Ресурсозберігаючі методи управління тягою поїздів і удосконалення конструкцій рухомого складу

В дисертації розв'язано актуальну проблему ефективного використання вектору ресурсів систем перевезень залізниць. Отримані нові рішення комплексної проблеми розрахунку режимів тяги поїздів, оптимальних по вартісним показникам за умов перемінних тарифів оплати електроенергії. Розроблені в дисертації удосконалені методи оптимального проектування конструкцій рухомого складу та розрахунку режимів тяги поїздів при векторі цільових показників ресурсів, методи векторної оптимізації в ієрархічних системах, розрахунково-експериментальні екстраполяційні методи проектування та математичного моделювання за даними спостережень дозволили отримати нові більш повні рішення, що адекватні складним умовам реалізації досліджуваних процесів. Вони можуть бути використані для ефективного вирішення задач проектування конструкцій рухомого складу і управління стохастичними технологічними процесами залізниць по вектору ресурсів систем. Основні наукові результати, висновки і рекомендації дисертації полягають у наступному.

1. Установлено потребу подальшого розвитку комплексних задач оптимальної організації процесу перевезень, удосконалення режимів тяги і конструкцій рухомого складу, створено наукові основи по рішенню стохастичних задач управління тягою і проектування конструкцій рухомого складу при векторі показників ресурсів, які повніше ураховують різноманітні вимоги до оптимальних об'єктів і систем.

2. На засадах системного аналізу розроблено удосконалену багаторівневої модель з розрахунку компромісно-оптимальних режимів тяги поїздів, що охоплює процеси перевезень (моделі поїздопотоків, вагонопотоків), електротягову мережу (ураховує змінність напруги і ціни електроенергії), стохастичні моделі руху поїзда, для якої створено методи щодо ідентифікації параметрів за даними діючих інформаційних систем залізниць і забезпечення ефективної реалізації розрахунків.

3. Розроблено теоретичні основи і одержано рішення проблеми розрахунку режимів тяги поїздів, оптимальних по вартості при перемінних тарифах плати.

3.1. Встановлена суттєва відмінність режимів ведення поїзда, оптимальних за вартісним показником, від режимних карт що оптимальні по критерію мінімуму електроспоживання на тягу. Розроблено методи розрахунку компромісно-оптимальних режимів тяги поїздів.

3.2. Для розрахунку режимних карт в умовах оптового ринку електроенергії вперше розроблено стохастичну модель ціни як нестаціонарної функції часу, що відповідно критерію Колмогорова - Смирнова для кожної години доби є гаусовою випадковою величиною; встановлено що при розрахунках з достатньою точністю можна враховувати чотири зони значимої зміни ціни (23 - 24, 0 - 6 год.; 8 - 10 год.; 6 - 8, 10 - 18, 22 - 23 год.; 18 - 22 год.).

3.3. Встановлено, що суттєве ускладнення методів розрахунку режимів тяги, оптимальних за вартісним показником, полягає у виникненні комбінаторної задачі по вибору оптимальних варіантів переведення тягових підстанцій на умови диференційованих тарифів. Розроблено комплекс відповідних моделей і пошукових та ітераційних методів розрахунку режимів тяги поїздів для відомих матриць електроспоживання електрикфікованих ділянок і методи прогнозування параметрів матриць шляхом моделювання графіків руху поїздів різних категорій (вантажних, пасажирських, швидкісних, приміських, тощо ).

3.4. Запропоновано статистичні критерії оцінки вигідності перемінних тарифів для заданої множини тягових підстанцій при розрахунках режимних карт, які використовують закони розподілення випадкових величин для відхилень показників ціни і електроспоживання, які можуть бути отримані із діючих інформаційних систем Укрзалізниці, або шляхом моделювання графіків руху поїздів різних категорій.

4. Одержано подальший розвиток теорії і методів розрахунку режимів ведення поїзда при урахуванні стохастичних властивостей задачі.

4.1. Встановлено за допомогою нерівностей Ієнсена можливості розбіжностей між результатами рішень стохастичних задач оптимального керування рухом поїзда при управлінні позиціями контролера і урахуванні перемінності напруги в тяговій мережі та їх детермінованих еквівалентів, в яких напруга дорівнює математичному очікуванню. Встановлено, що розбіжність пов'язана з неопуклостю наверх тягових і струмових характеристик двигуна електровоза, а також зі структурою рівнянь нагрівання тягового двигуна на протязі руху.

4.2. Розроблено двохетапний метод розрахунку режимів ведення поїзда, стійких до стохастичних властивостей напруги на струмоприймачі електровоза, в рамках якого додатково ураховуються витрати електроенергії від активного струму двигуна електровоза і використовується інформація про закон розподілення заданих інтервалів значень напруги в тяговій мережі.

4.3. На базі розрахунків і аналізу оптимальних за електроспоживанням графіків руху пасажирських поїздів стохастична задача зведена до регулювання відносно відомих еталонних режимів тяги, і за допомогою методики Ю.П. Петрова побудовано оптимальний лінійний регулятор по розрахунку режимів ведення поїзда з урахуванням перегрівання тягових двигунів.

4.4. Розроблено удосконалений метод розрахунку оптимальних режимів тяги поїзда, призначений для ефективного рішення стохастичних задач і побудови компромісно-оптимальних режимів, в якому при застосуванні квадратичної апроксимації функцій, лінійної апроксимації обмеження по терміну руху, а також неперервного динамічного програмування отримують аналітичне рішення для значень швидкостей руху по ділянках, що дозволяє на порядок зменшити час розрахунків.

4.5. Встановлено шляхом розрахунків компромісно-оптимальних режимів ведення пасажирських і приміських поїздів можливість в умовах застосування диференційованих тарифів на ділянках Південно-Західної залізниці зменшити вартість електроенергії на 11,6% за рахунок збільшення електроспоживання на 11,1%. В цілому режимні карти, оптимальні за вартістю електроенергії, дозволяють зменшити плату за електроспоживання на тягу до 8 - 12 %.

5. Одержано подальший розвиток і удосконалення методів векторної оптимізації, призначених для ефективного рішення досліджуваних в роботі комплексних задач з показниками ресурсів систем.

5.1. Удосконалені методи розрахунку множин компромісно-оптимальних рішень задач векторної оптимізації із застосуванням рівномірних числових -послідовностей, умов узгодженості компонентів цілі, з урахування умов невизначеності переваги компонентів цілі. Це забезпечило можливість ефективного рішення векторних задач оптимального управління тягою поїзда з показниками споживання і вартості електроенергії, задачі проектування конструкції захисту днища вагона-цистерни, а також задачі по розрахунку раціональних схем завантаження піввагонів трубами.

5.2. На підставі дослідження комплексних задач з показниками ресурсів розроблено метод векторної оптимізації, що полягає у аксіоматичному визначенні принципу компромісу з властивостями симетрії і ефективності для єдиного рішення, а також включає методику розрахунку вагових коефіцієнтів часткових показників за даними про аналоги систем. За допомогою методу досліджено компромісні властивості граничних поверхонь стійкості пружних стержневих систем і підкріплених оболонок при багатоваріантному навантаженні.

5.3. Для рішення багаторівневих векторних задач по розрахунку режимів тяги отримано узагальнення принципу мінімаксу і удосконалено метод аналізу ієрархії системи показників цілі, який не потребує строгої ієрархії компонентів вектора, може застосовуватися при залежності переваги показників від альтернатив і при неопуклих моделях задач векторної оптимізації.

6. Отримано подальший розвиток методів оптимального проектування конструкцій рухомого складу.

6.1. Удосконалено за рахунок застосування лінійної та нелінійної екстраполяції у просторі параметрів методи проектування конструкцій підвішування в задачі максимізації критичних швидкостей стійкості руху (електровоз ДС3) Встановлено, що проектування на базі методів екстраполяції з використанням нечітких величин суттєво зменшує обсяг розрахунків і подальших випробувань складної техніки.

6.2. Удосконалено метод проектування захисту днища вагонів-цистерн від дії наднормативних подовжніх ударів автозчеплювачем при урахуванні вектору показників оптимальності і формуванні методами самоорганізації моделей-замісників системи обмежень при кінцево-елементній дискретизації задачі. Застосування методу для проектування конструкції захисту (мінімальної маси, вартості, максимальної міцності) у вигляді тришарової металевої пластини з металевим стільниковим заповнювачем підтвердило коректність і обчислювальну ефективність цих процедур.

6.3. Отримано подальший розвиток методів параметричної оптимізації стержневих і оболонкових конструкцій, що знаходяться в умовах комбінованого, багатоваріантного навантаження, дії агресивного середовища.

6.3.1. Для задач оптимізації m-варіантного навантаження пружних стержневих систем (рами) розроблений метод розрахунку компромісно-оптимальних значень критичних сил у формі апроксимації опуклої граничної поверхні стійкості оптимальним m-мірним багатогранником з одною вершиною. Установлено, що таке представлення дає достатню для практики точність розрахунків критичних сил, а вершина багатогранника визначається при завданні відносин критичних зусиль пропорційно значенням відповідних парціальних критичних сил. Ефективність апроксимації установлено при дослідженні компромісно-оптимальних проектів усічених конічних оболонок, підкріплених подовжніми і кільцевими ребрами, з мінімальною масою при дії осьових, бічних (зовнішній, внутрішніх) і комбінованих сил.

6.3.2. Для стержневих систем, що згинаються, функціонуючих в умовах агресивних середовищ уперше установлені властивості компромісної оптимальності типу сукупної суперечливості між характеристиками: площа поперечного переріза, периметр, термін експлуатації.

6.4. Розроблено спеціалізовані методи оптимального проектування статично визначних і статично невизначених стержневих систем (ферм і рам мінімальної маси при обмеженнях по міцності, переміщенню вузлів і геометричним розмірам поперечних перетинів), що використовують нелінійну апроксимацію обмежень і цільових функцій для забезпечення обчислювальної ефективності процедур проектування.

6.5. Встановлено шляхом статичних, динамічних і ударних випробувань піввагонів, що завантажуються трубами різних сортаментів (розсипом, в пакетах), а також при кінцево-елементному моделюванні систем, напружено-деформований стан стійок і стінок вагона. Розроблено технічні умови і компромісно-оптимальні схеми завантаження, які ураховують обмеження по сортаментах, формі і масі пакетів, технологічні вимоги і забезпечують зберігання рухомого складу при раціональному завантаженні піввагонів трубами.

7. Розвинуто методи формування моделей досліджуваних задач оптимізації за даними експериментів, які накопичуються в інформаційних системах залізниць.

7.1. Удосконалено методику регресійного аналізу даних спостережень за рахунок поєднання методів структурного моделювання та самоорганізації моделей, коли апріорі не потрібне завдання виду рівняння регресії, яке розраховується. Для задачі аналізу і прогнозуванню динамічних коефіцієнтів стійкості для колісних пар двохосьового рейкового екіпажу з 9 степенями вільності порівняння запропонованого методу з МГУА дало відмінність результатів до 5%.

7.2. Для забезпечення адекватності і зменшення кількості параметрів моделей складних систем, що формуються за даними спостережень, удосконалено методи структурного математичного моделювання шляхом розробки критерію, що дозволяє встановити напрямок стохастичних залежностей між змінними, в якому ураховуються відхилення умовних імовірностей від їх маргінальних значень. Встановлено, що цей критерій є найбільш точним серед відомих.

7.3. Для розрахунку режимів тяги виконано подальший розвиток методів аналізу і прогнозування параметрів поїздопотоку за даними моніторингу процесу перевезень шляхом удосконалення методів експертних систем, а також модифікації потокових графів для обробки даних, представлених нечіткими величинами, що дозволяє отримати більш точну модель стохастичної задачі. Запропонований метод експертних систем використано також для визначення зон сталої ціни в рамках оптового ринку електроенергії, що спрощує метод розрахунків оптимальних режимів тяги.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ ПРАЦЬ

Герасимов Е.Е., Почтман Ю.М., Скалозуб В.В. Многокритериальная оптимизация конструкций.- Киев-Донецк: Вища школа, 1985, - 134 с.

Заруцкий В.А., Почтман Ю.М., Скалозуб В.В. Оптимизация подкрепленных цилиндрических оболочек. - Киев: Вища школа, 1990, - 138 с.

Блохин Е.П., Скалозуб В.В. Выбор режимов ведения поездов как стохастическая задача векторной оптимизации // Транспорт. Збірн. наук. праць ДІІТу. Вип. 7. Дніпропетровськ: Наука і освіта. 2001. - С. 28-31.

Блохин Е.П., Скалозуб В.В. Анализ и моделирование компонентов системы поезд - электротяговая сеть // Транспорт. Зб. наук. праць ДНУЗТ, вып. 9. - Дніпропетровськ, 2001. - С. 23 - 30.

Блохин Е.П., Пшинько А.Н., Евдомаха Г.В., Скалозуб В.В., Землянов В.Б. Выбор энергетически оптимальных режимов ведения поездов //Залізничний транспорт України, №6, 2001. - С. 19-22.

Блохин Е.П., Евдомаха Г.В.. Скалозуб В.В. Модель оптимального регулятора для управления движением пассажирского поезда. // Транспорт. Зб. наук. праць, вип. 10. - Дніпропетровськ, 2002. - С. 58 - 65.

Скалозуб В.В. Модели и методы расчета компромиссно-оптимальных режимов движения поезда //Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць. Вип. 3(20). - Дніпропетровськ, 2002. - С. 137 - 146.

Скалозуб В.В., Железнов К.И. Оптимизация режимов ведения поездов на основе непрерывного динамического программирования // Математичне моделювання. Днiпродзержинськ: ДДТУ, N2, 2002, - С. 32 - 36.

Скалозуб В.В. Комплексные задачи выбора режимов ведения поезда по показателю стоимости электроэнергии // Транспорт. Зб. наук. праць, вип. 12. - Дніпропетровськ, 2002. - С. 148 - 157.

Почтман Ю. М., Скалозуб В. В. Аксиоматический подход к многокритериальной оптимизации конструкций // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. 1984. № 6. - С. 153 - 156.

Скалозуб В.В. О выборе принципа оптимальности в многокритериальных задачах оптимизации конструкций // Моделирование и оптимизация сложных механических систем. Сб. научн. тр. / АН Украины. Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова. Киев. 1990. - С. 50 - 55.

Скалозуб В.В. П параметризация задач векторной оптимизации конструкций // Проблеми обчислювальної механіки і міцності конструкцій. Т. 2. Днепропетровск: Навчальна книга, 1998. - С. 92 - 98.

Скалозуб В.В. Многоэтапные процедуры векторной оптимизации, использующие аксиоматику компромиссов // Компьютерные методы в задачах прикладной математики и механики. Сб. научн. тр. / АН Украины. Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова. Киев, 1997. - С. 117 - 123.

Скалозуб В.В. Апроксимація компромісно-оптимальних розв'язків задач оптимального проектування за допомогою інтервалів невизначенності переваги критеріїв.// Проблеми обчислювальноi механiки i мiцностi конструкцiй. Т4. - Днiпропетровськ: Навчальна книга, 1998. - С. 92 - 97.

Скалозуб В.В. Аксиоматика компромисса в обратных задачах многокритериальной оптимизации конструкций и технических систем // Математические методы в задачах расчета и проектирования сложных механических систем Сб. научн. тр. / АН Украины. Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова. - Киев, 1992. - С. 62 - 65.

Блохин Е. П., Богомаз Г. И., Скалозуб В. В., Соболевская М. Б. Оптимальное проектирование конструкций защиты железнодорожных цистерн от сверхнормативных продольных нагрузок // Проблеми обчислювальноi механiки i мiцностi конструкцiй. Том 6. Днiпропетровськ: Навчальна книга, 1999. - С. 18 - 27.

Блохин Е.П., Коротенко М.Л., Рейдемейстер А.Г., Скалозуб В.В. Экстраполяционные методы оптимизации в задаче обеспечения устойчивости движения электровоза ДС3. // Сб. научн. трудов Национальной горной академии Украины, №13, том 3. - Дніпропетровськ: Навчальна книга, 2002. - С. 123 - 128.

Pochtman Y. M., Skalozub V.V., Nagornyy D.V. Axiomatic approach to the multicriteria structural optimization . Polska Akademia Nauk Computer Assisted Mechanics and Engineering Sciences, 5; 1998. - Р. 245 - 251.

Брынза А.А., Скалозуб В.В. Оптимизация многопараметрического нагружения в задачах устойчивости упругих стержневых систем // Проблемы вычислительной механики и прочности конструкций, Том 1. - Днепропетровск, 1997. - C.20-26.

Санников Ю.А., Скалозуб В.В. Весовая оптимизация ребристых конических оболочек при продольном, боковом и комбинированном нагружении // Гидроаэромеханика и теория упругости. Нелинейные задачи механики идеальных вязкоупругих и упруго-пластических сред. - Днепропетровск: Изд-во ДГУ, 1991. С. 101 - 107.

Скалозуб В.В., Зеленцов Д.Г., Солодкая Н.А. Исследование компромиссно-оптимальных свойств изгибаемых стержней, работающих в агрессивных средах. //Будівництво. Зб. наук. праць ДІІТу, вып. 6. - Дніпропетровськ, 1999. С. 163 - 167.

Скалозуб В.В., Кириченко А.И. Векторная оптимизация процессов оперативного распределения порожних вагонов между пунктами погрузки // Системні технології, №5, 2001. - С. 110 - 115.

Скалозуб В. В., Цейтлин С. Ю. Процедура многоуровневой оптимизации при зависимых по предпочтению критериях // Матем. моделювання в iнженерн. i фiнанс. - економiчн. задачах. Зб. наук. пр. ДІІТ. - Днiпропетровськ: Ciч, 1998. - С. 153 - 161

Скалозуб В.В. Структурная идентификация и имитационное моделирование в многокритериальных задачах оптимального проектирования конструкций // Проблеми обчислювальної механіки і міцності конструкцій. Том 3. - Днепропетровск: Навчальна книга, 1998. - С. 112 - 121.

Брынза А.А., Скалозуб В.В., Шатунов А.В., Цупров С.П. К проблеме перевозки труб в полувагонах // Залізничний транспорт України, №4 (19), 2000. - С. 35 - 38.

Скалозуб В.В. Параметрическая оптимизация стержневых систем методом нелинейной аппроксимации // Математическое моделирование задач прочности и оптимального проектирования конструкций: Сб. научн. тр. / АН Украины. Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова. Киев, 1993. - С. 37 - 41.

Скалозуб В.В., Литвин В.А., Холоша В.В. О построении прогнозирующих моделей оценки динамических характеристик железнодорожных экипажей // Транспорт. Нагруженность и прочность подвижного состава /Сб. научн. тр. ДИИТа.

- Днепропетровск: Наука и образование, 1998. - С. 101 - 107.

Скалозуб В. В. Комбинированные алгоритмы многофакторного регрессионного анализа //Проблемы управления и информатики, №5, 1999. - С. 132-137.

Скалозуб В. В. Критериальная модель для анализа направленности стохастических связей переменных // Транспорт. Математичне моделювання в iнженерних і економiчних задачах транспору. Зб. наук. пр. ДІІТу. Днiпропетровськ: Ciч, 2000.

- С. 104 - 112.

Скалозуб В.В. Многоуровневое структурное моделирование по результатам наблюдений на основе критериев идентификации напрвленности зависимостей переменных // Математичне моделювання. - Днiпродзержинськ: ДДТУ, 1(4), 2000,

- С. 51 - 54.

Скалозуб В.В., Цейтлин С.Ю., Великодный В.В., Андрющенко В.А. Объектно-ориенти-рованные модели стохастических нестационарных потоков в транспортных сетях // Системні технології, №3 (14), 2001. - С. 141 - 150.

Землянов В.Б., Скалозуб В.В., Доманский В.В. Интегрированная информационная технология перевода тяговых подстанций на многотарифную оплату за потребленную электроэнергию // Залiзничний транспорт, №3, 2000. - С. 41 - 43.

Скалозуб В.В., Евдомаха Г.В., Дробаха В.И. Исследование режимов ведения поездов с учетом переменных тарифов оплаты электроэнергии // Системні технології, №3' (26), 2003. - С. 142 - 150.

ДОДАТКОВІ ПРАЦІ

Босов А.А., Скалозуб В.В. О Парето оптимальных решениях задач векторной оптимизации. // Диференцiальнi рiвняння та iх застосування. Збiрник наукових

праць. Днiпропетровськ, ДДУ. 1998. - С. 66 - 70.

Босов А.А., Скалозуб В.В. Методы анализа направленности связей переменных в задачах структурного математического моделирования // Міжнародна наук. конф. Автоматика-2000, Львів, 11-15 вересня 2000. Праці. Т. 6. - С. 69 - 73.

АННОТАЦИЯ

Скалозуб В.В. Ресурсосберегающие методы управления тягой поездов и совершенствования конструкций подвижного состава. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.22.07 - подвижной состав железных дорог и тяга поездов. Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна. Днепропетровск, 2003.

Диссертация посвящена проблеме повышения эффективности процесса перевозок путем развития ресурсосберегающих методов управления тягой поездов с учетом условий неполной информации и методов усовершенствованию конструкций подвижного состава при векторном показателе эффективности. В работе созданы многоуровневые математические модели, охватывающие процесс перевозки (модели поездопотока), электротяговую сеть (учет переменности напряжений на токоприемнике и цены электроэнергии), стохастические модели движения поезда, и получены новые решения комплексной проблемы по расчету режимов ведения поездов, оптимальных по стоимостным показателям в условиях переменных тарифов платы за электроэнергию (дифференцированные тарифы, оптовый рынок).

Установлены существенные различие режимов тяги, оптимальных по стоимости и расходу электроэнергии, разработаны методы расчета компромиссно-оптимальных режимных карт. Для расчетов режимов движения в условиях оптового рынка электроэнергии Украины впервые разработана стохастическая модель цены как нестационарной функции времени, которая в каждом сечении является гауссовой случайной величиной, причем на практике можно учитывать четыре зоны значимых изменений цены электроэнергии. Разработан комплекс моделей и методов расчета режимов тяги поездов, оптимальных при переменных тарифах, с выбором вариантов перевода тяговых подстанций на дифференцированный тариф при известных и прогнозируемых матрицах электропотребления участков. Предложены статистические критерии оценки выгодности применения переменных тарифов.

Установлены различия между решениями стохастических задач оптимального управления движением поезда путем выбора позиций контроллера при учете переменности напряжений на токоприемнике и их детерминированными эквивалентами, где напряжения равны математическому ожиданию. Разработан двухэтапный метод расчета устойчивых к стохастическим свойствам напряжений на токоприемнике электровоза режимов тяги, использующий законы распределения для интервалов напряжений в тяговой сети. На основе анализа оптимальных по расходу электроэнергии режимов тяги пассажирских поездов с помощью методики Ю.Н. Петрова построен оптимальный линейный регулятор по расчету режимов ведения поезда с учетом перегрева тяговых двигателей. Усовершенствован метод расчета режимных карт, в рамках которого на основе квадратической аппроксимации функций, линейной аппроксимации ограничения по времени движения, а также непрерывного динамического программирования получены аналитические решения для оптимальных участковых скоростей движения при управлении позициями контроллера, что на порядок повысило эффективность расчетов. Установлено, что для пассажирских поездов оптимальные по стоимости режимные карты позволяют уменьшить плату за потребленную на тягу электроэнергию на 8 - 12 %.

Развиты методы векторной оптимизации с целевыми показателями ресурсов систем: - получен набор усовершенствованных методов по расчету компромиссно-оптимальных решений; - разработан метод векторной оптимизации, состоящий в аксиоматическом определении принципа компромисса со свойствами симметрии и эффективности по Парето для единственного решения, включающий методику расчета коэффициентов важности по данным об аналогах систем; - усовершенствован метод анализа иерархической системы показателей векторной цели, предложено обобщение принципа минимакса для многоуровневых задач, исследуемых в работе.

Усовершенствованы методы оптимального проектирования конструкций подвижного состава. На основе методов линейной и нелинейной экстраполяции в пространстве параметров получено развитие задачи по обеспечению устойчивости движения железнодорожных экипажей (электровоз ДС3) за счет оптимизации параметров конструкции подвешивания, представленной в виде максимизации критических скоростей. Развиты методы оптимального проектирования при конечно-элементной дискретизации задачи, в которых путем самоорганизации моделей выполняется аппроксимация функций ограничений, использованные для проектирования конструкций оптимальной защиты днища вагона-цистерны от сверхнормативных продольных ударов в виде трехслойных металлических пластин с сотовым заполнителем.

Получено развитие методов параметрической оптимизации стержневых и оболочечных конструкций, находящихся под воздействием многовариантного и многопараметрического нагружения, и при действии агрессивной среды. Для задачи m-вариантного нагружения упругих стержневых систем (рамы) разработан метод расчета компромиссно-оптимальных значений критических сил в форме аппроксимации выпуклой пограничной поверхности устойчивости оптимальным m-мерным многогранником с одной вершиной. Эффективность метода аппроксимации показана при исследовании компромиссно-оптимальных проектов усеченных конических оболочек, подкрепленных продольными и кольцевыми ребрами, минимальной массы при действии осевых, боковых (внешних, внутренних) и комбинированных сил. Разработаны эффективные специализированные методы оптимального проектирования статически определимых и статически неопределимых стержневых систем (фермы и рамы минимальной массы), использующие нелинейную аппроксимацию целевой функции и ограничений.

Развиты методы по формированию математических моделей задач оптимизации по данным пассивных экспериментов, представленным в информационных системах железнодорожного транспорта. Усовершенствованы методы регрессионного анализа за счет объединения принципов структурного моделирования и самоорганизации моделей. Разработан уточненный критерий детерминации направленности стохастических зависимостей между переменными, использующий отклонения условных вероятностей от их маргинальных значений. Модифицирована модель потоковых графов для обработки данных, представленных нечеткими величинами, которая использована совместно с методами экспертных систем для прогнозирования параметров межпоездных интервалов при расчетах режимных карт ведения поезда.

Разработанные модели и методы в совокупности составляют научные основы по решению комплексных задач оптимального проектирования конструкций подвижного состава и оптимального управления стохастическими процессами тяги поездов по вектору показателей ресурсов для систем железнодорожного транспорта.

Ключевые слова: система, ресурсы, режимы тяги, стохастические процессы, векторная оптимизация, стоимость и электропотребление, переменные тарифы, защита днища цистерны, критическая скорость движения, пассивный эксперимент.

АНОТАЦІЯ

ресурсозберігаючий тяга поїзд рухомий

Скалозуб В.В. Ресурсозберігаючі методи управління тягою поїздів і удосконалення конструкцій рухомого складу. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за фахом 05.22.07 - рухомий склад залізниць та тяга поїздів. Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна. Дніпропетровськ, 2003.

Дисертація присвячена проблемі підвищення ефективності процесу перевезень шляхом розвитку ресурсозберігаючих методів управління тягою поїздів з урахуванням умов неповної інформації і методів удосконалення конструкцій рухомого складу при векторному показнику ефективності. В роботі створено математичні моделі, методи і отримано нові рішення комплексної проблеми розрахунку режимів тяги поїздів, оптимальних по вартісним показникам за умов перемінних тарифів (диференційовані тарифи, оптовий ринок електроенергії). Розроблено удосконалені методи оптимального проектування конструкцій рухомого складу (система підвішування електровозу, трьохшаровий захист днища цистерн, рами) та розрахунку режимів тяги поїздів при векторі показників ресурсів, методи оптимізації для ієрархічних показників цілі, розрахунково-експериментальні екстраполяційні методи проектування та структурного математичного моделювання за даними пасивних експериментів, що дозволило отримати нові більш ефективні рішення задач оптимального управління тягою поїздів і проектування конструкцій рухомого складу.

Розроблені моделі, методи і програмне забезпечення в сукупності складають наукові основи, призначені для розв'язання комплексних задач оптимального проектування конструкцій рухомого складу і управління стохастичними процесами тяги поїздів по вектору показників ресурсів систем залізничного транспорту.

Ключові слова: система, ресурси, режими тяги, стохастичні процеси, векторна оптимізація, вартість і електроспоживання, перемінні тарифи, захист днища цистерни, критична швидкість.

THE SUMMARY

Skalozub V.V. The resource-saving methods of train traction management and improvement of the rolling-stock construction. - Manuscript.

Thesys for awarding of a scientific doctor degree of the technical science on a speciality 05.22.07 - rolling-stock of railways and traction of train. The Dnepropetrovsk National University of Railway Transport named after academician V. Lazaryan. Dniepropetrovsk, 2003.

The dissertation is devoted to the problem on the increase of the train transportation process efficiency by means of developing either the resource-saving methods of train traction management in view of incomplete information conditions or the methods of improving the rolling-stock constructions at a vector parameter of efficiency. In the present work the mathematical models and methods are developed and > new solutions to the complex problem of calculation of train traction modes are obtained. These solutions are optimum in cost parameters under the conditions of the variable tariffs (differential duties, whole sale market of the electric power). The advanced methods of optimum designing of the rolling-stock construction (system of an electric locomotive suspension, three-layered protection of tank bottom frame) and the calculation of train traction modes at a vector of resource parameters are developed. The method of optimization for the hierarchy parameters of a purpose, the calculation experimental extrapolation methods of designing and structural mathematic modelling within the data of passive experiments, that allow to obtain new more effective solutions of the problems on optimum train traction management and designing the rolling-stock construction.

As the whole, the developed models, methods and software form a scientific basis for the decision of the complex tasks on optimum designing of rolling-stock construction and management by processes of train tractions on the vector of resource parameters of a railway transportation system.

Keywords: system, resources, modes of traction, vector optimisation, cost and current consumption, variable tariffs, protection of tank bottom, critical speed.

Скалозуб Владислав Васильович

РЕСУРСОЗБЕРІГАЮЧІ МЕТОДИ УПРАВЛІННЯ ТЯГОЮ ПОЇЗДІВ

І УДОСКОНАЛЕННЯ КОНСТРУКЦІЙ РУХОМОГО СКЛАДУ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

Підписано до друку 07.10. 2003.

Формат 60Ч84 1/16. Папір для множних апаратів. Ризограф.

Ум. друк. арк. 2.1. Обл.- вид.л.1,9. Тираж 100 прим.

Замовл. № 2818. Безкоштовно.

Дніпропетровський національний університет

залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна

Адреса університету та дільниці оперативної поліграфії:

49010, Дніпропетровськ, 10, вул. Акад. Лазаряна, 2.

Размещено на Allbest.ru