Анализ последних исследований и публикаций. Практически во всей литературе [3-6] говорится о том, что достаточно мощные СД (250 кВт и выше) выгодно использовать в качестве компенсирующего устройства, если на предприятии они уже установлены из технологических соображений. В частности в [4] на примере доказывается целесообразность использования СД для КРМ и рассчитана экономическая выгода, которую получает потребитель. Однако в [5] данные результаты были поставлены под сомнение и на том же примере показано, что СД не выгодно использовать в режиме генерации РМ.

Цель статьи. Определить действительно ли во всех случаях целесообразно использование СД для КРМ в сетях потребителя.

Основные материалы исследований. Используя исходные данные приведенные в [8], был произведен расчёт потерь активной и реактивной мощности в сети с СД, приведенной на рис. 1.

Рис. 1 – Схема электрической сети с СД, используемых для компенсации реактивной мощности

Расчётная активная и реактивная нагрузки потребителя составляют Р_р =560 кВт и Q_р =420 квар соответственно. Число часов максимума использования нагрузки составляет Т_м=3,5 ч/сут, а время максимальных потерь Т_м =1,53 ч/сут.

Номинальная активная мощность СД составляет Р_СДном=250 кВт. Номинальный коэффициент мощности ц=0,9 (опережающий ток).

Коэффициенты удельных потерь активной мощности в СД: D₁=l,74 кВт, D₂=2,18 кВт. Коэффициент загрузки СД по активной мощности β_СД =0,8.

По условию устойчивой работы СД, минимальную величину располагаемой реактивной мощности СД можно определить как [2]:

Q_ген=P_CД·β· cosφ

где – cosφ коэффициент реактивной мощности СД, соответствующий номинальному коэффициенту мощности cosφ = 0,9.

Следовательно, величина минимальной реактивной мощности генерируемой рассматриваемым СД составляет 96 квар. Также заметим, что если двигатель недогружен по активной мощности, то его можно дополнительно загрузить по реактивной. Величину максимальной РМ отдаваемой двигателем можно определить по номограммам [6].

Активные потери в СД, которые идут на выработку РМ, можно определить по следующей формуле [5]:

(2)

Необходимо отметить, что данная формула является приближённой,

потому что величина ДР зависит не только от генерируемой РМ СД Q_СД,

но и от загрузки двигателя по активной мощности, изменению напряжения подводимого к статору, остальных параметров СД [5].

Был произведен расчёт потерь в сети, приведенной на рис. 4 для четырёх режимов ее работы:

1)В сети потребителя отсутствуют устройства КРМ;

2) КРМ осуществляется только с помощью СД (генерация РМ СД 96 квар);

3) КРМ осуществляется с помощью СД и КБ (генерация РМ 96 квар и 320 квар соответственно);

4) КРМ осуществляется с помощью КБ (генерация РМ КБ 420 квар);

Результаты расчётов сведены в табл. 1. (индексы нагрузок и потерь от 1 до 5 соответствуют точке сети, приведенной на рисунке).

Таблица 1

Из табл. 1 видно, что суммарное потребление активной мощности в точке 5 больше при КРМ с помощью СД, чем при отсутствии такой компенсации. Таким образом, очевидно, что в данной схеме при данной величине нагрузки компенсировать реактивную составляющую мощности нецелесообразно. Как видно из таблицы 1, при более высоких cosφ  целесообразней КРМ осуществлять с помощью КБ. Расчёты показали, что в случае полной КРМ с помощью КБ потребление активной мощности в точке 5 уменьшается более чем на 3 кВт, в то время как при частичной КРМ с помощью СД суммарные потери активной мощности увеличиваются более чем на 1,5 кВт. Таким образом, использование СД в качестве компенсатора РМ не выгодно при данных значениях потребляемой мощности и параметрах сети. Далее были произведены расчёты активных потерь в случае увеличения реактивной нагрузки потребителя. Оказалось, что реактивная нагрузка потребителя, при которой в случае КРМ с помощью СД активные потери в точке 5 были бы такие же, как и в случае без КРМ соответствует величине реактивной нагрузки равной 700 квар, (cosφ =0,73). Таким образом, при снижении cosφ нагрузки эффективность использования СД для КРМ повышается. Об этом свидетельствуют результаты расчетов, приведенные в таблице 2.

Таблица 2

Полученные результаты расчетов (табл. 1 и 2) ставят под сомнение однозначность утверждения о целесообразности первоочередного использования СД в качестве средства КРМ.СД мощностью 250 кВт выполняются также на напряжение 6 (10) кВ. Предположим, что такой двигатель установлен в точке 1 электрической сети представленной на рис. 1. Остальные параметры СД такие же, как и в предыдущем случае. Результаты расчётов приведены в таблице 3.

Таблица 3

Как видно из таблицы 3, результаты расчётов аналогичны приведенным  таблице 1. Более того, суммарные активные потери увеличились с 1,5 кВт до 2,3 кВт, в случае КРМ с помощью СД. Тем самым порог коэффициента мощности нагрузки, при котором выгодно использовать СД в качестве КРМ, также снижается.

Таким образом, в результате анализа определены:

1. Использование СД в качестве КРМ целесообразно, когда снижение активных потерь от перетока РМ превышает возникающие дополнительные активные потери в СД при выработке РМ, что возможно только при низких коэффициентах мощности нагрузки.

2. Эффективность использования СД в качестве ИРМ повышается при снижении коэффициента мощности нагрузки.

3. Выгодней использовать СД в качестве КРМ на напряжении 0,4 кВ нежели на 10 кВ.

Исследования по сокращению потерь энергии в народном хозяйстве, начиная от стадии производства электроэнергии, до ее преобразования в полезную работу потребителем, принято рассматривать отдельно: потери энергии при ее производстве на станциях (потери при сжигании топлива, в турбине, генераторе, на шинах, трансформаторе); потери на линии (линии электропередач, подстанциях); внутризаводские потери.

Целью данной работы является разработка рекомендаций по снижению потерь на линии и внутризаводских потерь электроэнергии.

Сокращение потерь энергии при производстве электроэнергиина тепловых электростанциях (ТЭС) достигается путем их модернизации с использованием оборудования, построенного на основе последних достижений науки и техники (Навоийская, Талимарджанская ТЭС и Ташкентская ТЭЦ). Эффективность использования любого вида топлива для преобразования в электрическую энергию оценивается удельным расходом условного топлива на производство единицы электрической энергии.Несмотря на то, что для производства электрической энергии сжигание органического топлива считается расточительным, доля ТЭС в общем объеме выработки электроэнергии в стране составляет около 95%. В настоящее время идет процесс модернизации оборудования на ТЭС. Так, если до модернизации некоторых ТЭС расход сжигаемого условного топлива на 1 кВт мощности составлял 450-500 граммов, то после замены на парогазовые установки эти цифры снизились до 240 граммов. Переход в дальнейшем к освоению бесконечных запасов ветровой и солнечной энергии для производства электроэнергии позволит значительно сократить расходы органического топлива  и электрической энергии при ее производстве.

Потери энергии на линиях- это разность электроэнергии, отпущенной в сеть производителями(станциями), замеряемой счетчиками на их выходе и полезно используемой, измеряемой по суммарному показанию счетчиков на входе всех потребителей и оплачиваемой ими. Эти потери называются общими или относительно общими, которые в целях удобства их анализа, разделяют на технологические и коммерческие составляющие. Относительно общие потери выражаются в процентах от полезно отпущенной энергии в сеть [1,2].

Технологические потерина линии электропередач (ЛЭП) определяются только расчетным путем. Их появление объясняется физическими процессами передачи и распределения электроэнергии: джоулевые потерив проводниках линии электропередач, обмоток трансформаторов, которые расходуются на нагрев проводников,пропорциональны сопротивлению проводников и квадрату тока (зависят от величин нагрузки и реактивной энергии); потери энергии в магнитопроводе трансформаторов – условно-постоянные (не зависят от величин нагрузок), которые расходуются на нагрев магнитопровода трансформатора.

Коммерческие потери-разность общих и технологических потерь, выражаются в кВт·ч или в процентах от общих потерь.

Во всем мире величина общих потерь в зависимости от различных факторов – географического расположения, политического,экономического и социальногоустройствастраны – колеблется от 4-5% (США, Канада, Япония, Южная Корея) до 30-37% (страны Южной Америки, Африки). В странах Западной Европыэтот показатель не превышает 6-7%, в Российской Федерации 11-13%, в других странах СНГ этот показатель составляет 12-20% и более [2].

Минимизация относительных общих потерь энергии, в частности коммерческих потерь, в развитых странах добиваются внедрением последних достижений науки, техники и технологии в процесс контроля, учета и реализации электроэнергии. Так, начавшийсяв 2010 году процесс внедренияавтоматизированных систем контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ) на участкеиндивидуальных потребителей АО «ТашГорПЭС»(Мирза Улугбекский район) показал широкие возможностиэтого новшества:облегчение процесса возврата средств за отпущенную электроэнергию потребителям; улучшение показателей по сокращениюкоммерческих и общих потерь.Это достигается внедрением электронных счетчиков у потребителей с устройствами автоматической передачи данных в диспетчерский пункт и отключения при задержке оплаты за использованную электроэнергию потребителем (в соответствии с «Договором о поставке электроэнергии»). Налицо сокращение персонала ненужных контролеров. К сожалению, несмотря на то, что начинаяс 1996 года, в течение двадцати лет вышел целый ряд постановлений Правительства, обязывающий внедрение АСКУЭ в энергосистему Республики, эти мероприятия под различными «предлогами»выполняются замедленными темпами.Если добиться полного внедрения единой АСКУЭ на предприятиях по производству электроэнергии, ЛЭП, предприятиях – потребителях и в быту, с включением комплексных систем диспетчерского управления, то можно ожидать не только значительного сокращения коммерческих потерь электроэнергии, сокращения численности контролеров, но и проводить детальный анализ по выявлению и устранению причин высоких значений общих, включая коммерческих потерь, их составляющих в любых отдельных участках энергосистемы страны.

Минимизация технологических потерь энергиина линии в нашей стране достигается, в основном, за счет уменьшения реактивной мощности в ЛЭП, соединяющих производителей и потребителей электроэнергии. При этом усилиями организаций по надзору, предприятия – потребители энергии устанавливают коэффициент мощности на входе своего предприятия около единицы (cos > 0,95).

При не выполнении потребителем установленного минимального значения коэффициента мощности на входе предприятия надзорными организациями налагаются штрафные санкции.

Для стимулирования поддержания установленного минимального значения коэффициента мощности на входе потребителя необходимо ввести специальную тарифную систему оплаты электроэнергии. Например, при cos > 0,95 тариф за использованную электроэнергию должен быть минимальным, при его уменьшении ниже минимального значения тарифдолженступенчато возрастать. Т.е. необходимо утвердитьдифференцированную таблицу тарифов платы за использованную электроэнергию в зависимости от коэффициента мощности на входе предприятия. Внедрение АСКУЭ, упомянутую выше, позволит производить расчеты за отпущенную электроэнергию автоматически.Это должно стимулировать потребителей к увеличению коэффициента мощности нагрузки и тем самым приведет к уменьшению потерь электроэнергии.

Сегодня поддержание необходимого значения коэффициента мощности cosjна входе потребителя обеспечивается, в основном, за счет компенсации реактивной мощности (статические компенсаторы, синхронные двигатели и синхронные компенсаторы), необходимой для создания магнитного потока в трансформаторах (Тр) и асинхронных двигателях (АД) потребителей. При этом, в литературе вопросы внедрения результатов исследований по уменьшению величин потерь мощности внутри самих предприятий (внутризаводские потери) особо не акцентируются, тогда как, энергетический аудит отдельных крупных предприятий нашей страны показывает, что они достигают 7-8% от потребляемой активной мощности.

Внутризаводские потери энергии, складываются из потерь электрической энергии, создаваемых, в основном:

а)джоулевыми потерями в проводах кабельных линий, обмотках электрических машин и трансформаторов, которые нагревают их;

б) магнитными потерями в электрических машинах и трансформаторах, создающихся из-за перемагничивания магнитных систем (явления гистерезиса и вихревых токов), которые нагревают магнитные системы;

в) другими потерями, которые существуют из-за наличия вращающихся элементов двигателей, наличия высших гармонических составляющих токов, несимметричности приложенного напряжения.

А. Джоулевые потери,пропорциональныеактивному сопротивлению проводовr_aи квадрату тока, определяемых законом Джоуля-Ленца (r·I²), складываются из потерь, создаваемых в проводниках от активных I_aи реактивных I_pсоставляющих тока. В их числе, потери в обмотках АД и Тр составляют 40-50% от потерь в электрических машинах и трансформаторах [1,3]. Активные составляющие тока в них служат для выполнения полезной работы электрооборудованием производственного механизма и потери энергии от их протекания в проводах неизбежны. Возможности минимизации этих потерь будут рассмотрены ниже. Реактивные (индуктивные) составляющие тока кроме создания магнитных потоков в обмотках и магнитопроводе электрических машин и трансформаторов, не участвуют в создании какой-либо полезной работы в технологическом процессе, но ограничивают протекание активных составляющих токовI_aв проводниках и обмотках электрических машин и трансформаторов.

Соотношения токов I_aи I_p в разных конкретных участках электрической схемы предприятия определяются коэффициентом мощности на это участке cosjпоследующему аналитическомувыражению

Здесь точки над I означают, что токи выражены векторными величинами.

Сокращение реактивных (индуктивных) составляющихпотерьосуществляется в основном за счет их компенсации. Это достигается путем создания реактивных (емкостных) составляющих тока, т.е. использованием синхронных компенсаторов (СК), синхронных двигателей (СД) или статических конденсаторных компенсаторов (КК).

На предприятиях, в составе электрооборудования которых отсутствуют СД или СК, пользуются компенсатором реактивной мощности из КК. Обычно КК и СК присоединяют к входным зажимам схем электроснабжения предприятия (рис.1). Реактивная мощность, необходимая для создания магнитного потока вТри АД внутри предприятия вырабатывается, и передаются от КК или СК. При этом наружная сеть освобождается от реактивных токов, коэффициент мощности которой близок к единице. Вовнутризаводских проводниках будут протекать реактивные токи (помимо активного составляющего тока). Они суммируются с активными составляющими токов нагрузки в токопроводящих шинах, кабельныхлинияхиобмотках электрических машин и трансформаторов инагревают их.

Если в составе электрооборудования предприятия имеются СД (шаровые мельницы, насосные станции), компенсацияреактивной мощности осуществляется изменением степени возбуждения СД (емкостный режим). При этом реактивная мощность, необходимая для Тр и АД обеспечиваются СД и при протекании реактивных токов создаются джоулевые потери в проводниках.

Выбор тех или иных методов компенсации реактивной мощности, приведенных выше, зависит от соотношения длины проводов, по которым протекают реактивные токи. Как правило, в крупных предприятиях с СД длина кабельных линий, соединяющих источники и потребители реактивной энергии, составляет сотни иногда тысячи метров.Реактивные токи проходят также через обмотки трансформаторов, находящихся между СД и АД.Поэтому, для таких предприятий – потребителей электроэнергии оба метода не приводят к существенному сокращению внутризаводских потерь.Так, например, межцеховые замеры активной и реактивной мощностей, проводившиеся на одном из предприятий страны в течение длительного времени показали, что на входе цехов, электрооборудование которых состоит из СД, Тр и АД, коэффициент мощности колеблется от 0,95 (емкостный характер) до 1,0 (за счет полной компенсации реактивной мощности в данном цехе). На входе цехов, электрооборудование которых состоит только из АД и Тр, коэффициент мощности колеблется от 0,4 до 0,7.

Для снижения джоулевых потерь в крупных предприятиях, вданной статьепредлагаются принять к внедрениюметоды, основанные:

а) на минимизации длины проводников с реактивными токами;

б) минимизации реактивного тока в проводниках.

Обеспечение сокращения длины проводников, по которым протекают реактивные токи для компенсации реактивной мощностивозможно следующим образом:

1. Синхронные двигателив цехах, кроме своих прямых назначений по преобразованию электрической энергии в механическую работу,должны служить еще для питания реактивной мощностью Д и Тр., расположенные только в данном цехе или на близком расстоянии от СД. На рис.2 это оборудованиепоказано прямоугольником 1 с пунктирными линиями.

2. Каждый из крупных АД, находящихся на удаленном расстоянии от СД, должныбыть снабжены собственными конденсаторными компенсаторами (на рис.2 они показаны прямоугольниками 2 и 3).

Рис.1. Схема электроснабжения предприятия с КК

3. Группа электрооборудования малой мощности, расположенной в близком расстоянии друг от друга, но отдаленном от СД, также должны снабжаться, отдельными КК (на рис.2 прямоугольник 4).

На входе каждого извышеуказанных трех групп оборудования необходимо поддержание коэффициента мощности около единицы.

Оптимальная длина кабельных линий, соединяющих источники и потребители реактивной мощности, для каждого из первой и второй группы оборудования может быть рассчитана путем сравнения показателей технико-экономических расчетов применения СК или КК и места расположения,а также срока окупаемости внедряемого типа компенсирующего устройства.

Для обеспеченияминимальныхвеличин реактивного тока в проводникахвозможно следующим образом.

Величина реактивного (индуктивного) намагничивающего тока определяется необходимым значением магнитного потока, создаваемого обмоткой статора АДи первичной обмоткой трансформатора, их установленными мощностями и числами витков соответствующих обмоток. При постоянном значении подводимого напряжения и изменении коэффициента загрузки асинхронного двигателя или трансформатора,их реактивный ток остается неизменным. Однако с ростом установленной мощности асинхронных двигателей и трансформаторов величин реактивных составляющих токов растут.

Известно, что рабочие характеристики -функции коэффициента полезного действия η = f( ) и коэффициента мощности cosj= ψ( ) в АД и Трвзависимости от степениих загрузки

имеют экстремальный характер изменения, где  и  полезная мощность на валу,и номинальная мощность двигателя. При этом в асинхронных двигателях и трансформаторах максимальные значения коэффициента полезного действия наблюдаются при значении нагрузки  и коэффициента мощности  при [3,4]. В зависимости от величины установленной мощности АД и Тр, максимальные значения и колеблются в пределах 0,8 0,94 и 0,75-0,92, соответственно. Низкие коэффициенты мощности на входных зажимах цехов с АД и Тр, упомянутые выше, показывают на недостаточную загруженность и недоиспользовании АД и Тр с завышенной установленной мощностью. Следовательно, в этих АД и Тр реактивная (индуктивная) мощность также завышена.

Характеристикаη = f( ) имеет такую форму экстремальной части, что в отрезке  величина  изменяется всего на несколько процентов. В отличие от , форма кривой имеет явно выраженный экстремум и в указанных пределах нагрузки коэффициент мощности от своего максимального значения отличается на несколько десятков процентов. Это свидетельствует о том, что при низких величинах загруженности АД и Тр, их реактивная мощность,  хотя и остается неизменной, доля реактивной составляющей в составе результирующего тока растет с уменьшением значений , следовательно, реактивная составляющая джоулевых потерь будет возрастать.

Рис.2. Рабочие характеристикиη   и  cosjасинхронного двигателя и трансформатора

Использование асинхронных двигателей и трансформаторов с уменьшенными установленными мощностями, близкими к номинальной величине позволит сократить их реактивные токи до минимальных значений.

Б. Магнитные потери в асинхронных двигателях и трансформаторах, создающиеся в результате протекания переменного магнитного потока в их магнитопроводе составляют 40-45% от суммарных потерь в электрических машинах и трансформаторах [3,4]. Известно, что магнитные потери, вызываемые явлением гистерезис и вихревыми токами пропорциональны величине магнитного потока в п-ной степени. Минимизация этих потерь предлагается осуществлять посредством уменьшения величины магнитного потока в АД и Тр до оптимальных их значений, которое осуществляется путем уменьшения их установленной мощности, рассмотренное выше.

В. Другие виды внутризаводских потерь, которые существуют из-за наличия вращающихся элементов двигателей, высших гармонических составляющих токов в проводах, несимметричности приложенного напряжения и все остальные виды потерь, непосредственное измерение которых практически не представляется возможным, составляют до 10% от общезаводских потерь.

Рис.3. Предлагаемая схема электроснабжения крупного предприятия СД и КК

Уменьшение механических потерь, вызываемых в электрических машинах, расходуются на трение вращающихся частей о воздух (вентиляция), подшипниках и т.д. регламентируются условиями их эксплуатации.

Синусоидальность и не симметрия напряжений является важным показателем качества электроэнергии, которая обеспечивается электроснабжающим предприятием – первичные источники электроэнергии (синхронные генераторы) вырабатывают напряжение практически синусоидальной и симметричной формы. Высшие гармонические составляющие токов и не симметрия напряжения создаются самим потребителем электроэнергии. Токи высших гармонических создаются нелинейным характером нагрузки, к которым относятся статические преобразователи формы тока (тиристорные выпрямители, тиристорные преобразователи частоты – инверторы, электросварочные агрегаты и т.д.). Высшие гармонические составляющие токов создают дополнительные потери мощности в электрооборудовании и на ЛЭП. Не симметрия напряжения создается потребителем однофазного включения освещения и других видов нагрузки следствием, которого являются возникновение дополнительных потерь.

Указанные выше потери будут довольно значительными при большом коэффициенте искажения синусоидальности кривых напряжения и тока. Для обеспечения небольшого искажения синусоидальности кривых напряжения и тока, мощность источника питания должна быть как минимум в десятки раз больше мощности нелинейной нагрузки. Эти условия вполне выполняются во вновь вводимых устройствах – частотно-управляемых электроприводах технологических процессов крупных промышленных предприятий.

Таким образом, в результате анализа определены пути уменьшение потерь электроэнергии в системе ее производства, распределении, передачи и потребления в промпредприятиях:

1. Необходимо ускорить темпы внедрения АСКУЭ в процесс производства, передачи, распределения электроэнергии, позволяющей:

- автоматизировать процесс производства, учета, передачи, сбыта (возврата средств за отпущенную электроэнергию);

- проводить регулярный дистанционный замер и анализ технологических и коммерческих потерь на отдельных участках энергосистемы.

2. Несмотря на то, что сжигание органического топлива для производства электроэнергии считается расточительным, доля ТЭС в общемобъеме выработки электроэнергии в стране сегодня составляет около 90%. Если считать, что абсолютные значения этих величин для ТЭС остаются без изменения, переход к освоению бесконечно больших запасов ветровой и солнечной электроэнергии, позволит значительно сократить относительные расходы топлива при производстве электроэнергии.

3. Для сокращения реактивной составляющей тока в кабельных линиях внутри предприятий, необходимо правильно выбирать установленную мощность АД и Тр при их проектировании. Действующее оборудование завышенной установленной мощности необходимо заменить в процессе текущего или капитального ремонта на оборудование, работающее с номинальной нагрузкой.

4. Необходимо сократить длины кабельных линий, по которым протекают реактивные токи. Для этого каждый крупный АД и Тр, находящиеся на удаленном расстоянии от СД, необходимо снабжать индивидуальными КК. Группа электрооборудования малой мощности, расположенной в близком расстоянии друг от друга, также снабжать отдельным КК.

Как признал первый президент Республики Узбекистан Ислам Абдуганиевич Каримов: «Проблема международной безопасности и стабильности – одна из основных проблем, стоящих перед международным сообществом в новом столетии».

В Национальной энциклопедии Узбекистана определение терроризма описывается следующим образом: Терроризм определяется как метод нетерпимости, основанный на идее о том, что это физическое и насильственное уничтожение людей во имя достижения определенных злых целей [6].

В последние годы террористические организации в качестве оружия стали все более активно использовать средства массой информации. Примером этого является поток вредоносных идей в постоянно распространяемой  информации определенных идеологических полигонов, распространение вирусов, которые регулярно транслируются через телецентры, игры, основанные на деструктивных идеях для детей, и вирусы, которые разрушают компьютерные программы. Нападение террористов на  учреждения государственной власти с целью достижения своих ужасных намерении является примером политического террора.

Как отметил И.А.Каримов в книге «Юксак маънавият—енгилмас куч»: Сегодняшнее тривиальное послание, которое кажется незначительным для духовности человека, – это распространение информации на весь мир, которая невидима, но никогда не покрывается ничем, может привести к тяжелым последствиям и большому урону [1].

С первых же лет независимости Республика Узбекистан инициировала ряд инициатив по обеспечению международной и региональной безопасности на платформах различных международных организаций. Эти инициативы – это не только национальная безопасность Узбекистана, но и безопасность Центральноазиатского региона и всего мирового сообщества [2].

Став полноправным членом Шанхайской организации сотрудничества (ШОС) Республика Узбекистан несомненно вносит вклад в укрепление безопасности и расширения сотрудничества на взаимовыгодных отношениях. Как мы видим Шанхайской организации сотрудничества (Республика Узбекистан была признана полноправным членом ШОС 15 июня 2001 года) были предприняты значительные шаги для предотвращения религиозного экстремизма и международного терроризма. На мероприятиях ШОС рассматриваются и активно обсуждаются все предложения правительства Узбекистана.

Сложно не переоценить роль ШОС в обеспечении безопасности, развития сотрудничества и создание платформы для равноправного обсуждения и достижения договоренной по полетическим, экономическим и другим вопросам между главами членами ШОС на равных условиях, в независимости от потенциала и возможностей [7].

За последние 10 лет ШОС в области безопасности было достигнуто следующее:

• в структуре ШОС созданы следующие структуры для координации усилий в сфере безопасности и развития: Совещание руководителей правоохранительных органов, пограничных ведомств, министров обороны, министров иностранных дел, министров по чрезвычайным ситуациям;
• подписана Шанхайская конвенция о борьбе с терроризмом, сепаратизмом и экстремизмом (2001);
• создана и приступила к работе Региональная антитеррористическая структура (РАТС) ШОС с исполнительным комитетом в г. Ташкенте (Узбекистан). В РАТС ШОС создан механизм совещаний секретарей Советов безопасности государств-членов;
• создана контактная группа «ШОС – Афганистан», являющаяся еще одним важным историческим шагом по поддержанию мира и стабильности в регионе»;
• также по вопросам безопасности и развития налажены контакты с такими международными структурами, как: ПРООН, СБ ООН, комитет ООН по борьбе с терроризмом, ОБСЕ, Антитеррористический центр (АТЦ) СНГ;
• подписано Соглашение о сотрудничестве в борьбе с незаконным оборотом наркотических средств [2].

Выступая на саммите Шанхайской организации сотрудничества 14 июля 2001 года, президент Ислам Каримов подчеркнул, что, несмотря на инициативы, направленные на устранение беспорядков и нестабильности в Афганистане, к сожаленю являются недостаточными, и предложил улучшить систему региональной безопасности.

Серьезные проблемы вызывает и развитие наркотических психотропных средств, что приводит к следующему:  Во-первых, незаконное производство и продажа наркотиков приводит к гибели миллионов жизней и, во-вторых, к финансовому улучшению международного терроризма и религиозного экстремизма. По словам первого Президента Республики Узбекистан Ислама Каримова: Если религиозный экстремизм и фанатизм являются идеологической маской международного терроризма, незаконный оборот наркотиков, несомненно, является финансовой поддержкой международного терроризма.

В связи с чем, считаем что необходимо радикально реформировать сельскохозяйственный сектор, улучшить минеральное состояние земель, создать ирригационную систему, улучшить систему культивирования и, самое главное, выращивать сельскохозяйственные культуры, овощи и фрукты.

Любой, кто работает в этой стране, может видеть влияние этих изменений на примере своей семьи. Наряду с усилиями по борьбе с терроризмом в Афганистане также начались международные усилия по восстановлению страны. С тех пор произошли значительные изменения в этой области.

В своем выступлении на первом заседании второго созыва Олий Мажлиса 22 января 2000 года президент Ислам Каримов подчеркнул приоритеты внешней политики и стратегии безопасности нашего государства: «Сегодня все наши инициативы и усилия направлены на донесение широкой общественности нашего региона информацию о угрозе распостранения религиозного экстремизма, фундаментализма и международного терроризма».

Следует отметить что говоря о борьбе с экстремизмом и межднународном терроиризмом, Узбекистан на международном уровне внес предложения и продвигает усилия ООН по достижению мира в Афганистане, запрета на иностранное вмешательство во внутренние дела Афганистана и запрет на импорт оружия, а также на источники финансирования экстремизма, международного терроризма и  незаконного оборота наркотиков.

Узбекистан заявил о своей приверженности Уставу и Декларации ШОС в поддержку безопасности, мира и стабильности в регионе, борьбе со всеми формами международного терроризма, сепаратизма и экстремизма, борьбе с незаконным оборотом наркотиков и распространением оружия массового уничтожения.

Также на саммите в Москве 29 мая 2003 года были высказаны мнения о международном терроризме, радикальном экстремизм, сепаратизм и незаконный оборот наркотиков, угроза ядерного оружия и распространение оружия массового уничтожения, а так же о фундаментальных изменениях в геополитической, экономической и социальной жизни. Они также высказали мнение о роли и влиянии ШОС и проблемах, с которыми сталкиваются существующие организационные структуры.

Более того, первый Президент И.Каримов в своем выступлении по вопросам безопасности и стабильности в регионе (5 июля 2005 года) отметил следующее: Рабочие и исполнительные органы Шанхайской организации сотрудничества должны быть сосредоточены в принятии конкретных целей и задач, в борьбе не только новыми угрозами безопасности и стабильности, но и смыслом достижения геополитических целей, необходимо учитывать особенности каждой страны, ее содержание, средства и методы и, в конечном счете, продолжать борьбу с производством и транспортировкой наркотиков.

Ни дял кого не сикрет, что международный терроризм и экстремизм расширяется практически на все страны. Международные террористы в целях достижения своих целей применяют самые жестокие методы и способы.

Говоря о растущем международном терроризме, религиозном экстремизме и незаконном обороте наркотиков, Узбекистан, несомненно, поддерживает деятельность ШОС в сохранении мира и стабильности в регионе, противодействию всем формам международного терроризма, сепаратизма и экстремизма.

Расположение Центра борьбы с терроризмом ШОС в городе Ташкенте, которое начало действовать 1 января 2004 года, можно рассматривать как признание активного участия нашей республики в борьбе с экстремизмом и терроризмом.

Можно с уверенностью признать, что безопасность в Центральноазиатском регионе обеспечивается за счет тесного сотрудничества стран членов ШОС. Так же необходимо отметить что совместно с ШОС, в Узбекистане реализуются проекты в области энергетики и создание альтернативных транспортных маршрутов, что будет способствовать развитию экономики Республики.

Согласно ст. 1 основополагающего документа ШОС — Хартии от 7 июня 2002 года — основными целями и задачами ШОС являются [4]:

• укрепление между государствами-членами взаимного доверия, дружбы и добрососедства;
• развитие многопрофильного сотрудничества в целях поддержания и укрепления мира, безопасности и стабильности в регионе, содействия построению нового демократического, справедливого[8] и рационального политического и экономического международного порядка [9];
• совместное противодействие терроризму, сепаратизму и экстремизму во всех их проявлениях, борьба с незаконным оборотом наркотиков и оружия, другими видами транснациональной преступной деятельности, а также незаконной миграцией;
• поощрение эффективного регионального сотрудничества в политической, торгово-экономической, оборонной, правоохранительной, природоохранной, культурной, научно-технической, образовательной, энергетической, транспортной, кредитно-финансовой и других областях, представляющих общий интерес;
• содействие всестороннему и сбалансированному экономическому росту, социальному и культурному развитию в регионе посредством совместных действий на основе равноправного партнерства в целях неуклонного повышения уровня и улучшения условий жизни народов государств-членов;
• содействие обеспечению прав и основных свобод человека в соответствии с международными обязательствами государств-членов и их национальным законодательством и др.

Как отметил первый заместитель председателя Сената Республики Узбекистан Садык Сафаев: «… ШОС всегда добивается всего, что делает».

При эксплуатации на раму тележки тепловозов, кроме статических нагрузок от веса кузова с оборудованием, силы тяги (торможения) и реакций от момента и веса тяговых двигателей, действуют большие динамические вертикальные и горизонтальные нагрузки. Одной из особенностей рам тележек является то, что они работают при переменных напряжениях, в связи с этим они должны рассчитываться на усталостную прочность. Доминирующей формой расчёта является  проверочный расчёт, связанный с определением коэффициента запаса прочности. Для проведения таких расчётов необходимо располагать значениями действующих статических и динамических напряжений. Статические напряжения определяются для всех основных нагрузок: массы кузова с установленным оборудованием, тяговых и тормозных усилий, усилий при вписывании в кривые. Основным направлением совершенствования расчётных методов оценки ресурса несущих конструкций является более достоверный учёт их нагруженности и особенности поведения материала её локальных, наиболее напряжённых зон в конструкции.

На сегодняшний день одной из задач железнодорожного транспорта АО «Узбекистан темир йуллари» является обновление локомотивного парка. Следовательно, работы по расчёту и принятие рациональных мер по оценке остаточного ресурса и модернизации подвижного состава приобрели большую научную и практическую значимость. В таких условиях одним из решений является усиление более нагруженных частей металлоконструкций и продление их срока службы[2,3].

В связи с тем, что данные детали отличаются большой сложностью геометрической формы, значительными габаритами стендовые испытания реальных конструкций очень металлоёмки, трудоёмки и дороги. До настоящего времени при проектировании проверка статической прочности несущих конструкций производились упрощёнными методами по номинальным напряжениям, что объяснялось сложностью узлов и отсутствием отработанных и верифицированных расчётных моделей. Оценка циклической прочности подобных узлов ведётся в основном экспериментальными методами путём многократных испытаний макетов, что приводит к существенному увеличению сроков создания новых конструкций, испытания существующих конструкций и не всегда гарантирует выбор рационального с точки зрения прочности и надёжности варианта конструкции. Кроме того, это снижает конкурентоспособность создаваемой транспортной техники в условиях современной рыночной экономики государства, нацеленной на инновационных путь развития[4]. Решение этой проблемы возможно внедрением в практику единых методов оценки ресурса несущих конструкций, включая и сложные сварные узлы, а также применение пакетов программ и ЭВМ, которые позволили бы обоснованно производить выбор наиболее рационального конструктивного или технологического решения. Поэтому актуальной задачей является разработка методики уточнённой оценки напряжённо деформированного состояния (НДС) рамы тележки тепловоза от действия эксплуатационных нагрузок. Следующим этапом после расчёта НДС является оценка работоспособности сварной конструкции рамы тележки по уровню местных напряжений в локальных зонах концентрации. И на последней стадии расчёта необходимо оценить надёжность рамы с целью сопоставления с нормируемыми показателями и требованиями норм[1].

В большинстве расчётов, проведённых ранее, рама тележки принимались в виде стержневой системы. Как показала практика, в зонах сопряжения балок рамы, в местах присоединения кронштейнов, накладок и в других узлах сложной формы определить напряжения с помощью стержневой схемы нельзя[5]. Поэтому целесообразно применение современных программ и методов расчёта, в первую очередь, метод конечных элементов.

Метод конечных элементов считается одним из наиболее эффективных методов решения задач механически деформируемого твёрдого тела и накоплен положительной опыт его применения в различных областях машиностроения. В настоящее время МКЭ является мощным численным методом, применяемым к различным физическим задачам, но наибольшее распространение он получил в применении к задачам теории упругости и анализу несущий способности конструкций и стремительно внедряется, становясь одним из основных методов анализа напряженно деформированного состояния конструкций. На сегодняшний день разработан ряд программ, с помощью которых можно провести многовариантный анализ расчётов с учётом всех нагрузок для получения результатов с достаточной точностью[6].

Применение этих методов позволит повысить точность расчётов и определять напряжения в элементах сложной формы, в первую очередь, в узлах соединения балок и в зонах присоединения отдельных деталей к несущим элементам.

В данном анализе напряжённо-деформированного состояния применялся МКЭ, реализованный в программном комплексе SolidWorks Simulation. Программа ориентирована на подготовку полноценной конечно-элементной модели с максимальными возможностями моделирования, учета особенностей геометрического, силового характера и выполнения различных видов расчетов.

Модель рамы тележки и расчётная схема приведена на рис.1.

Рис.1. Расчётная схема металлоконструкции унифицированной рамы тележки тепловоза

При статическом расчёте в качестве нагрузки принята сила Р=120 кН, учитывающая горизонтальные динамические воздействия, вызванные продольными колебаниями и галлопированием тележки относительно кузова при движении тепловоза со скоростью 80…100 км/ч. Нагрузка кузова, рамы тепловоза и кузовного оборудования передаётся на раму тележки через резинометаллические элементы находящиеся на боковинах. Разделение расчётной схемы на конечные элементы и расчёт напряжений осуществлялись на ЭВМ. Расчёт силовых факторов, действующих на тележку, производился согласно [1]. При генерации сетки конечно-элементной идеализации объекта исследования использовались объёмные конечные элементы. Идеализация рамы тележки тепловоза по МКЭ приведена на рис.2. Модель состоит из 46155 элементов и 90898 узлов.

Рис.2. Идеализация рамы тележки тепловоза

, ваг.,

где  – среднесуточная затрата вагоно-часов накопления всех остатков, ваг.ч.
Среднюю величину замыкающей группы можно разбить на две части: среднюю величину поступающей группы и среднюю величину остатка (m₃= m_гр + m₀). Часть замыкающей группы m_гр не имеет простоя под накоплением, поскольку в момент её поступления на путь назначения накопление заканчивается и можно приступать к формированию состава. Другая часть замыкающей группы, m₀ простаивает под накоплением следующего состава.
Введем коэффициент α, выражающий величину остатка через значения m_гр, то есть m₀ = αm_гр, где . Учитывая, что в сутки накапливается N_ф составов, суточную затрату вагоно-часов на накопление можно рассчитать по выражению:

где- сумма натуральных чисел от 1 до n-1. Подставляя в эту формулу значения  и  =, получим:

 (1)

Средняя величина поступающей группы m_гр  с учетом повышенного значения замыкающей группы на среднюю величину остатка будет . Подставляя это значение в формулу (1), получим:
. (2)
Таким образом, величину среднесуточных затрат вагоно-часов на накопление для каждого назначения плана формирования можно определить по данной формуле в зависимости от значений m, n, α. При этом параметр накопления () получит выражение:
 (3)
Из этой формулы следует, что параметр накопления для отдельного назначения зависит только от двух факторов: среднего числа групп вагонов, участвующих в накоплении одного состава данного назначения  и отношения средней величины остатка к средней величине группы вагонов: , то есть . На рис.1 приведен график этой функции при различных значения α, который может служить номограммой для определения параметра накопления. Промежуточные значения параметра c, попадающие, между кривыми определяются посредством интерполяции.
Обращает на себя внимание график зависимости при α = 1. В этом случае параметр накопления равен постоянной величине c=12 независимо от значения n. Исследованиями статистических данных установлено, что в большинстве случаев средняя величина остатка в той или иной степени тяготеет к средней величине группы вагонов, то есть значения α приближается к 1. Поэтому при расчете плана формирования в качестве общего параметра накопления для всех назначений станции целесообразно использовать c=12. График показывает, что с увеличением числа групп в составе n параметр накопления c при α < 1 (m₀ < m_гр) – увеличивается, а при α > 1 (m₀ > m_гр)  – уменьшается.
Строгое равенство α = 0 (m₀=0) практически невозможно, так как невозможно обеспечить стопроцентное безостаточное накопление в течение какого–либо периода в несколько суток и более. Линия α = 0 на графике показывает теоритическую границу зоны значения α. Задача оперативного управления поездообразованием сводится к минимизации среднего остатка за счет увеличения случаев безостаточного накопления, увеличению продолжительности перерывов в накоплении и уменьшению конкретных значений остатка вагонов. 
Как правило, процесс накопления является трудно управляемым, то есть на него в целом невозможно повлиять с целью ускорения накопления и сокращения простоя вагонов на станции. Это обусловлено тем, что сортировочные станции работают по принципу конвейера, когда всякая задержка может привести к сбою в работе. Поэтому маневровый диспетчер должен заблаговременно знать о подходе замыкающих групп и рационально планировать работу маневровых локомотивов по расформированию и формированию поездов [4, 5].
Тем не менее непрерывно меняющаяся эксплуатационная обстановка может в отдельных случаях складываться благоприятно доля сокращения простоя вагонов под накоплением, что несомненно приводит к росту эффективности использования подвижного состава и роста экономических показателей работы железнодорожного транспорта [2]. На практике сложились оперативные приемы управления эксплуатационной работой, способствующие этому сокращению. В основном они заключаются в следующем:
1. Ускоренный подвод к техническим станциям поездов, имеющих в своем составе замыкающие группы вагонов. 
2. С целью обеспечения безостаточного накопления составов, включение в состав формируемого поезда всех накопленных вагонов сверх нормы состава. Для этого маневровый диспетчер должен согласовать с диспетчерским аппаратом возможность пропуска такого поезда по соответствующим участкам. 
3. Регулирование поступления групп местных вагонов на техническую станцию таким образом, чтобы крупные группы вагонов подводились на конкретную нитку графика в конце периода накопления. 
4. При планировании составообразования время отправления формируемых поездов выбирается таким образом, чтобы в процессе накопления простой крупных групп вагонов был как можно меньше, за счет увеличения простоя мелких групп. При этом следует планировать работу так, чтобы перерывы при безостаточном накоплении были как можно дольше [1, 3].
В результате применения подобных мер достигается снижение затрат вагоно-часов на накопление вагонов, а значит и сокращение простоя вагонов на станции. При систематическом их применении уменьшается параметр накопления.
Приведенные статистические данные установили, что средняя величина остатка в той или иной степени стремится к средней величине группы вагонов, α приближается к 1. Поэтому при расчете плана формирования в качестве общего параметра накопления для всех назначений станций целесообразно использовать c = 12. 

Рис.1. График зависимости параметра накопления от числа поступающих групп в период накопления состава при разных значениях 

Исследование несущей способности и деформаций железнодорожного земляного полотна убедительно свидетельствует о решающей роли вибродинамического воздействия от проходящих поездов.

В соответствии с планом развития скоростного и высокоскоростного движения в Республике Узбекистан к 2020 году намечено открытие скоростного движения поездов на линии Самарканд –Бухара и др. Изучение особенностей геологического строения этих участков показывает, что 50 – 60 % их длины предоставлено насыпями, сложенными лессовидными супесями [7, 8].

Абсолютно не ясно, как поведет себя лессовидная супесь, уложенная в тело земляного полотна, при повышенном вибродинамическом воздействии. Таким образом, актуальным вопросом является прогнозирование несущей способности и деформативности земляного полотна из лессовидных супесей при скоростном движении поездов. Это дает основание для разработки конструктивных решений насыпей, возведенных в таких условиях. Для решения поставленной задачи необходимо оценить влияние вибродинамической нагрузки на прочностные и деформативные свойства лессовидной супеси, в частности на сцепление, угол внутреннего трения и модуль общий деформации. Все это определяет необходимость проведения ряда лабораторных экспериментов, результаты которых приведены в данной работе.

Для проведения исследования прочностных и деформационных свойств лессовидной супеси были отобраны образцы грунтов на скоростном железнодорожном участке Боявут – Янги Янгиер в Республике Узбекистан [6]. Земляное полотно представлено насыпью высотой 2,2 метра, отсыпаннойлессовидной супесью. Образцы лессовидной супеси отбирались монолитаминенарушенного сложения в соответствии с [4]. Физико-механические характеристики этих образцов представленыв табл. 1.

Таблица 1. Основные физические свойства лессовидной супеси

усредненное значение по результатам серий экспериментов.

Фактический коэффициент уплотнения определен по методу стандартного уплотнения в соответствии с [3].Из таблицы видно, что грунт является лессовидной супесью, в полутвердом состоянии, и обладает высокой плотностью сложения.

Существует различные методики испытаний для определения прочностных и деформативных характеристик: компрессионные и стабилометрические. Компрессионные испытания не отображают реальную работу грунта в натурных условиях, поскольку проводятся в условиях невозможного бокового расширения.Стабилометрический метод дает более точно смоделировать напряженное состояние грунтов земляного полотна. Исходя из этого, исследования выполнялись в вибростабилометреЛИИЖТа, который создает сложное вибродинамическое воздействие на образец грунта в условиях трехосного напряженного состояния.

Вибродинамическая нагрузка в камере стабилометра моделировалось изменением гидравлических давлений от 0,3 до 0,9 кгс/см².

Для лессовидной супеси при скоростях до 200 км/ч на уровне основной площадки земляного полотна он составляет от 250 мкм до 500 мкм при изменении частоты от 1 Гц до 200 Гц в зависимости от состояния верхнего строения пути, земляного полотна и его основания[1, 2]. В связи с этим, максимальная вибродинамическая нагрузка в камере стабилометрабыла принята на уровне 500 мкм.

Прочностные и деформативные свойства лессовидной супеси были определены в соответствии с действующими требованиями к испытаниям[5].

Результаты исследований прочностных характеристик лессовидной супеси представлены в таблице 2.

Анализ табл.2 показывает, что относительное снижение прочностных характеристик лессовидной супеси под влиянием вибродинамического воздействия существенно зависит от влажности грунта. Лессовидные супеси в твердой консистенции мало чувствительны к вибродинамической нагрузке. Коэффициент снижения сцепления составляет всего 7% и соответственно коэффициент снижения угла внутреннего трения 6% при действии максимальной вибродинамической нагрузке.

Таблица 2. Прочностные характеристики лессовидной супеси при действии статической и вибродинамической нагрузке.

С увеличением влажности до 15% что соответствует пластичной консистенции,коэффициент снижения сцепления и коэффициент снижения угла внутреннего трения грунта увеличиваются и составляют соответственно17% и 10%.

Максимальная чувствительность лессовидной супеси к вибродинамической нагрузке лессовидной супеси достигается в пластичном состоянии. При этой консистенции коэффициент снижения сцепления составляет 28%, а коэффициент снижения угла внутреннего трения 17% при действии максимальной вибродинамической нагрузке.

Результаты исследований деформативных характеристик от показателя консистенции грунта представлены на рис. 1.

1 – Статические компрессионные испытания, 2 – усредненные значение статических испытаний при боковом давлении 0,08, 0,06, 0,04 МПа. 3 – усредненные значение вибродинамических испытаний при боковом давлении 0,08, 0,06, 0,04 МПа.

Анализ графиков (рис. 1.) показывает, что во всех испытаниях значения модуля деформации, получаемые при динамических условиях, оказались ниже, чем при статических испытаниях, однако, разница между этими величинами при разной консистенции разная. При консистенции -0,2, т.е. твердой консистенции, этот разница составляет 12%, при показателе консистенции 0, разница достигает до 38%, при консистенции 0,1 – 45%, а при показателе консистенции 0,3, разница между статическими и динамическими модулями деформации достигает 68%.С последующим увеличением влажности этот разница снижается.

Рис. 1 Изменение модуля деформации лессовидной супеси в зависимости от показателя консистенцииI_L.

Это обуславливается тем, что слабые водонасыщенные грунты обладают настолько низкими статическими деформативными характеристиками, что влияние вибродинамических нагрузок при высокой влажности несущественно.

Из (рис. 1) видно, что при испытаниибез возможности бокового расширения (компрессия) модуль деформации значительно превышает значения, полученные с возможностью частичного боковогорасширения.

Результаты относительного снижения модуля деформации лессовидной супеси представленына рис. 2. На рис. 2 также представлены данные по изменение К_Е, полученные И.В. Прокудиным, В.П. Великотным и др. для тяжелой пылеватой супеси и жирной глины.

Рис. 2 Изменение коэффициента относительного снижения модуля деформации К_Е в зависимости от консистенции.

1 – супесь тяжелая пылеватая; 2 – лессовидная супесь; 3 –глина жирная.

Зависимость К_Е=f(I_L), представленная на (рис. 2 кривая 2) показывает, что наибольшее влияние вибродинамическая нагрузкана Еоказывает при консистенцииот 0,2 до 0,4, а максимальный уровень коэффициента относительного снижения модуля деформации приходится к показателю консистенции 0,3 (пластичная консистенция) и составляет 68%. Для тяжелой пылеватой супеси и жирной глинысамый высокий уровень коэффициента относительного снижения приходится на консистенцию 0,3 и составляют соответственно 87% и 58%.Последующее увеличение влажности I_L˃ 0,4,не существенно сказывается на снижении модуля деформации при действии вибродинамической нагрузки.

По нормативным документам грунты,применяемые, в конструкции земляного полотна, ограничиваются показателем консистенции 0,5, а для высоких насыпей до 12 м показателем консистенции до 0,25. Лессовидная супесь максимально снижает свои деформативные характеристики именно в пластичном состоянии. Таким образом, те грунты, из которых отсыпается земляное полотно, подвержены наибольшему влиянию вибродинамической нагрузки. Это еще раз доказывает, что при возведении железнодорожного земляного полотна лессовидными супесями нужно учитывать влияния вибродинамического воздействия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализируя приведенные данные можно сделать вывод, что увеличение влажности лессовидной супесиземляного полотна приведет к резкому уменьшению сцепления, угла внутреннего трения и модуля деформации. При этом, очевидно, что вибродинамическое воздействие еще больше увеличивает это снижение особенно при пластичном состоянии. По результатам экспериментальных исследований установлено, что максимальное значение коэффициента относительного снижения сцепления, угла внутреннего трения и модуля деформации лессовидной супеси, достигается при показателе консистенции 0,3 и составляет соответственно 28%, 17% и 68%. Приведенные факты еще раз наглядно подтверждают необходимость учета действия вибродинамической нагрузки для прогнозирования несущей способности и деформативности земляного полотна из лессовидных супесей.

Датчик содержания кислорода, коэффициент избытка воздуха, топливная аппаратура

Задача достоверной оценки качества рабочего процесса в цилиндрах тепловозного дизеля и технического состояния определяющих его узлов топливной аппаратуры и цилиндро-поршневой группы в настоящее время решается в основном стационарными средствами диагностики, чаще всего на основании анализа индикаторной диаграммы рабочего процесса. Использование такого подхода для непрерывного контроля технического состояния тепловозного дизеля в эксплуатации невозможно по ряду причин, одной из которых является отсутствие технической возможности непрерывного измерения давления в цилиндре дизеля, которое необходимо для снятия индикаторной диаграммы. В связи с этим актуальной является задача разработки методов интегральной оценки качества рабочего процесса в цилиндре тепловозного дизеля с использованием ограниченного набора параметров, контролируемых современными средствами автоматического управления силовой установки тепловоза. 
Температура отработавших газов (ОГ) на выходе из цилиндров дизеля является одним из важнейших диагностических параметров дизеля. Ее значение в каждый момент времени обусловлено действием целого ряда разнообразных факторов, связанных как с техническим состоянием основных агрегатов двигателя, так и с режимом его работы. Обязательный периодический контроль значения этого параметра предусмотрен правилами реостатных испытаний всех серий тепловозов. С целью повышения достоверности оперативного контроля технического состояния дизеля уже на протяжение ряда лет все современные тепловозные дизели оборудуются термокомплектами, обеспечивающими возможность непрерывного измерения температуры отработавших газов в процессе эксплуатации. 
Вместе с тем наличие множества факторов, влияющих на величину температуры ОГ, снижает информативность данного параметра, вследствие чего эффективность использования средств контроля температуры ОГ весьма невелика. Информативность температуры ОГ можно существенно повысить, если использовать ее совместно с коэффициентом избытка воздуха, характеризующим как качество смесеобразования в цилиндре дизеля, так и режим его работы [1]. 
Одним из возможных способов решения подобной задачи является непрерывный контроль характерных зависимостей, связывающих различные параметры рабочего процесса дизеля, инвариантных по отношению к режиму работы дизеля, но реагирующих на его техническое состояние. Одной из них является зависимость относительного изменения температуры отработавших газов от относительного изменения  коэффициента избытка воздуха в цилиндре дизеля. 
В работе [1] показано, что эти величины связаны зависимостью вида:

 (1)

где b – коэффициент пропорциональности, определяемый конструкцией и особенностями организации рабочего процесса исправного дизеля.
Увеличение цикловой подачи в цилиндр исправного дизеля приводит к уменьшению коэффициента избытка воздуха и увеличению температуры отработавших газов на выходе из цилиндра в соответствии с зависимостью (1).
В случае нарушения нормального протекания рабочего процесса в цилиндре во время эксплуатации (например, вследствие изменения угла опережения подачи топлива, ухудшения качества смесеобразования вследствие неисправности топливной аппаратуры) качество смесеобразования в цилиндре существенно изменяется, причем это изменение не связано с величиной коэффициента избытка воздуха, вследствие чего величина коэффициента b в формуле (1) изменяется. Это изменение может использоваться в качестве диагностического признака ухудшения технического состояния цилиндра и служить основанием для постановки его на стационарный диагностический контроль [2]. 
Величина относительного изменения температуры ОГ определялась с использованием зависимости:

 (2)

где Т_ОГ - текущее значение температуры ОГ, ^оК; 
Т_ОГ(ном) - номинальное (установившееся ) значение температуры ОГ на данной позиции контроллера, ^оК; 
Для оценки изменения коэффициента избытка воздуха использовалось выражение [2, 3]:

 (3)

где  - относительное изменение давления наддува;
 - относительное изменение положения реек топливного насоса высокого давления (ТНВД);
 - номинальное (установившееся) значение давления наддува на данной позиции контроллера, МПа;
 - номинальное (заданное) положение реек ТНВД на данной позиции контроллера, ед. кода.

Изменение величины температуры отработавших газов при постоянном значении коэффициента избытка воздуха на данной позиции контроллера машиниста может свидетельствовать об ухудшении состоянии топливной аппаратуры (некачественное смесеобразование с интенсивным догоранием топлива на линии расширения), изменении подачи топлива в цилиндр, например, вследствие нарушения регулировки ТНВД или об отказе средств измерения температуры ОГ. 
Изменение величины коэффициента избытка воздуха при одной и той же температуре отработавших газов будет свидетельствовать об изменении сигнала обратной связи по положения рабочего органа регулятора при неизменном фактическом положении реек ТНВД, т.е. об изменении настройки регулятора или его рычажной передачи, либо об отказе средств измерения давления наддува или положения реек ТНВД. 
Достоверность и точность предлагаемого метода контроля технического состояния цилиндров дизеля может быть существенно повышена при использовании прямого измерения величины коэффициента избытка воздуха в цилиндрах дизеля. Для непрерывного контроля величины коэффициента избытка воздуха может использоваться датчик содержания кислорода в ОГ (лямбда-зонд), широко применяющийся в системах управления автомобильных дизелей. Он предназначен для косвенной оценки состава смеси, сгорающей в цилиндрах двигателя. Датчик позволяет оценивать количество кислорода в отработавших газах[4, 5]. 
В зависимости от рабочей характеристики различают два вида кислородных датчиков:
- узкополосные датчики 
- широкополосные датчики.
Узкополосные датчики генерируют высокое напряжение (около 0.9 В) при работе на обогащенной смеси и низком содержании кислорода в ОГ, и низкое (не более 0.1 вольт) при работе двигателя на обедненной смеси и высоком содержание кислорода в ОГ. Скачок напряжения между отдельными уровнями происходит при б=1. 
Узкополосный датчик имеет специфическую Z-образную характеристику, которая позволяет с высокой точностью определить только факт отклонения состава смеси от стехиометрического (б=1) в сторону меньших значений б (богатая смесь с избытком углеводородов и относительно уменьшенным содержанием кислорода) или больших значений б (бедная смесь с относительным избытком кислорода). За пределами узкой (узкополосной) зоны перехода состав смеси не оказывает существенного влияния на характеристику узкополосного датчика. Такие датчики широко используются в системах управления автомобильных двигателей для определения стехиометрического состава смеси как опорной точки, однако использование их для контроля текущего значения б малоэффективно. 
В отличие от узкополосных датчиков, широкополосный датчик имеет почти линейную характеристику в широких пределах изменения. Он обладает сложной внутренней структурой и требует специального контроллера для обработки выходного сигнала – это практически единственный недостаток данного датчика по сравнению с узкополосным. Широкополосный датчик устойчив к изменению температуры, однако его выходной сигнал зависит от давления окружающей среды, поэтому он должен устанавливаться на выходе из выпускной системы дизеля.
Процесс измерения коэффициента избытка воздуха широкополосным датчиком кислорода предполагает стабилизацию напряжения U_S на соответствующем выходе датчика за счет изменения тока I_P и контроль величины тока. Таким образом, схема управления датчиком должна представляет собой регулятор напряжения U_S, управляющим воздействием которого является ток накачки I_P[5] . 
Широкополосные датчики имеют две ячейки – измерительную и ячейку накачки. Ячейка накачки представляет собой гальванический элемент с твердым керамическим циркониевым электролитом, оба электрода которого омываются отработавшими газами. Внешний электрод погружен в поток ОГ выпускного коллектора, к внутреннему электроду ОГ подводятся через специальное отверстие (диффузионный барьер) в твердом электролите. Прикладывая напряжение к электродам ячейки накачки, можно управлять переносом ионов кислорода между электродами ячейки.
При положительном потенциале входа I_p относительно входа V_s/I_p перенос кислорода будет осуществляться от внутреннего электрода ячейки накачки к внешнему, при отрицательном потенциале I_Р - в противоположном направлении. Изменяя величину тока I_Р (напряжение между электродами ячейки накачки), можно добиться удалении из ячейки всего кислорода. Необходимая для этого величина тока I_p будет зависеть от содержания кислорода в ОГ. Таким образом, постоянно поддерживая в ячейке накачки нулевое содержание ионов кислорода, можно по величине необходимого для этого тока I_Р оценивать содержание кислорода в ОГ. 
Измерительная ячейка датчика предназначена для контроля содержания кислорода в ячейке накачки. Ее внешний электрод находится внутри ячейки накачки, вследствие чего выходное напряжение U_S измерительной ячейки характеризует соотношение концентрации кислорода в ячейке накачки и атмосферном воздухе. При отсутствии кислорода на внешнем электроде циркониевого гальванического элемента это напряжение равно 450 мВ. Таким образом, поддерживая напряжение U_S равным 450 мВ за счет изменения тока накачки I_Р, можно по величине этого тока оценивать содержание кислорода в ОГ дизеля[5]. 
По данным изготовителей широкополосных датчиков, приведенная относительная погрешность измерения состава смеси широкополосным датчиком не превышает 0,7%. Установленная зависимость относительного изменения температуры отработавших газов дизеля от изменения коэффициента избытка воздуха позволяет предложить следующий метод контроля технического состояния цилиндров дизеля в эксплуатации. 
В результате статистического анализа измерительной информации, полученной от системы автоматического регулирования дизель-генераторной установки тепловозов в процессе реостатных испытаний при выпуске тепловоза из ремонта или в процесс эксплуатации заведомо исправного локомотива, для каждой позиции контроллера устанавливаются значения математических ожиданий значений основных параметров рабочего процесса, контролируемых системой (P_K, T_ОГ, h_P, б_Ц) которые принимаются за номинальные значения этих величин, соответствующие нулевым значениям из относительных отклонений. По этим же данным уточняются зависимости вида (1), которые затем принимаются в качестве эталонных. 
В процессе эксплуатации локомотива бортовой вычислительный комплекс системы автоматического регулирования или отдельной системы диагностирования осуществляет непрерывный контроль относительных изменений температуры ОГ и коэффициента избытка воздуха на основных позициях контроллера машиниста по каждому из цилиндров дизеля.
Существенное отклонения относительных изменений контролируемых параметров от эталонных кривых будет свидетельствовать о нарушении нормального протекания рабочего процесса в цилиндре дизеля. 
Учитывая существенную зависимость результатов измерения коэффициента избытка воздуха от давления измеряемой среды (т.е. давления ОГ), оптимальным решением представляется установка датчика на выпускную трубу тепловоза. В этом случае статическое давление ОГ может быть принято равным атмосферному, а поправка должна учитывать только скоростной напор ОГ на выходе из трубы, который относительно невелик. Кроме того, существенно уменьшается вероятность превышения предельной температуры датчика даже при использовании его на высокофорсированных дизелях. 
Таким образом, предлагаемый метод контроля технического состояния дизеля является комплексным и позволяет контролировать изменение технического состояния ряда систем дизель-генераторной установки. Его эффективность [7] и информативность может быть существенно повышена при одновременном контроле других параметров силовой установки, в частности положения рабочего органа регулятора и мощности генератора на каждой позиции контроллера.