примерно в три раза больше их ширины, и они испытывают контактное давление порядка 70% от твердости щетки.
Учитывая вышеприведенные экспериментальные данные о параметрах контактной поверхности коллектора и электрические свойства его политуры, единичные поверхности соприкосновения, покрытые слоем политуры, можно рассматривать как контактирующие тонкопленочные системы С – Сu2О – Си: полупроводник (щетка) – тонкий диэлектрик (пленка закиси меди) – металл (медь коллектора).
Следовательно, условия токопередачи через слой политуры коллектора будут определяться физическими условиями прохождения электронов через указанную тонкопленочную систему. Угольная щетка электроотрицательна по отношению к меди коллектора, поэтому энергетическая диаграмма тонкопленочной системы С – Сu2О – Си в условиях термодинамического равновесия будет иметь вид, приведенный на рис.2.
Измерение контактной разности потенциалов для некоторых наиболее распространенных в тяговом машиностроении марок электрографитовых щеток производилось на короткозамкнутом коллекторе с использованием компенсационной схемы.
Приведенные в табл.1. экспериментальные значения к соответствуют порядку величины двойного слоя, приводимого в работе Р.Мейером, и величине к, полученного в работах В.М. Синоров, Л.П. Кучумов
Снижение величины к с ростом уровня плотности тока под щеткой фактически характеризует температурную зависимость контактной разности потенциалов.
По данным экспериментальных исследований контактной поверхности при помощи специальных зондов, встроенных в щетку, среднее контактное давление, которое испытывают единичные поверхностей соприкосновения, составляет около 70% от твердости материала щетки. В связи с этим можно предположить, что при приложении к щетке номинального контактного усилия со стороны пружин щеткодержателя (у тяговых электродвигателей оно на 20…30% выше, чем у машин обычного исполнения), шероховатости ее контактной поверхности пластически деформируются и для ее относительной площади справедлива формула Герца: 
(2)
Где: Sк – суммарная площадь контактной поверхности щеток одного щеткодержателя; Sщ – суммарная рабочая площадь щеток одного щеткодержателя; ns – среднестатистическое число поверхностей соприкосновения Sj под единицей рабочей площади щеток; рк – контактное давление на щетки; – коэффициент, учитывающий степень нажатия контактов; Hщ- твердость материала щетки
Замеры k по указанной схеме производились сразу же после отключения тока фиксированной плотности в пяти различных точках рабочей поверхности коллектора.
Усредненные результаты измерений приведены в табл. 1, по данным которых на рис.2 построена зависимость k = f ( Jщ ). Для рассматриваемых марок щеток:
Таблица 1. Контактная разность потенциалов k, мВ
| Марка щетки | Плотность тока под щеткой, А/см2 | |||||
| 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | |
| ЭГ-2А | 180 | 170 | 157 | 140 | 122 | 100 |
| ЭГ-61 | 210 | 195 | 180 | 165 | 143 | 120 |
| ЭГ-61А | 220 | 208 | 190 | 175 | 154 | 130 |
Типичная осциллограмма мгновенных значений падения напряжения в скользящем контакте приведена на рис.3, из которого видно, что оно подвержено сильным колебаниям, так как под щетку при ее скольжении по коллектору постоянно попадают окисленные единичные поверхности соприкосновения. Для их фриттинга требуется повышенное напряжение UF, которое сразу же после образования на рабочей поверхности коллектора -пятен падает до величины Uщо, которая характеризует падение напряжения в неподвижном контакте, когда все фриттинги под щеткой завершаются.
Рис. 2. Контактная разность потенциалов щеточного контакта
Рис. 3. Осциллограмма мгновенных значений падения напряжения в скользящем контакте
При увеличении плотности тока под щеткой интенсивность фриттинга единичных поверхностей соприкосновения, покрытых политурой, возрастает. При этом монотонно растет и число - пятен, поэтому с повышением плотности тока удельное контактное сопротивление снижается. Свое минимальное значение оно принимает тогда, когда все единичные поверхности соприкосновения под щеткой очищаются от пленки Сu2О.
Особенностью машин постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов является то, что они имеют незначительное радиальное расстояние между железом якоря и внутренней поверхностью остова из–за малой высоты магнитов. При этом в коммутируемых секциях этих машин индуктируется довольно большая ЭДС вращения 
от поля реакции якоря, которая сравнима с реактивной ЭДС и определяется следующим выражением 
, где 
- индукция магнитного поля реакции якоря в зоне коммутации.
Следует отменить, что в существующих методиках расчета коммутации машин постоянного тока ЭДС 
вычисляется для магнитодвижущей силы реакции якоря, которая создается всеми его проводниками. В действительности проводники, принадлежащие коммутируемым секциям, практически не участвуют в создании индукции 
в зоне коммутации и поэтому ее необходимо вычислять по следующей более точной формуле:
(3)
где 
- магнитодвижущая сила реакции якоря без учета проводников коммутируемых секций; 
- число витков якорной обмотки без учета коммутируемых секций;
- ток в параллельной ветви якорной обмотки; 
- длина воздушного зазора между железом якоря и внутренним диаметром остова. Для машин постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов она равна 
; число витков якорной обмотки без учета коммутируемых секций определяется по следующей формуле:
(4)
где 
- число проводников обмотки якоря; 
- число проводников одновременно коммутируемых секций; 2p – число главных полюсов; 
- число параллельных ветвей якорной обмотки; 
-округленный до ближайшего целого числа коэффициент щеточного перекрытия; 
- число витков обмотки якоря; При этом в разрываемой секции индуктируется экстра–ЭДС от разрыва контурного тока 
.В этом случае в короткозамкнутом контуре «секция-щетка» будет протекать контурный ток (iк), при разрыве которого в момент окончания К.З. секции по сбегающим краем щетки возникает искрение, которое резко повышает износ коллектора и щеток.
Из типичной осциллограммы межламельного напряжения разрываемого коммутируемого контура “ секция – щетка” (Рис.4.) видно, что на завершающем этапе этого разрыва экстра – ЭДС возрастает практически по линейному закону, т. е. для нее справедливо следующее выражение:
где В-постоянный коэффициент
Проинтегрировав уравнение по времени и учтя начальные условия, для контурного тока получим:
где: 
начальные значения контурного тока через разрываемую ламель коммутируемой секции; постоянный коэффициент В определяем из условия, что концу разрыва ламели ее контактное сопротивление 
и контурный ток через нее равен нулю, т. е. для момента времени 
имеем:
Рис.4.Типичная осциллограмма межламельного напряжения разрываемого коммутирующего контура
(5)
Отсюда, для коэффициента В можно записать:
(6)
где 
- удельная индуктивность разрыва
(7)
После преобразования окончательно получим:
(8)
Для момента окончания разрыва коммутируемой секции имеем:
(9)
На основании обобщенного критерия качества коммутации с учетом потенциального и электромагнитного факторов в момент разрыва коммутируемой секции в работе был получен критерий искрообразования для коллекторных машин без дополнительных полюсов с магнитоэлектрической системой возбуждения (в.т.ч. и для стрелочных электродвигателей): 
(10)
где 
- коэффициент искрения и равен 
Следовательно, для обеспечения безыскровой коммутации машин постоянного тока без дополнительных полюсов и с возбуждением от постоянных магнитов необходимо выполнять полученного условия, которое является критерием качества коммутации для коллекторных машин данного класса. В работе по критерию искрообразования была приведена оценка качества коммутации электродвигателей МСП-0,25; МСП-0,25М и МСП 0,35М, на основании которых коммутационные параметры приведены в табл.2.
Таблица 2. Коммутационные параметры электродвигателей
| Параметры | МСП – 0,25 | МСП – 0,25М | МСП – 0,35М |
| Ток нагрузки якоря Ia,А | 2,5 | 2,2 | 2,5 |
| Марка щеток | Г3 | Г3 | ЭГ8 |
| Количество щеток | 2 | 2 | 4 |
| Размеры щеток,мм | 8х10 | 8х10 | 6х5 |
| Расчетный коэффициент щеточного перекрытия p | 1,33 | 1,33 | 1,0 |
| Округленный коэффициент щеточного перекрытия | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| Ширина ламели коллектора,мм | 5,92 | 5,92 | 5,92 |
| Окружная скорость коллектора Vк, м/с | 4,09 | 4,09 | 4,27 |
| Индуктивность секции,10-4Гн | 3,8 | 4,4 | 3,3 |
| Реактивная ЭДС Еp, В | 1,25 | 0,73 | 0,52 |
| ЭДС от реакции якоря Еа,В | 0,23 | 1,14 | 0,39 |
| Дополнительная ЭДС Ед,В | 0,72 | - | - |
| Результирующая ЭДС Е, В | 2,2 | 1,87 | 0,91 |
| Падение напряжения под щеткой Uщ,В | 0,8 | 0,78 | 0,85 |
Таблица 3. Расчет удельной индуктивности разрыва 
для двигателей
| Тип двигателя | tл 10-3 с | Rл ом | Кg | Lp 10-4 Гн | p |
| МСП – 0,25 | 1,45 | 0,43 | 1,0 | 3,8 | 0,61 |
| МСП-0,25М | 1,45 | 0,48 | 0,7 | 3,1 | 0,45 |
| МСП-0,35М | 1,39 | 0,69 | 1,0 | 3,3 | 0,34 |
В таблице 4 приведены результаты работы по критерию соотношения 
для реверсивных двигателей. При этом учитывалось, что напряжение искрообразования для щетки марки Г3 составляет 2,8 В, а для щетки марки ЭГ-8 - 3,0 В
Таблица 4. Результаты работы реверсивных двигателей по критерию искраобразования
| Тип двигателя | Uн В | Uщ, В | p | Uн – Uщ/1+p В |
| МСП – 0,25 | 2,8 | 0,8 | 0,61 | 1,24 |
| МСП-0,25М | 2,8 | 0,78 | 0,45 | 1,39 |
| МСП-0,35М | 3,0 | 0,85 | 0,34 | 1,6 |
Сравнение результирующих ЭДС 
из табл.2 с отношением 
из табл. 4 показывает, что только для электродвигателя МСП–0,35М удовлетворяется критерий искрообразования. Следовательно, только этот двигатель не будет испытывать коммутационных затруднений в эксплуатации.
В теории коммутации электрических машин постоянного тока за реверс тока в коммутируемых секциях ответственно ЭДС от поля ДП, но не рассматривается механизм этого реверса при их отсутствии. В процессе исследовании проблемы коммутации в коллекторных стрелочных электродвигателях без дополнительных полюсов установлен следующий факт: коммутация тока в якорной секции представляет собой два разграниченных во времени апериодических процесса: а) процесса замыкания щеткой секции с быстрым спадом ее тока до нуля под действием суммарного сопротивления коммутируемого контура, а затем б) процесса ее размыкания, связанного с включением секции в другую параллельную ветвь с установлением в ней тока противоположного направления. В графическом виде этот процесс представлен на рис.5.
После длительного программного испытания нового электродвигателя с магнитоэлектрической системой возбуждения на 1,0 млн. переводов недействующей стрелки и более года эксплуатации в одном из действующих приводов на станции ЭЦ Приволжской ж.д. сделан вывод, что условия его коммутации улучшились. Это подтвердили лабораторные исследования: действием реакции якоря симметричность распределения магнитного поля не искажена, результирующее магнитное поле к краям главных полюсов не смещено, физическая нейтраль относительно геометрической также не смещена.
Рис.5. Апериодический реверс тока в коммутируемой секции
После длительного программного испытания нового электродвигателя с магнитоэлектрической системой возбуждения на 1,0 млн. переводов недействующей стрелки и более года эксплуатации в одном из действующих приводов на станции ЭЦ Приволжской ж.д. сделан вывод, что условия его коммутации улучшились. Это подтвердили лабораторные исследования: действием реакции якоря симметричность распределения магнитного поля не искажена, результирующее магнитное поле к краям главных полюсов не смещено, физическая нейтрал относительно геометрической также не смещена.
Методом физического моделирования магнитного поля в воздушном зазоре между постоянным магнитом и якорем для коэффициента полюсного перекрытия была получена следующая эмпирическая формула:
(11)
где: 
- угол раскрытия магнитов; 
- полюсное деление якоря.
Точность расчетной формулы была подтверждена путем анализа экспериментальных кривых распределения индукции в воздушном зазоре, снятых с помощью датчика Холла на макетных образцах двигателей с возбуждением от постоянных магнитов.
В процессе разработки асинхронного двигателя с массивным ротором потребовалось теоретическая и экспериментальная проработка двух основных вопросов. Первый вопрос- определение параметров массивного ротора. Если для обычных асинхронных двигателей можно с известным приближением считать параметры схемы замещения постоянными, то у асинхронных двигателей массивными роторами полное сопротивление ротора зависит от частоты перемагничивания ротора, магнитной проницаемости на поверхности ротора, а также от краевого эффекта. Два последних фактора не подаются точному расчету, а имеющиеся рекомендации в основном относятся к двигателям мощностью более 1квт. Исследования показали, что для определения параметров массивного ротора асинхронного двигателя малой мощности уточненная Г-образная схема замещения неприемлема, а необходимо использовать точную Г- образную схему замещения Отношение реактивной составляющей у асинхронного двигателя малой мощности находится в пределах 0,68-1,0, а рекомендуемое отношение 0,6-0,7 неприемлемо для машин малой мощности. Электромагнитные расчеты показали, что лучшую сходимость с опытными данными дают те расчеты, в которых использовано соотношение 0,68- 1,0.
Второй вопрос - оптимальный подбор материала и конструкции массивного ротора с целью получения необходимых характеристик и обеспечения экономичности, технологичности и максимальной унификации с базовым исполнением. В результате исследований предпочтение было отдано роторам из железомедного сплава СМ-25 (=1,1510-7Омм) с оптимальным значением магнитной проницаемости как наиболее удовлетворяющим указанным требованиям. Следует отметить, что необходимые характеристики были обеспечены асинхронного двигателя с массивным ротором на основе базовых серийных двигателей, в которых не унифицированы только ротор и обмотка статора.
Для расчета зависимости относительной магнитной проницаемости ротора от скольжения S составлена программа на ЭВМ. Результаты расчетов представлены в таблице 5.
Расчетами на ЭВМ, выбраны оптимальные параметры полого цилиндра и сердечника для нового двигателя МСТ-0,3М, в котором создаются условия для увеличения КПД и COS. Применение двухслойного ротора может значительно повысить пусковой момент нового электродвигателя.
Таблица 5. Параметры рабочих характеристик оптимизированного электродвигателя.
| Скольжение | Момент, Нм | Ток статора, А | cos |
| 1 | Мп=17,6 | 2,94 | 0,792 |
| 0,67 | Мmax=19,50 | 3,06 | 0,860 |
| 0,37 | 8,08 | 2,52 | 0,785 |
| 0,11 | Мн=3,43 | 1,94 | 0,570 |
| 0,10 | 3,21 | 1,90 | 0,567 |
| 0,07 | 2,41 | 1,78 | 0,480 |
| 0,05 | 2,17 | 1,75 | 0,452 |
В двигателе с двухслойным ротором, разработанного автором для стрелочных асинхронных электродвигателей, ток в начальный момент пуска вытесняется в наружную пусковую клетку, создавшего большой пусковой момент, а по окончании процесса пуска протекает по рабочей клетке с малым активным сопротивлением, вследствие чего двигатель работает высоким К.П.Д. У такого двигателя пусковой момент значительно больше, чем у короткозамкнутого двигателя нормального исполнения. Кратность пускового момента такого двигателя достигает 4,5-6,0 (у серийного-3,5), а кратность пускового тока составляет 1,3-1,7 (у серийного-2,3). Увеличение пускового момента достигается повышением скольжения путем увеличения отношения активного сопротивления клетки ротора к индуктивному сопротивлению двигателя. Практически это осуществляется увеличением сечений сердечника статора и ротора и уменьшением стержней клетки.
В работе получена математическая модель асинхронного стрелочного электропривода (АСЭД) с дистанционным управлением, в которой отражены основные соотношения электромеханических и тепловых связей. В дальнейшем исследование оптимизации режимов работы (АСЭД) производился по этой же модели.
(12)
где:
Поскольку начальные 
и 
заранее не известны, найдем их, используя метод итеративного приближения Ньютона – Рафсона.Для этого разложим в ряд Тейлора координаты в конечный момент времени 
и 
. Отбрасывая члены второго порядка и выше, получим следующую итерационную процедуру для нахождения неизвестных начальных значений 
оптимального процесса :
(13)
Здесь j=1,2,… -номер итерации, 
- значение средней температуры двигателя,получаемое на j-й итерации при t=T,
- скорость ротора на j-й итерации при t=T.
Элементами обратной матрицы определялись из следующей линейной системы дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами:
(14)
В квадратными скобками выделены переменные, для которых начальные условия при решении дифференциальных уравнений равны единице, для остальных равны нулю. Элементы прямоугольной матрицы (матрица Якоби) определялись путем дифференцирования.
В диссертационной работе также исследованы электромагнитные и тепловые переходные процессы, протекающие в АСЭД. Составлена математическая модель теплового переходного процесса лимитирующей области АСЭД, которая решалась на ЭВМ совместно с уравнением электромеханического переходного процесса с учетом взаимного процессов:
(15)
Коэффициенты а1 а15, отражающие тепловую связь между элементами лимитирующей по нагреву области АСЭД, определяли в зависимости от структуры взаимодействующих в тепловом отношении конструктивных элементов.
Для управления электропривода на повышенной удаленности необходимо стало определить первичные и вторичные параметры линии питания стрелочного кабеля. Экспериментальным исследованием было установлено, что ток на выходе кабельной линии равен:
(16)
По таблице операционных соотношений:
, t > (17)
Как видно, ток в конце линии изменяется потому закону, что и на выходе; однако ток на конце линии появляется только по прошествии времени 
, необходимого на прохождение волной расстояния L.
Формулы отображают процессы в действительных кабельных линиях весьма приближенно, так как они получены в предположении, что G=0, а параметры R и L не зависят от Р, т.е. от частоты, что может справедливым только в узком диапазоне частот
Напряжение волны, подошедшей к любой точке линии, оказывается приложенным к волновому сопротивлению линии, имеющему ёмкостный характер. Если ток волны не ограничен сопротивлением жил пройденного участка кабельной линии, тогда возникает значительный зарядный ток, уменьшающийся по мере заряда участка линии, находящегося далее рассматриваемой точки (Рис.6 а) Если сопротивление жил пройденного
Рис.6. Характер нарастания тока в кабельной линии различной длины
волной участка линии значительно и ограничивает зарядный ток, последний первоначально невелик и возрастает по мере заряда пройденного участка линии и повышения напряжения волны (см. рис.6 б).
В реальных линиях за счет появляющегося искажения формы волны ток в различных точках линии не возникает толчком, а нарастает плавно
Точное исследование переходных процессов в реальных линиях представляет собой задачу весьма трудную в связи с необходимостью учитывать большое число факторов. Поэтому практически пользуются приближенным решением и уточняют влияние факторов экспериментально
В работе рассмотрены возможности применения электромагнитных фрикционных муфт взамен традиционных механических фрикционных муфт в приводах стрелочных переводов.
Кинематическая схема СП с электромагнитной срывной муфтой, принятая при составлении математической модели, изображена на рис.7.
Систему уравнений, соответствующую кинематической схеме, можно записать следующим образом:
; (18)
; (19)
;
(20)
(21)
(22)
(23)
Ip1, 1, Me, Is
IF, Ftn СМВ IL, 2, QL, M
Рис.7 Кинематическая схема СП с электромагнитной муфтой.
В уравнениях приняты следующие обозначения:
1, 2 - соответственно, угловые скорости вращения ведомой и ведущей частей электромагнитной муфты
Mе - мгновенное значение электромагнитного вращающего момента
Ip - момент инерции ротора электродвигателя;
Is, IL - моменты инерции ведущей и ведомой частей электромагнитной муфты;
Iред, IF -приведенные моменты инерции редуктора и массы движущихся элементов стрелки; Qs, QL – мгновенные значения углов поворота ведущей и ведомой частей муфты; ML, M1 - текущее и максимальное значения синхронизирующего момента муфты; Mtn - нагрузочный момент на валу двигателя, обусловленный силами трения остряков; tрез - время срабатывания приводозамыкателя; z - число зубцов электромагнитной муфты.
Для проведения анализа характеристик СП с электромагнитной муфтой и сопоставления полученных результатов с известными СП понадобилось иметь модель и программу, описывающую классическую схему, которая используется в серийных приводах.
Полученные для СП с фрикционной муфтой (на основе вышеуказанных допущений) уравнения записаны ниже.
Полученные результаты моделирования работы СП с электромагнитной муфтой приведены на рис. 8 (а - расчет перевода стрелки в СП ЭЦ с электромагнитной муфтой, б - моделирование работы СП с электромагнитной муфтой)
(24)
где: Мfr – приведенный момент фрикции; Ifr, IfL – приведенные моменты ведущей и ведомой частей муфты.
Полученные результаты моделирования работы СП с электромагнитной муфтой приведены на рис. 8 (а - расчет перевода стрелки в СП ЭЦ с электромагнитной муфтой, б - моделирование работы СП с электромагнитной муфтой)
а) б)
Рис.8. Результаты моделирования СП с электромагнитной муфтой
В третьей главе представлены конструкций разработанных технических средств УЭМ ЖАТ(СП):
1.Стрелочный электродвигатель с четырехполюсной магнитоэлектрической системой возбуждения (Рис.9).
Режим электромагнитного тормоза двигателя с постоянными магнитами резко сокращает время работы фрикционной муфты электропривода, увеличивая срок ее службы.
При использовании электродвигателя с магнитоэлектрической системой возбуждения в существующих 2-х, 3-х проводных схемах управления увеличивается быстродействие электропривода в не зависимости от его удаленности и улучшается условия коммутации его переключаемых реле в переходных процессах, что повышает надежность их работы и ускоряет перевозочного процесса.
Исследование показало, что использование в стрелочном электроприводе двигателя с возбуждением от постоянных магнитов позволяет разработать 2-х проводную схему управления без реверсирующего реле, поскольку реверсирование при таком возбуждения осуществляется не по трем, а по двум проводам. При этом повышается надежность самой схемы управления и снижается стоимость оборудования.
График изменения расхода стрелочного кабеля свидетельствует о том, что при максимальной удаленности не более 2 км достаточно одной градации, а для максимальной удаленности 3 км и более с целью уменьшения расхода кабеля целесообразно принять две градации. Увеличение градации более двух не дает практического результата.
С увеличением усилия на шибере электропривода при применении переводов марок 1\18, 1\22, 1\42 чрезмерно увеличивается потребляемый ток серийного электродвигателя, в связи, с чем ухудшаются его технико-эксплуатационные показатели. Увеличить габариты этого электродвигателя практически невозможно. Применение же в этом случае электродвигателя с магнитоэлектрическим возбуждением значительно уменьшит потребление пускового тока без существенного увеличения габаритов.
Рис. 9. Способ крепления магнитов в двигателе МСП-0,35М.
1-магнит; 2-остова; 3-специальный паз; 4-эпоксидная; 5-капроновые клинья
2. Стрелочный асинхронный электродвигатель с двухслойным ротором типа МСТ-0,3М (Рис.10). оптимизированный двигатель МСТ-0,3М обеспечивает четырехкратный пусковой момент при увеличении пускового тока на 17…19%. Мероприятия по снижению электропотребления позволят уменьшить сечение питающего кабеля. При разработке использован патент РФ автора №65697 на полезную модель: «Электродвигатель реактивный переключаемый». Опубликовано 10.08.2007 Бюл. №22)
Рис.10. Двухслойный ротор
1 – массивный ферромагнитный цилиндр; 2 – шихтованный цилиндр; 3 – короткозамыкающее кольцо; 4 – вал
3. Электромагнитная муфта стрелочного электропривода с двумя зонами захвата
На рис. 11. приведен эскиз электромагнитной муфты. Геометрические размеры макетов определялись в соответствии с данными экспериментальных исследований физических моделей с аналогичным принципом создания силового взаимодействия между ведущей и ведомой частями.
Рис. 11. Эскиз электромагнитной муфты с двумя зонами захвата
4. Схема включения электродвигателя с магнитоэлектрической системой возбуждения приведена на рис.12.
Примечательно, что исключение реверсируюшего реле из двух проводной схемы управления снижает общее время работы пусковых реле до 0,3-0,4с. Это обстоятельство весьма важно для стрелок полугорок и профилированных вытяжек, так как время перевода стрелки влияет на величину интервала между отцепами.
Так как реверсирование нового двигателя осуществляется не по трем, а по двум выводным проводам магнита без использования реверсирующего реле РР, тем самым повышается надежность схемы и уменьшается ее стоимость. Вместе с тем исключается возможность получения ложного контроля положения стрелки при перепутывании линейных проводов Л1 и Л2, что с точки зрения безопасности движения поездов имеет исключительное значение
Рис.12. Схема включения двигателя с постоянными магнитами без реверсирующего реле
5. Предложенная автором перспективная трех проводная схема управления с двигателем с магнитоэлектрической системой возбуждения (рис.13) устраняет все недостатки, обладающая двух проводная схема управления. Данная схема можно применить и с реверсирующим реле в ЭЦ и без реверсирующим реле в маневровых районах и на сортировочных горках. Она обладает значительной быстродействием, повышенной удаленностью, а время перевода стрелки практически не зависит от расстояния электропривода, исключает возможности создание условий ложного контроля положения остряков стрелки. В схеме применяется стандартная аппаратура и отличается простотой в работе. Центральное реверсирование электродвигателя, применяемое в этой схеме, помимо эксплуатационной надежности, позволяет еще снизить общее время работы пусковых реле, чем повышается скорость перевода стрелки.
Рис.3.16. Перспективная 3-х проводная схема управления с двигателем магнитоэлектрической системой возбуждения
6. Контактные колодки электропривода новой конструкции
Разработан на основание патента РФ на изобретение №2353536 автора: «Автопереключатель». Опубликовано: 27.04.2009 Бюл. №12. Технический результат заключается в повышении надежности конструкции и повышении безопасности движения поездов
По сравнению серийной, усовершенствованная контактная колодка обеспечивает упрощенную, но надежную конструкцию рис.14.
Существующая конструкция Новая конструкция
7. Электродвигатель реактивный переключаемый (ЭРП) приведен на рис.15 предназначен для приведения в движение машин и механизмов. Определяющим фактором такой разработки является минимальная стоимость двигателя и его высокая надежность в тяжелых условиях эксплуатации, в т.ч. в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики. По сравнении с серийным типа МСТ-0,3 новый двигатель имеет следующие показатели: простота конструкции; ротор безобмоточный; статор имеет катушки сосредоточного типа; высокая надежность; технологичность изготовления; лучшие энергетические показатели; в сравнении с синхронным электродвигателем менее чувствителен к изменению питающего напряжения и сохраняет свою работоспособность при значительном его снижении
Для Разработки использован патент РФ автора на изобретение №2315412: «Электродвигатель реактивный переключаемый». Опубликовано 20.01.2008 Бюл.№2. Технический результат заключается в повышении надежности и снижении стоимости конструкции электродвигателя рис 15.
( а- схема питания ЭРП, б – конструкция ЭРП)
А) 
Б)
Рис.16. Реактивный электродвигатель
8. В настоящее время электрообогрев стрелочных переводов является одним из самых эффективных способов снегоборьбы и защиты от обледенения стрелочных переводов. Однако широкому внедрению его препятствуют значительные электрозатраты, низкая надежность и высокие затраты на текущее содержание и обслуживание оборудования. Связано это прежде всего с отсутствием эффективных алгоритмов управления устройством электрообогрева и диагностики. Включена в новом проекте института ГТСС (Заключение ГТСС №20/30 от 24.07.08г.). Агоритм работы схемы заданного варианта СЦБ приведен на рис.16.
Рис.16. Алгоритм работы схемы электрообогрева стрелочных переводов с применение микропроцессорной техники
9. С целью унификации аппаратуры, улучшения коммутационных параметров пусковых реле в 2-х схеме управления автором впервые было применено в метрополитене в качестве путевого приемника реле типа ДСШ-15( взамен технически устаревшего реле типа ДСШ-2) и двигатель новой конструкции типа МСП-0,35М.без реверсирующего реле типа ППР3-5000. Сравнительные характеристики реле ДСШ-2 и ДСШ-15 сведены в таблице 6.
Известно, что скорость перевода стрелок зависит от времени работы пусковых реле, а последней определяется схемой включения электропривода. При применении двигателя новой конструкции время работы пусковых реле заметно сокращается из-за увеличения чувствительность в 3, коэффициента возврата в 1,8 раза, улучшения релейных характеристик за счет конструктивной особенности (Заключение ГТСС №32-07/36 от 13.08.04г).
Поскольку в схемах управления фронтовым контактом путевого реле проверяется свободность стрелочного изолированного участка от подвижного состава величина Кв имеет большое значение для быстродействия системы, особенно для пусковых реле и дополнительно в новом двигателе сопротивления обмотки возбуждения отсутствует, что значительно ускоряет срабатывания пусковых реле. Уменьшить время работы пусковых реле с повышением напряжения на двигателе и таким образом ускорить получение контроля положения стрелки на пульте маневрового района или сортировочных горках часто приводит к нарушению регулированию скорости отцепов и даже сходов вагонов с рельсов. Все это влияет на безопасности движения поездов и ухудшает перевозочный процесс.
Таблица 6. Сравнительные характеристики реле ДСШ-2 и ДСШ-15
| Тип реле | Частота питающ. напряж. | Местный элемент | Путевой элемент | Коэфф. возвр ата | Коэфф. запаса | Интенс. отказа (t) | Ресурс срабатывания | ||||
| Напр. | Ток не более | Мощн. не более | Срабат. | Отпуск. | Полное сопротивление | ||||||
| Гц | В | А | Вт | В | В | Ом | - | - | 1/час | циклов | |
| ДСШ-2 | 50 | 220 | 0,145 | 5 | 28 | 20 | 600 | 0,44 | 1,22 | 0,25 | 105 |
| ДСШ-15 | 50 | 220 | 0,072 | 5 | 12 | 9,5 | 720 | 0,79 | 1,5 | 0,15 | 2*105 |
В четвертой главе предложена методика испытания прочности элементов стрелочного электропривода и его гарнитуры при воздействии динамических сил с учетом ускорения, перемещения, напряжения и колебания в условиях высокоскоростного движения. Проведенные экспериментальные исследования показали, что динамические силы, действующие на шибер электропривода от воздействия подвижного состава, изменяются в весьма широких пределах. Например, при проходе электропоезда со скоростью 200км/ч максимальные вероятные силы в шибере электропривода крестовины составили 575кгс, средние – 387кгс; в шибере электропривода стрелки эти силы соответственно равны 200кгс и 117кгс. Измерение максимального перемещения прижатого остряка от воздействия электропоезда при движении со скоростью 200км/ч составили: +1,48мм; -1,32мм. Среднее перемещения равны ±1,1мм
Датчики, установленные на концах угольников, зафиксировали знакопеременные деформации; датчики, установленные под остряками и рамными рельсами,- деформации одного знака.
Амплитуда колебаний электропривода крестовины возрастает с 1,65 мм до 2,4 мм, величины перемещения фундаментальных угольников гарнитуры крестовины в основном не возрастают с ростом скорости, а даже уменьшаются. Так максимальные перемещения угольников при скорости движения электропоезда 100 км/час достигли 4-х мм, при 150 км/час-3,1 мм, при 200 км/час=2,6 мм. Анализируя данные колебаний электропривода и перемещений фундаментальных угольников, следует отметить, что колебания электроприводов возросли в 2 раза в крестовине и 5-10 раз в стрелке как средние, так и максимальные измеренные, приняв знакопеременный характер (рис.17).
Рис.17. Графики вертикальных перемещений фундаментальных угольников
Стрелки: а) средные значения прогибов; б) максимальные измеренные значения прогибов
Максимальное вероятные напряжения в гарнитуре крестовины достигли 500-600 кгс/см2; в гарнитуре стрелки 350=500 кгс/см2, т.е. в обоих случаях они находились примерно на одном уровне с напряжениями, возникающими от воздействия электропоезда ЭР-200. А это означает, что применяемые в настоящее время гарнитуры стрелки и крестовины может эксплуатироваться в условиях высокоскоростного движения.
Уровень ускорений электропривода вместе с его колебаниями дает полную характеристику вертикальных воздействий движущегося поезда на привод. Максимальное ускорение электропривода стрелки от прохода электропоезда со скоростью 200км/ч составили: +8g; -6,8g; среднее ускорение +4,8g; -4,8g. Особенно большие ускорения -12,5g возникали в электроприводах крестовины.
Были установлены также следующие факты:
- от воздействия поезда при скорости 200км/ч на запирающий зуб шибера электропривода стрелки воздействует динамическая сила, изменяющаяся в диапазоне 100200кгс. Электропривод стрелки в этом случае имеет двадцатикратный запас прочности;
- при воздействии на шибере с силами 300400кгс уровень напряжения в элементах запирающего механизма находится в пределах 50100кгс/см2, что свидетельствует о достаточной прочности запирающего механизма;
- с убыванием скорости подвижного состава динамические силы в шиберах уменьшаются.
При этом с точки зрения безопасности движения важнейшая закономерность: при импульсном изменении динамической силы в шибере резко возрастает вертикальные ускорения электропривода крестовины. При монотонном изменении сил в шибере уровень ускорений не меняется. Этот факт имеет исключительное значение для дальнейшего развития высокоскоростного движения.
В таблице 7 представлены величины ускорений электропривода крестовины и стрелки от воздействия электропоезда, а на рис. 18 представлена осциллограмма вертикальных ускорений электропривода крестовины.
Рис. 18. Осциллограмма вертикальных ускорений электропривода крестовины при движении электропоезда со скоростью 200км/час. Там же записаны динамические силы в шибере.
Таблица 7. Величины ускорений электропривода крестовины и стрелки
| Скорость | Направл. Движения | Электропривод крестовины | Электропривод стрелки | ||
| Zмах, g | Zср, g | Zмах, g | Zср, g | ||
| 200 | Пошерстн. | +7,8; - 6,3 | +4,3; -4,3 | ||
| 175 | Пошерстн. | +5,6; -5,6 | +3,1; -3,1 | ||
| 75 | Пошерстн. | +3,3; -3,7 | +2,0; -2,0 | ||
| 180 | Противош. | +6,8; -3,4 | +2,8; -3,0 | ||
| 200 | Пошерстн. | +8,0; -6,8 | +4,8; -4,0 | ||
| 200 | Пошерстн. | +8,0; -6,4 | +4,4; -2,8 | ||
| 150 | Пошерстн. | +5,5; -6,5 | +2,5; -4,0 | ||
| 150 | Пошерстн. | +5,5; -5,5 | +2,7;-2,8 | ||
В пятой главе. Проведены расчеты экономической эффективности разработанных технических средств, которые нашли применения на предприятиях ОАО "РЖД" и метрополитенах РФ.
В приложение 1 произведены усовершенствованные методов электромагнитных расчетов стрелочных электродвигателей постоянного и переменного тока, предназначенных для перевода железнодорожных стрелочных переводов с учетом требований ПТЭ железных дорог и метрополитенов РФ.
В приложение 2 приведены программы для расчетов разработанных технических средств на языке Бейсика с использованием схемы Эйлера для численного интегрирования дифференциальных уравнений на ЭВМ и качественного рассмотрения и моделирования физических процессов.
В приложение 3 приведены акты внедрения, заключений ГТСС, ПКТБ ЦШ, ВНИИЖТ, протоколы заводских и эксплуатационных испытаний средств УЭМЖАТ(СП) и реализации результатов работы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В работе выполнены технические и экспериментальные исследования и разработан ряд технических решений в области УЭМЖАТ. В процессе работы над проблемой создания законов управления электропривода, применяемые в стрелочных переводах, получены следующие основные результаты:
1. Как показали исследования, коммутация тока в якорной секции в стрелочных электродвигателях представляет собой два разграниченных во времени апериодических процесса: процесса замыкания щеткой секции с быстрым спадом ее тока до нуля под действием суммарного сопротивления коммутируемого контура и процесса ее размыкания, связанного с включением секции в другую параллельную ветвь с установлением в ней тока протиивоположного направления.
2. На основании исследования физических процессов, происходящих в щеточном контакте машин постоянного тока, получены основные экспериментальные электрические характеристики скользящего контакта угольной щетки с медным коллектором. Они совпадают и логически объясняются с точки зрения модернизированной теории фриттингов Р.Хольма, учитывающей реальные электрические свойства политуры коллектора.
3. Доказано преимущество электродвигателей с магнитоэлектрической системой возбуждения по сравнению эксплуатируемых в настоящее время электродвигателей с электромагнитной системой возбуждения, что позволило создать новые конструкции коллекторных микромашин типа МСП - 0,25М (2-х полюсный) и типа МСП – 0,35М (4-х полюсный).
4. С помощью специально разработанной программы и компьютерного моделирования определены и впервые были получены конфигураций реальных электрических микромашин приводов стрелочных переводов постоянного и переменного тока с распределением магнитного поля в воздушном зазоре
5. Анализ различных схем управления приводами стрелочного перевода показал полную их совместимость с двигателем новой конструкции.
6. Путем моделирования магнитного поля в воздушном зазоре между постоянным магнитом и якорем, для коэффициента полюсного перекрытия была получена эмпирическая формула. Точность этой расчетной формулы была подтверждена путем анализа экспериментальных кривых распределения индукции в воздушном зазоре, снятых с помощью датчика Холла на макетных образцах двигателей с возбуждением от постоянных магнитов.
7. Сформулированы критерий качества коммутации машин постоянного тока без дополнительных полюсов с возбуждением от постоянных магнитов, которые могут служить основой для расчетов коллекторных микродвигателей на железнодорожном транспорте.
8. Спроектирован шести полюсный асинхронный стрелочный электродвигатель с мощностью несколько сот ватт с массивным ферромагнитным ротором.
9. Предложена математическая модель стрелочного электропривода с электромагнитной фрикционной муфты. В работе ставилась задача теоретической и практической оценки возможности создания электромагнитной фрикционной муфты стрелочного электропривода, лишенной недостатков механических муфт, выполненной на принципиально иной основе – электромагнитного сцепления ведомой и ведущей частей.
10. В работе с применением методов теории случайных процессов и математической статистики определены законы распределения случайных величин параметров путевого электромеханического реле типа ДСШ-2 метрополитена. Эти исследования послужили основой для расчетов и других электромеханических устройств железнодорожной автоматики и телемеханики.
11. На уровне изобретения разработаны контактные колодки автопереключателя новой конструкции, что позволили значительно повысить надежность работы стрелочного электропривода.
12. Лабораторные испытания усовершенствованной трех проводной схемы управления показали ее полную совместимость с двигателем новой конструкции. Радиус управления стрелки в этом случае достигает 2,6 км и более, и он переводится быстрее, чем при серийном двигателе. Объясняется это большим значением пускового тока, отсутствием потерь на возбуждение, увеличением магнитного потока.
13. На уровне изобретения разработан реактивный микродвигатель для применения в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики
14. Разработан проект усовершенствованной схемы управления устройствами электрообогрева стрелочных переводов на микропроцессорной технике
15. Проведены экспериментальные исследования для определения прочности элементов стрелочного электропривода и его гарнитуры при воздействии динамических сил от подвижного состава с учетом ускорении в условиях высокоскоростного движения. Это позволило дать оценку прочности электропривода и его гарнитуры с новых позиций.
16. Полученные в диссертационной работе результаты внедрены на транспорте: контактные колодки стрелочного электропривода новой конструкции освоены в серийном производстве Люберецким заводом «Пластмасс» и применяются на Московском метрополитене; макетные образцы электромагнитной фрикционной муфты прошли лабораторные испытания для дальнейшего внедрения на Московской ж.д.; усовершенствованная схема электрообогрева стрелочных переводов прошла испытания в опытной эксплуатации на Московской железной дороге, одобрена департаментом пути и сооружений и будет применяться и на других дорогах ОАО «РЖД»; головной институт ГТСС считает целесообразным применять стрелочных электродвигателей новой конструкции постоянного и переменного тока типа МСП-0,35М и типа МСТ-0,3М и усовершенствованной схемы управления устройствами электрообогрева в проектах электрической централизации (письмо в ЦП ГТСС №20/130 от 24.07.08г.). Институтом дано также положительное заключение о применение на метрополитенах РФ в качестве путевого приемника реле типа ДСШ-15(взамен реле ДСШ-2) (Письмо в ЦШ ГТСС №32-07/31 от 13.06.04г.)
17. Экономический эффект от внедрения указанных технических средств составляет 855,4 млн. рублей, из них подтвержденный заказчиком ОАО"РЖД"-341,1млн.рублей. Среди них одна из работ автора отмечена Дипломом ОАО "РЖД" в номинации "Идея-2008"
18. Экспериментальным путем получены ряд новых соотношений, имеющих теоретические значения для науки и техники.
19. Новизна технических решений разработанных устройств подтверждена авторскими патентами и соответствующими публикациями
20. В диссертации даны практические рекомендации и решения по внедрению новых, более совершенных элементов систем электротехники с учетом особенности их работы в условиях эксплуатации.
21. По разработанным методам расчета внедрены и подготовлены для внедрения электродвигатели приводов стрелочных переводов с высокими технико-экономическими показателями.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
1.Курочка Л.А., Абусеридзе З.В. и др. Совершенствование конструкций и улучшение характеристик электродвигателя стрелочного привода. «Автоматика, телемеханика и связь», 1992, № 4, с.2-4.(вклад соискателя: определение рабочих характеристик параметров стрелочного электродвигателя с магнитоэлектрической системой возбуждения)
2.Абусеридзе З.В., Петрушин А.Д., Селютин Ю.В. Патент на изобретение: «Электродвигатель реактивный переключаемый» рег. №2315412 от 20.01.2008г. Бюл. №2.
3.Абусеридзе З.В. Математическая модель стрелочного электропривода с электромагнитной срывной муфтой. Транспорт: Наука, техника, управление. ВИНИТИ РАН, 2005, №3, с.22-24.
4.Абусеридзе З.В., Девликамов Р.М. Электродвигатель стрелочного перевода с четырехполюсной магнитоэлектрической системой возбуждения. Транспорт: наука, техника, управление. ВИНИТИ РАН, 2005, №5, с.11-12 (вклад соискателя: разработка эскизного проекта четырехполюсного стрелочного электродвигателя типа МСП-0,35М и расчет основных характеристик).
5.Девликамов Р.М., Абусеридзе З.В. О теориях коммутации машин постоянного тока. Транспорт: наука, техника, управление. ВИНИТИ РАН, 2005, №7, с.12-20(вклад соискателя: исследование механизма реверса тока для стрелочных коллекторных электродвигателей без дополнительных полюсов).
6.Абусеридзе З.В. Критерий качества коммутации машин постоянного тока без дополнительных полюсов. Транспорт: наука, техника, управление. ВИНИТИ РАН,2005, №8, с.38-39.
7.Абусеридзе З.В., Девликамов Р.М. Оптимизация коммутационных параметров электродвигателей привода стрелочного перевода. Транспорт: наука, техника, управление. ВИНИТИ РАН, 2005, №11, с.20-22(вклад соискателя: расчет основных коммутационных параметров стрелочных электродвигателей МСП-0,25, МСП-0,25М ).
8.Абусеридзе З.В. Математический модель асинхронного стрелочного электропривода (АСЭД) и оптимизация режимов его работы. Транспорт: наука, техника, управление. ВИНИТИ РАН, 2007, №5, с.45-46.
9.Абусеридзе З.В. Разработка перспективных модификаций стрелочного асинхронного электродвигателя. Транспорт: наука, техника, управление. ВИНИТИ РАН, 2007, №7,с.28-30.
10.Абусеридзе З.В. Оптимизация динамических режимов работы асинхронного стрелочного электродвигателя (АСЭД) с учетом электромагнитных переходных процессов. Транспорт: наука, техника, управление. ВИНИТИ РАН, 2007, №9, с.26-30.
11.Абусеридзе З.В. Патент на полезную модель: « Электродвигатель реактивный переключаемый» №65697 от 10.08.2007г. Бюл. №22
12.Абусеридзе З.В. Патента на изобретение: «Автопереключатель»
№2353536 от 27.04.2009г. Бюл.№12.
13. Абусеридзе З.В. Оптимизация режимов работы асинхронного стрелочного электродвигателя (АСЭД) с уточненным расчетом тепловых переходных процессов. Транспорт: наука, техника, управление. ВИНИТИ РАН, 2008, № 5, с.28-32
14. Абусеридзе З.В. Дальнейшее совершенствование конструкции и улучшение характеристик коллекторных машин стрелочного перевода. Наука и техника транспорта, 2009, №3, с. 46-49
15. Абусеридзе З.В. Асинхронный электродвигатель стрелочного привода с двойным активным слоем ротора. Наука и техника транспорта, 2009, №4, с.10-12
16. Абусеридзе З.В. Коммутация в электродвигателе постоянного тока с магнитоэлектрической системой возбуждения для привода стрелочного перевода. Электричество, 2010, №11, с.48-51
17. Абусеридзе З.В. Исследование физических процессов проводимости щеточного контакта машин постоянного тока. Электричество, 2010, №2, с. 41-46
18. Абусеридзе З.В. Разработка электродвигателя стрелочного перевода с магнитоэлектрической системой возбуждения. Электричество, 2010, №10, с.56-60
19. Абусеридзе З.В. Переходные процессы в реальной линии питания стрелочного электропривода. Наука и техника транспорта, 2010, №1, с.24-27
20. Абусеридзе З.В.Трехпроводная схема управления с электродвигателем магнитоэлектрической системой возбуждения. Наука и техника транспорта, 2010, №2, с.46-51
21. Абусеридзе З.В. Схема унифицированной рельсовой цепи метрополитена с фазочувствительным приемником ДСШ-15. Транспорт: Наука, техника, управление. ВИНИТИ РАН,2005,№ 2,с.33-35.
22. Абусеридзе З.В. Асинхронный электродвигатель стрелочного привода с чередующейся глубокопазной обмоткой ротора. 8-я научно-практическая конференция по безопасности движения поездов.-М.:МИИТ,1Ч.с.111-1, 2007.
23. Абусеридзе З.В. Выключение из зависимости стрелок с электроприводами переменного тока. «Автоматика, телемеханика и связь», 1992, № 12, с.37-38
24. Абусеридзе З.В., Степенский Б.М. Определение вероятностных характеристик параметров фазочувствительного приемника рельсовой цепи метрополитена. МИИТ, 1983, с.30 – Деп. в ЦНИИ ТЭИ МПС, 1994, № 2395(вклад соискателя: расчет числовых характеристик реле типа ДСШ-2)
25. Деркач Е.А., Абусеридзе З.В. Совершенствование конструкции и характеристик двигателей переменного тока стрелочного привода. Сборник научных трудов. Теория и практика транспортных электрических машин. РИИЖТ, 1992, с.67-69.(вклад соискателя: расчет кратности пускового момента и пускового тока стрелочного асинхронного электродвигателя с чередующейся глубокопазным и двухслойным ротором)
26. Абусеридзе З.В. Совершенствование электромеханических устройств железнодорожной автоматики и телемеханики метрополитена. Научный доклад. Санкт-Петербург, ПГУ ПС, 1995, 50 с.
27. Абусеридзе З.В. О возможности применения метода холодной запрессовки для соединения обмотки с коллектором якоря в серийных электродвигателях типа МСП. Труды научно-практической конференции « Недели науки- 2000-2002г.г.» в трех частях. М.:- МИИТ, 2003.
28. Абусеридзе З.В. Испытание прочности элементов серийного электропривода и его гарнитуры в условиях высокоскоростного движения. Труды научно-практической конференции « Недели науки-2000-2002г.г.» в трех частях. М.:- МИИТ, 2003.
29. Абусеридзе З.В. О работе рельсовых цепей и электроприводов. «Путь и путевое хозяйство», 2000, № 10, с.32-35.
30. Абусеридзе З.В. Усовершенствование электрообогрева стрелочных переводов. «Путь и путевое хозяйство», 2000, № 12, с.10.
31. Абусеридзе З.В. Совершенствование контактных колодок автопереключателя стрелочного электропривода. «Путь и путевое хозяйство», 2001, № 3, с.33.
32. Абусеридзе З.В. Расчет параметров, обеспечивающих компенсации потребляемой реактивной мощности асинхронных двигателей. Труды научно-практической конференции « Недели науки- 2000-2002г.г.» в трех частях. М.:- МИИТ, 2003.
33. Абусеридзе З.В. МОНОГРАФИЯ. Параметрическая оптимизация устройств железнодорожной автоматики и телемеханики (Ч.2: совершенствование и оптимизация электродвигателей приводов стрелочных переводов) Деп. ВИНИТИ РАН, №2, 2004, Б/О 238, 126 с.
34.Дмитренко И.Е., Абусеридзе З.В. Методы и технические средства повышения работоспособности устройств СЦБ метрополитена. Тезисы докладов по итогам «Недели науки – 94», часть1, Москва, МГУ ПС, 1995(вклад соискателя: расчет оптимальных параметров модернизированного дроссель трансформатора типа ДТМ-1000М)
35.Дмитренко И.Е., Алексеев И.М., Абусеридзе З.В. Автоматизация процессов измерения и контроля параметров аппаратуры автоматики и телемеханики. Тезисы докладов по итогам «Недели науки - 94», часть 2, Москва, МГУ ПС, 1995(вклад соискателя: организация в проведении метрологической экспертизы)
36.Абусеридзе З.В. Пути повышения надежности устройств автоматики и телемеханики метрополитена. Труды научно-практической конференции
« Недели науки-2000-2002г.г.» в трех частях. М.:- МИИТ, 2003.
37.Абусеридзе З.В. Модель перегона для комплексной проверки работоспособности АЛСН и САУТ в условиях депо. «Локомотив», 2001, №3, с.28
38.Абусеридзе З.В. Искусственная рельсовая линия для метрополитена. Труды научно-практической конференции « Недели науки-2000-2002г.г.» в трех частях. М.:- МИИТ, 2003.
39. Е.А. Деркач, З.В. Абусеридзе,Е.Ю. Шевцова. Расчет пусковых
параметров двигателя с постоянными магнитами в устройствах ЭЦ. Мезвузовский сборник научных трудов. Совершенствование устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. ВЗИИТ, 1993, с. 89-92 (вклад соискателя: разработка методики расчета пусковых параметров стрелочного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов).
