CC BY
79Б01 10.52170/1815-9262_2021_56_46 УДК 656.21
Ю. В. Маслюкова, С. В. Карасев
Анализ условий использования точечных вагонных замедлителей
на горках большой мощности
Поступила 17.03.2020
Рецензирование 20.04.2020 Принята к печати 13.01.2021
Основными задачами сортировочной станции являются переработка вагонопотока и формирование поездов с минимальными значениями времени нахождения вагонов на станции и экономических затрат на переработку. Для решения данных задач технологический процесс сортировки вагонов постоянно совершенствуется и автоматизируется. Одним из вариантов такого развития выступает автоматизация процесса расформирования на основе использования точечных вагонных замедлителей вместо балочных, которые устанавливаются на тормозных позициях спускной части горки, а также на сортировочных путях железнодорожных станций.
В статье предлагается метод анализа и оценки целесообразности установки точечных вагонных замедлителей на примере сортировочных горок. В основу метода закладывается сравнение фактической скорости скатывания отцепов с допустимой скоростью входа на точечные замедлители. Рассматривается возможная установка точечных вагонных замедлителей на второй и парковой тормозных позициях сортировочной горки.
Основным методом исследования стало имитационное моделирование скатывания отцепов с использованием программного комплекса «СПУСК-2», обеспечивающего определение фазовых траекторий скорости и времени скатывания отцепов.
Произведено несколько проверок по изменению скорости движения отцепов, скатывающихся с сортировочной горки, в различных комбинациях. По результатам проверки сделаны выводы о нецелесообразности установки точечных вагонных замедлителей на спускной части сортировочных горок большой мощности в качестве самостоятельных средств регулирования скорости движения отцепов из-за несоблюдения допустимой скорости входа отцепов, что связано с особенностями конструктивных параметров (высоты и продольного профиля) спускной части таких сортировочных горок. Следующим этапом исследования станет рассмотрение горок средней и малой мощности существующих железнодорожных станций и анализ возможных вариантов их переустройства с использованием точечных вагонных замедлителей вместо балочных.
Ключевые слова: сортировочная горка, точечные вагонные замедлители, тормозная позиция, роспуск состава.
Большинство сортировочных горок России оборудованы балочными вагонными замедлителями, которые отвечают за торможение вагонов при роспуске с горки. Использование таких замедлителей имеет ряд объективных недостатков, в частности погрешность реализации тормозного воздействия, отсутствие возможности регулирования скорости на всем маршруте скатывания отцепов. По этим и ряду других причин имеют место повреждения вагонов при соударении из-за превышения скорости движения, а также появление «окон» на сортировочных путях [1]. Балочные вагонные замедлители устанавливаются на нескольких тормозных позициях (ТП). В зависимости от мощности сортировочной горки число позиций варьируется от одной до четырех. На горках малой мощности находится одна тормозная позиция на спускной части и одна в парке либо только одна
парковая. На горках средней, большой и повышенной мощности на спускной части, как правило, устанавливаются две тормозные позиции; в подгорочном парке, в зависимости от профиля путей и местных условий, - от одной до двух [2]. Назначение первой тормозной позиции - интервальное торможение, второй - ин-тервально-прицельное, парковой тормозной позиции - прицельное.
Целью исследования является анализ возможности использования точечных вагонных замедлителей (ТВЗ) на горках различной мощности и в зоне размещения разных тормозных позиций. Опыт использования этих устройств за рубежом, в таких странах, как КНР, США, ЮАР, Германия и Польша, указывает на то, что они позволяют устранить недостатки, свойственные балочным замедлителям, и повысить эффективность работы станции [3-5]. В России ТВЗ оборудованы станции Забай-
кальск и Лужская. Анализ их работы показал, что было достигнуто снижение потерь от повреждения вагонов и грузов в процессе расформирования, снижение эксплуатационных расходов по простою вагонов в ожидании расформирования, высокая степень заполнения сортировочных путей [6]. Общий вид установки ТВЗ на сортировочном пути представлен на рис. 1.
Рис. 1. Установка домкратовидных замедлителей на железнодорожном пути
Технические характеристики наиболее распространенных на железных дорогах зарубежных стран типов точечных замедлителей представлены в табл. 1 [7, 8].
Точечные замедлители практически не имеют технических ограничений по месту установки, могут использоваться как на спускной части сортировочной горки, так и на сортировочных путях, в том числе в пределах стрелочных переводов. При размещении ТВЗ на спускной части сортировочной горки в качестве самостоятельного средства регулирования скоростей
отцепов они, очевидно, должны будут участвовать в интервальном регулировании скоростей движения отцепов. Рассматривая горки повышенной, большой и средней мощности, с учетом большой высоты горок и значительных уклонов первых скоростных элементов, можно предположить, что использование ТВЗ на месте размещения первой тормозной позиции будет неоправданным. Причина заключается в высоких скоростях движения отцепов на скоростных элементах, а также в их заведомо меньшей допустимой скорости входа на точечные замедлители. Далее рассматривается возможность использования ТВЗ на второй и третьей тормозных позициях.
Регулирование скорости балочными замедлителями происходит за счет воздействия тормозных шин на боковую поверхность колес. Минусом подобного способа торможения является зависимость коэффициента трения от состояния боковой поверхности колес, вследствие чего могут возникать погрешности реализации тормозной мощности.
ТВЗ взаимодействуют с поверхностью катания или гребнем колеса, при этом торможение вагона зависит только от его скорости, состояние поверхности колес значения не имеет [9]. Устройства бывают управляемыми и самонастраивающимися (автономными), принцип работы последних заключается в режиме «самонастройки». Устанавливается допустимая максимальная скорость для прохождения вагоном данного участка пути. Вагоны, которые последуют со скоростью выше установленной, будут тормозить за счет воздействия поршня замедлителя (скорость срабатывания зависит от конструкции и настройки ТВЗ). Вагоны, движущиеся со скоростью ниже установленной, пропускаются практически без торможения, что приводит к выравниванию скорости всех отцепов, исключению соударения вагонов со скоростью выше допустимой и качественному заполнению пути без образования «окон» [10, 11].
Таблица 1
Технические характеристики точечных вагонных замедлителей
Тип замедлителя Работа торможения, Дж Допустимая скорость входа, м/с Диапазон рабочих температур, ^
TDJ-302 932 5,00 от -50 до +50
TDJ-402 1 200-1 600 4,16 от -40 до +150
New Joule (J-4000M) 1 150 3,33 от -50 до +50
Даути 1 200-1 600 5,00 от -40 до +150
В данной статье рассматриваются горки большой мощности, оценивается возможность использования ТВЗ на спускной части горок по условию допустимой скорости входа на них вагонов. Следует отметить, что при торможении длинных отцепов также может иметь место проблема перегрева ТВЗ из-за разогрева рабочей жидкости. В настоящей работе этот вопрос не изучается, основное внимание уделяется динамике движения отцепов при скатывании.
Для обоснования установки ТВЗ на спускной части сортировочной горки предлагается решить следующие задачи:
1) сформулировать условия, при которых возможна установка ТВЗ;
2) разработать алгоритм проверки возможности их установки.
Рассматривается вероятность использования ТВЗ на горках, спроектированных по традиционным правилам и нормам, конструкция которых предполагает использование балочных вагонных замедлителей. Так как профиль влияет на динамику скатывания, допустимость использования ТВЗ будет проверяться сравнением фактической скорости скатывания по такому профилю с допустимой скоростью входа на ТВЗ [12]. Поскольку скорость движения отцепа по спускной части горки большой и повышенной мощности с высокой вероятностью будет больше допустимой, возможно комбинированное использование балочных замедлителей и ТВЗ. Например, замена второй тормозной позиции на ТВЗ. В связи с этим рассматривается изменение скорости бегунов с учетом предусмотренных нормами режимов работы тормозных позиций [13, 14].
Алгоритм выполняемых исследований представлен в виде блок-схемы (рис. 2).
Максимально допустимые скорости входа на балочные вагонные замедлители гораздо выше, чем на точечные (табл. 2). Следова-
тельно, необходимо проанализировать, как достичь снижения скорости отцепов при использовании ТВЗ и как это снижение отразится на показателях работы сортировочной горки.
Для имитации процесса скатывания отцепов применялась программа «СПУСК-2». В качестве объектов исследования выступали две горки большой мощности с количеством путей в сортировочном парке, равным 32, на спускной части использовались замедлители ВЗПГ-5, КНП-5.
Рассматривалось скатывание: бегуна массой 100 т, очень плохого бегуна массой 22 т (ОП), сочетание трех отцепов - двух очень плохих бегунов и одного очень хорошего массой 85 т (ОП - ОХ-85 - ОП). Скорость роспуска рассматривалась в диапазоне от 1,7 до 2,5 м/с [15-17].
Первоначально было исследовано свободное скатывание одиночных бегунов (ОП) по трудному пути для определения скоростей по всему пути следования и проверки докатывания вагонов до расчетной точки. Результаты моделирования приведены в табл. 3.
По данным табл. 3 можно сделать вывод, что все скорости входа на замедлители соответствуют нормативным, ОП докатывается до расчетной точки и имеет допустимую скорость. Аналогичная проверка была выполнена для скатывания ОХ-100 по легкому пути, полученные значения указаны в табл. 4.
Данные табл. 4 свидетельствуют, что 0Х-100 без торможения докатывается до расчетной точки, но при этом в каждом из вариантов в половине случаев присутствует превышение максимально допустимых скоростей при входе на тормозные позиции и в расчетной точке. Но так как вагоны не подвергались торможению, скорости входа зависели исключительно от динамики движения отцепов и места расположения тормозных позиций.
Таблица 2
Техническая характеристика балочных вагонных замедлителей
Расчетная погашаемая энергети-
Тип замедлителя ческая высота отцепов, в метрах энергетической высоты Допустимая скорость входа вагонов, м/с
КВ-3 1,0 7,0
КНП-5 1,2 7,0
ВЗПГ-З 1,0 8,0
ВЗПГ-5 1,3 8,0
КЗ-З 1,0 8,0
КЗ-5 1,4 8,0
Рис. 2. Алгоритм анализа возможности установки ТВЗ на тормозных позициях сортировочной горки
Таблица 3
Скорости движения бегунов ОП по трудному пути без торможения
Используемый Заданная скорость Скорость входа на тормозную позицию, м/с Скорость в рас-
замедлитель роспуска, м/с ТП1 ТП2 ТП3 четной точке, м/с
1,7 5,58 5,99 4,38 3,68
ВЗПГ-5 2,0 5,66 6,07 4,45 3,75
2,5 5,83 6,21 4,58 3,90
1,7 5, 99 6,60 4,74 4,06
КНП-5 2,0 6,07 6,66 4,80 4,13
2,5 6,23 6,79 4,93 4,27
Таблица 4 Скорости движения бегунов ОХ-100 по легкому пути без торможения
Используемый Заданная скорость Скорость входа на тормозную позицию, м/с Скорость в рас-
замедлитель роспуска, м/с ТП1 ТП2 ТП3 четной точке, м/с
1,7 6,31 7,40 7,89 7,94
ВЗПГ-5 2,0 6,39 7,47 7,95 8,00
2,5 6,55 7,60 8,08 8,12
1,7 6,67 7,94 8,43 8,48
КНП-5 2,0 6,75 8,00 8,49 8,54
2,5 6,90 8,13 8,61 8,66
Кроме того, была произведена проверка мощности тормозных позиций на спускной части при скатывании 0Х-100. Для этого на первой тормозной позиции принят коэффициент использования мощности 0,5, а на второй тормозной позиции - 1. При этих условиях 0Х-100 должен остановиться до выхода со второй тормозной позиции и все скорости входа должны соответствовать нормативным. Условие выполнено, мощность тормозных позиций на спускной части горки достаточная, скорости входа на замедлители при торможении допустимые.
Далее были подобраны значения коэффициентов использования мощности замедлителей на первой и второй тормозных позициях, при которых отцеп 0Х-100 тормозится таким образом, что на выходе со второй тормозной позиции имеет минимальную скорость, с которой далее проследует до третьей тормозной позиции. В этом заключается проверка возможности установки ТВЗ на парковой тормозной позиции по условию соблюдения скорости входа на них вагонов. Графики скорости движения отцепа представлены на рис. 3 и 4. Полученные результаты отражены в табл. 5. Они свидетельствуют о возможности замены балочных замедлителей на третьей тормозной позиции на ТВЗ, так как скорость входа соответствует допустимой для точечных вагонных замедлителей (см. табл. 1).
Следующая проверка заключается в обеспечении допустимых интервалов между ска-
тываемыми вагонами. Для этого выбран один из самых сложных для интервального торможения вариантов ОП - ОХ-85 - ОП, моделируется скатывание по трудному пути. В данной проверке нужно обеспечить прохождение всех вагонов до расчетной точки с допустимой скоростью при соблюдении интервалов между скатываемыми вагонами и при обеспечении нормативных значений ДИФов (разность времени проследования двумя различными бегунами расстояния между двумя фиксированными точками).
Были построены графики скоростей и времени скатывания трех одновагонных отцепов в расчетном сочетании ОП - ОХ-85 - ОП при торможении на каждой тормозной позиции (рис. 5). Полученные данные при скорости надвига 1,7 м/с показаны в табл. 6.
По данным табл. 6 можно сделать вывод, что значения скорости входа на парковую тормозную позицию близки к допустимым, но все-таки превышают нормативные значения: у замедлителей TDJ-401 и New Joule (J-4000M) максимальная скорость входа 4,16 и 3,33 м/с соответственно. Следовательно, ни на одной тормозной позиции ни в одном из вариантов нельзя заменить действующие на данный момент замедлители на точечные. Для того чтобы осуществить переустройство, требуется снизить скорость надвига отцепов.
Рис. 3. Скорость скатывания отцепа ОХ-100 по легкому пути, проверка возможности установки ТВЗ на парковой ТП
при балочных замедлителях ВЗПГ-5 на спускной части
Рис. 4. Скорость скатывания отцепа ОХ-100 по легкому пути, проверка возможности установки ТВЗ на парковую ТП
при балочных замедлителях КНП-5 на спускной части
а)
Т,с А
б)
V. ы/с Л
"1 I I I 20 40 60
. "1 I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I Г
80 100 120 110 160 160 200 220 240 260 260 300 320 340 360 330 400 420 440 4Б0
I и
ь
I
с
& I
Рис. 5. Время (а) и скорость (б) скатывания расчетного сочетания отцепов ОП - ОХ-85 - ОП по легкому пути, проверка режима интервального торможения
и возможности установки ТВЗ на парковой ТП при балочных замедлителях ВЗПГ-5 на спускной части
СП
со
с<
§ §
О! ^
о- 3 £ ?
о -01
0 00
1 ?
О "О
о 0:
3 й з сь с ю
V»шаа» н» 1 ТП - 9.23 И/С V 1ХЩ» -а I ТП ■ 1.ЭМ и'
V чвдл п гТП- 5,82« мГс
V »ХМЛ >4 ГВрв»>в ТП - *.УГ нЛ
скорость движения бегуна ОП
и—г 480
свдростьдвнжения бегуна ОК-85
Таблица 5
Скорости движения бегуна ОХ-100 по легкому пути с торможением на первой и второй
тормозных позициях
Используемый замедлитель Заданная скорость роспуска, м/с Мощность тормозной позиции Скорость выхода с ТП2, м/с Скорость входа на ТП3, м/с
ТП1 ТП2
ВЗПГ-5 1,7 0,35 0,59 0,19 1,90
2,0 0,37 0,59 0,30 1,92
2,5 0,40 0,595 0,21 1,91
КНП-5 1,7 0,45 0,67 0,60 1,94
2,0 0,46 0,68 0,47 1,89
2,5 0,47 0,71 0,56 1,91
Таблица 6
Скорости движения расчетного сочетания отцепов ОП - ОХ-85 - ОП по легкому пути с торможением на первой и второй тормозных позициях при скорости роспуска 1,7 м/с
Используемый замедлитель Расчетный бегун Скорость входа на тормозную позицию, м/с
ТП1 ТП2 ТП3
ВЗПГ-5 ОХ-85 6,23 5,63 4,97
ОП 5,55 5,96 4,38
КНП-5 ОХ-85 6,61 6,43 5,46
ОП 5,98 6,58 4,64
Таблица 7
Скорости движения расчетного сочетания отцепов ОП - ОХ-85 - ОП по легкому пути горок большой мощности с торможением на первой и второй тормозной позиции при скорости роспуска 1,4 м/с
Используемый замедлитель Расчетный бегун Скорость входа на тормозную позицию, м/с
ТП1 ТП2 ТП3
ВЗПГ-5 ОХ-85 6,17 5,56 4,90
ОП 5,49 5,90 4,20
КНП-5 ОХ-85 6,54 6,34 5,14
ОП 5,91 6,51 4,57
Далее было исследовано скатывание отцепов с пониженной скоростью роспуска 1,4 м/с и произведен анализ скорости входа и возможности постановки ТВЗ на вторую и третью тормозные позиции, результаты представлены в табл. 7.
Из данных табл. 7 следует, что снижение скорости роспуска даже до 1,4 м/с на горках большой мощности недостаточно для установки ТВЗ на парковой тормозной позиции, поскольку скорость входа на ТВЗ превышает предельно допустимые значения.
Дальнейшее снижение скорости роспуска нецелесообразно, так как приведет к существенным потерям перерабатывающей способности горки.
На основании полученных данных можно сделать вывод, что на горках большой мощности использование ТВЗ на спускной части не-
целесообразно, поскольку это приведет либо к существенному снижению скорости роспуска (фактически до уровня горок малой мощности), либо к превышению допустимой скорости входа на точечные замедлители и нарушению условия «живучести» системы торможения. Заменять балочные вагонные замедлители на парковой тормозной позиции на ТВЗ также нецелесообразно из-за потребности существенного снижения скорости роспуска.
Предметом дальнейшего исследования должна стать оценка возможности и условий оборудования ТВЗ горок средней и малой мощности с учетом конструктивных (высота, продольный профиль спускной части горки) и технологических (скорость роспуска, интервалы на разделительных элементах, режимы регулирования скорости) факторов.
Библиографический список
1. Кобзев В. А. Развитие технических средств механизации сортировочных горок // Автоматика, связь, информатика. 2011. № 2. С. 13-14.
2. Правила и нормы проектирования сортировочных устройств на железных дорогах колеи 1520 мм : утв. МПС РФ 10.10.2003. М., 2003. 168 с.
3. Кобзев В. А. О возможности применения точечных замедлителей на сортировочных горках // Автоматика, связь, информатика. 2006. № 6. С. 25-26.
4. Чернецкая-Белецкая Н. Б., Неменущий А. И., Бутым М. Н. Совершенствование работы сортировочных станций путем внедрения модернизированных точечных вагонных замедлителей // 1нновацшш технологи на залiзничному транспорта 2012. 13-15 вересня. С. 95-98.
5. Wang Xiao-min. The development and expectation of retarder speed control equipment of our country // Retarders & Speed Control Technology. 2011. № 1. С. 15-19.
6. Карасе в С. В. Анализ результатов комплексной оценки перспективы использования домкратовид-ных замедлителей производства КНР в сортировочном парке «С» станции Забайкальск // Совершенствование эксплуатационной работы железных дорог. 2004. С. 115-122.
7. Точечные замедлители New Joule // Технопрог : сайт. URL: http://www.tehnoprog.ru/products/tochech-nye-zamedliteli-new-joule/ (дата обращения: 15.09.2020).
8. Shandong China Coal Import & Export Co., Ltd. URL: http://www.railroadmachinery.com/newinfo1083 (дата обращения: 10.07.2020).
9. Маслюкова Ю. В., Карасев С. В. Оценка технических и технологических особенностей использования домкратовидных устройств для закрепления подвижного состава на станционных путях общей сети ОАО «РЖД» // Транспортная инфраструктура Сибирского региона. 2017. Т. 1. С. 180-184.
10. Ахметзянов Г. Г., Лежнев И. И., Поляков В. В. Повышение эффективности работы сортировочной горки // Инновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на транспорте : материалы науч. конф. Омск, 2018. С. 198-203.
11. Кобзев В. А. Энергонезависимый вагонный замедлитель для горок малой мощности // Автоматика, связь, информатика. 2006. № 4. С. 8-10.
12. Бобровский В. И. Анализ влияния параметров продольного профиля сортировочной горки на динамику скатывания отцепов // Транспортш системи та технологи перевезень. Днепропетровск : ДНУЖТ, 2012. С. 10-14.
13. Назаров А. А. Анализ способов снижения скорости отцепа в начале сортировочных путей при оборудовании их системами распределенного регулирования скорости // Транспортные системы и технологии перевозки. 2012. С. 81-84.
14. Омаров К. А., Куатов Б. Ж. Перспективы развития сортировочных путей // Вестник Казахской академии транспорта и коммуникации им. М. Тынышпаева. 2010. № 3. С. 27-30.
15. Карасев С. В., Сивицкий Д. А. Обоснование рациональных конструктивных и технологических параметров вариантов организации многогруппной сортировки на основе имитационного моделирования // Вестник ВНИИЖТ. 2017. Т. 76, № 2. С. 94-100.
16. Климов А. А., Гунбин А. А. Моделирование процесса скатывания отцепов из нескольких вагонов с сортировочной горки при роспуске // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2011. № 2. С. 88-91.
17. Осипов Д. В., Климов А. А. Особенности расчета удельных сил сопротивления движению отцепа при имитационном моделировании процесса расформирования составов // Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании. 2010. Т. 1. С. 69-75.
Y. V. Maslyukova, S. V. Karasev
Analysis of Conditions for Use of Point Car Retarders on High and High Power Hump Yard
Abstract. The main tasks of the sorting station are processing the car traffic and forming trains with minimal values of time of cars stay on the station and the economic costs of processing. To achieve this task, the process of sorting cars is constantly being improved and automated. A variant of this development is to automate the process of dissolution based on the use of point of wagon retarders is beam mounted on the brake positions of the hump yard and on the sorting track of the station.
The article proposes a method of analyzing and assessing the feasibility of installing point car retarders on sorting slides, on the example of high-power mountains. The proposed research method is based on a comparison of the actual speed of rolling off the detachments with the permissible speed of entry to the point retarders. The
study considered the possible installation of point car retarders on the second and Park braking positions of the hump yard.
The main method of research was the simulation of rolling off the hooks using the software package SPUSK-2, which provides the definition of trajectories and speed of rolling off the hump yard.
Several checks were made to change the speed of the unhooks in various combinations rolled down the hump yard. Based on the results of the inspection, conclusions were obtained about the inexpediency of installing point car retarders on high-capacity sorting hump yard, due to non-compliance with the standard speed of entering the detachments to the considered brake positions, proposed for conversion by point car retarders. The next stage of the study will be the consideration of medium-and low-capacity hump yard of existing railway stations, and the analysis of possible options for their reconstruction using point car retarders instead of beam ones.
Key words: sorting hump yard; point car retarders; braking position; dissolution of the train.
Маслюкова Юлия Витальевна - аспирант кафедры «Железнодорожные станции и узлы» Сибирского государственного университета путей сообщения. E-mail: [email protected]
Карасев Сергей Владимирович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Железнодорожные станции и узлы» Сибирского государственного университета путей сообщения. E-mail: [email protected]
