Оптимізація параметрів електроприводу нахилу кузова швидкісного електропоїзду

Автор(и)

  • Іван Колодій Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0009-0001-9583-2787
  • Дмитро Якунін Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-3995-3162

DOI:

https://doi.org/10.20998/2079-3944.2026.1.19

Ключові слова:

лінійний електродвигун, система нахилу кузова, швидкісний рейковий рухомий склад, магнітне поле, метод скінченних елементів, тензор напружень Максвела, генетичний алгоритм, метод Нелдера–Міда, оптимізація параметрів

Анотація

Вступ. Підвищення швидкості руху рейкового транспорту обмежується впливом поперечних прискорень у кривих ділянках колії, що знижує комфорт і безпеку перевезень. Одним із ефективних технічних рішень є застосування систем нахилу кузова, для реалізації яких доцільно використовувати електромагнітні приводи на базі лінійних електродвигунів, що потребує обґрунтування їх параметрів. Мета і задачі. Метою дослідження є підвищення ефективності електромагнітного приводу системи нахилу кузова шляхом визначення раціональних параметрів лінійного електродвигуна. Для досягнення мети поставлено задачі побудови математичної моделі магнітного поля, визначення електромагнітних сил у робочому діапазоні переміщень та розв’язання задачі оптимізації параметрів двигуна. Методи. Розрахунок магнітного поля виконано методом скінченних елементів в аксіально-симетричній постановці з урахуванням геометрії та властивостей матеріалів. Для підвищення точності застосовано згущення сітки у повітряному зазорі. Електромагнітні сили визначено з використанням тензора напружень Максвела шляхом інтегрування по замкненій поверхні. Оптимізацію параметрів реалізовано комбінованим методом, що поєднує генетичний алгоритм із локальним уточненням методом Нелдера–Міда. Результати. Отримано залежності електромагнітної сили від переміщення якоря в робочому діапазоні. Встановлено багатоекстремальний характер цільової функції та можливість досягнення необхідних силових характеристик при різних поєднаннях геометричних параметрів. Реалізовано комбінований алгоритм оптимізації, який забезпечує ефективний глобальний пошук та точне уточнення результатів. Визначено раціональні співвідношення параметрів лінійного електродвигуна, що забезпечують необхідний рівень електромагнітної сили при заданих обмеженнях. Висновки. Запропонований підхід дозволяє підвищити ефективність проєктування електромагнітних приводів систем нахилу кузова та забезпечує отримання стабільних результатів при розв’язанні багатоекстремальних задач оптимізації. Результати можуть бути використані при створенні перспективного швидкісного рейкового електрорухомого складу.

Посилання

  1. Yeritsian, B.Kh., Liubarskyi, B.H. and Iakunin, D.I. (2016) Modeliuvannia kombinovanoi systemy nakhylu kuzovu shvydkisnoho rukhomoho skladu zaliznychnoho transportu. Skhidnoievropeiskyi zhurnal peredovykh tekhnolohii, 2/9(80), Pp. 4–17. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.66782
  2. Iakunin, D.I. (2010) Elektromekhanichna systema pryvodu z liniinym dvyhunom dlia nakhylu kuzoviv shvydkisnoho rukhomoho skladu. PhD thesis. NTU “KhPI”, Kharkiv.
  3. Meeker, D. (2013) Finite Element Method Magnetics: Magnetics Tutorial. Available at: http://www.femm.info/wiki/ MagneticsTutorial
  4. Iakunin, D.I. and Kartamyshev, A.O. (2014) Modeliuvannia roboty prystroiu z modyfikovanym liniinym dvyhunom dlia nakhylu kuzova shvydkisnoho rukhomoho skladu. Visnyk NTU “KhPI”, 22(1065), pp. 67–72.
  5. Nikulina, O.M., Severyn, V.P. and Kotsiuba, N.V. (2020) Rozrobka informatsiinoi tekhnolohii optymizatsii upravlinnia skladnymy dynamichnymy systemamy. Visnyk NTU “KhPI”. Seriia: Systemnyi analiz, upravlinnia ta informatsiini tekhnolohii, 2(4), Pp. 63–69. Available at: https://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/50285
  6. Severyn, V.P. and Nikulina, O.M. (2023) Metody ta alhorytmy bahatovymirnoi bezumovnoi optymizatsii. Kharkiv: NTU “KhPI”. Available at: https://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/67856
  7. Nikulina, O.M. and Severyn, V.P. (2024) Chyselni metody modeliuvannia ta optymizatsii upravlinnia dynamichnymy systemamy. Kharkiv: NTU “KhPI”. Available at: https://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/73689
  8. Severyn, V.P. and Nikulina, O.M. (2025) Metody ta alhorytmy odnovymirnoi optymizatsii. Kharkiv: NTU “KhPI”. Available at: https://repository.kpi.kharkov.ua/items/30e90c7a-f2df-447d-aa54-e163f5b46573
  9. Lukashova, N.P. (2020) Pidvyshchennia efektyvnosti roboty khodovoi chastyny reikovoho miskoho transportu z vykorystanniam elektromekhanichnykh amortyzatoriv. PhD thesis. Kharkiv National University of Urban Economy named after O.M. Beketov, Kharkiv.
  10. Liubarskyi, B.H., Buriakovskyi, S.H., Khaustov, O.E. and Stetsenko, M.D. (2025) Vyznachennia skladovykh elementiv trykomponentnoho hibrydnoho nakopychuvacha enerhii dlia plug-in enerhetychnoi ustanovky rukhomoho skladu. Nauka ta prohres transportu, 3(111). https://doi.org/10.15802/stp2025/342275
  11. Khaustov, O. and Liubarskyi, B. (2025) Optimization of energy storage parameters of electric buses charged at terminal stops. Transport Systems and Technologies, (46). https://doi.org/10.32703/2617-9040-2025-46-6
  12. Nikulina, O., Severyn, V., Kotsiuba, N., Pashniev, A. and Usyk, A. (2025) Development of information technology to optimize the speed of a steam generator control system with the identification of nonlinear models. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(2)(136), Pp. 102–109. Available at: https://journals.uran.ua/eejet/article/view/338164
  13. Liubarskyi, B.H. (2014) Teoretychni osnovy dlia vyboru ta otsinky perspektyvnykh system elektromekhanichnoho peretvorennia enerhii elektrorukhomoho skladu. DSc thesis. NTU “KhPI”, Kharkiv.

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-04-30

Як цитувати

Колодій , І. ., & Якунін , Д. . (2026). Оптимізація параметрів електроприводу нахилу кузова швидкісного електропоїзду. Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Проблеми удосконалювання електричних машин I апаратiв. Теорiя I практика, (1 (15), 115–124. https://doi.org/10.20998/2079-3944.2026.1.19

Номер

№ 1 (15) (2026): Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Проблеми удосконалювання електричних машин і апаратів. Теорія і практика

Розділ

Електричний транспорт

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Колодій І.М., Якунін Д.І.

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.

2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.

3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.