CC BY
43
УДК 656.212
ПОХИЛКО С. П., к.т.н., доцент (Донецкий институт железнодорожного транспорта) ПАНЧЕНКО Ю.Ю., старший преподаватель (Донецкий институт железнодорожного
транспорта)
Имитационное моделирование динамики скатывания плохого бегуна в программе SMath Studio
Pokhilko S. P., assistant professor (DIRT) Panchenko Y.Y., Senior Lecturer (DIRT)
Simulation modeling of dynamics rolling of bad runners in the program SMath Studio
Введение
Важная роль в переработке вагонопотоков принадлежит
сортировочным станциям. Качественная работа которых зависит от конструкции технических элементов станции, плана, профиля и путевого развития. В зависимости от условий работы и объемов вагонопотоков на станциях в качестве сортировочных устройств используются горки, полугорки и профилированные вытяжные пути. Сортировочная горка является основным звеном в работе сортировочной станции, которая как раз и определяет перерабатывающую
способность последней. В настоящее время горочная технология не обеспечивает в достаточной мере необходимый уровень качественного сортировочного процесса, в связи с отсутствием информации о многих параметрах процесса расформирования, а так же за счет изношенности технических средств. Системный подход в решении вопросов по оптимизации конструктивных параметров сортировочной горки и технологии ее работы является наиболее целесообразным в условиях случайного характера параметров подвижного состава и метеорологических условий и представляет собой актуальную научно-прикладную задачу.
Анализ исследований и публикаций
Конструкция и техническое оснащение проектируемых или
реконструируемых сортировочных горок (план, профиль и высота горки, технические средства механизации и автоматизации) должны обеспечивать непрерывное, бесперебойное и безопасное расформирование составов при соблюдении всех технических и технологических требований [1, 2, 3].
Весомый вклад в создание технологии процессов расформирования -
формирования поездов, методов расчета, оценки и оптимизации параметров сортировочных горок, совершенствование горочных устройств и систем автоматизации внесли известные ученые и специалисты И.В. Берестов, С.А. Бессоненко, В.И. Бобровский, М.П. Божко, В.Я. Болотный, Т.В. Бутько, Н.И. Данько, М.Г. Дашков, А.М. Долаберидзе, А.М. Дудниченко, И.В. Жуковицкий, Г.И. Загарий, В.М. Иванченко, О.М. Лебединська, В.А. Кобзев, Ю.А. Кравцов, М.Н. Луговцов, Ю.А. Муха, Е.В. Нагорный, В.Я. Негрей, В.Д. Никитин, НА. Никифоров, В.М. Образцов, А.Н. Огарь, В.Е. Павлов, А.С. Писанко, Н.В. Правдин, В.М. Рудановский, А.Г. Савицкий, И.Е. Савченко, Е.А. Сотников, И.И. Страковский, Л.Б. Тишков, М.М. Уздин, М.1. Федотов, А.Н. Шабельников, Е.М.
Шафит, В.П. Шейкин, В.И. Шелухин, А.П. Шипулин и другие.
Анализ известных теоретических подходов к эксплуатации и расчета параметров сортировочных горок показал, что не в полной мере решены проблемы качественного регулирования скорости скатывания отцепов и выбора рациональной конструкции продольного профиля [4].
В работе [5] автор приходит к выводу, что в настоящее время отсутствует методология расширения функциональных возможностей существующего комплекса автоматизации горок за счет создания нового поколения подсистемы задания переменных скоростей роспуска составов, подсистемы мониторинга задач
формирования описателей отцепов, накопления вагонов, прогнозирования опасных ситуаций и др. Лященко А.М. были изложены результаты адаптации известного логико-алгоритмического
подхода, используемого при построении моделей скатывания отцепов для идентификации и интервалов между смежными отцепами.
В работе [6] авторами была представлена усовершенствованная модель процесса скатывания отцепа с сортировочной горки. Данная модель реализована в программе, которая предоставляет возможность выбора различных способов моделирования торможения: равномерное торможение во всей зоне действия тормозной позиции или торможение полной мощностью
замедлителя на некоторой ступени в пределах регулируемой зоны торможения.
Цель работы
Основной целью данной работы является: имитационное моделирование динамики скатывания вагонов с использованием вычислительной техники в бесплатной (Freeware) программе SMath Studio.
Основная часть
В программе SMath Studio проведем расчет параметров скатывания очень плохого бегуна в неблагоприятных зимних условиях на наиболее трудный по сопротивлению путь. Порядок расчета представляет собой поэлементное определение скорости бегуна. Сначала в первом приближении - учитываются потери энергетической высоты от основного удельного сопротивления и сопротивления от снега и инея. Далее выполняется окончательный расчет скорости и времени скатывания с учетом дополнительных сопротивлений воздушной среды и ветра, стрелок и кривых, зависящих от средней скорости движения бегуна на данном элементе, определенной после первого приближения.
Первым этапом является ввод исходных данных и определение потерянных энергетических высот от основного сопротивления (Wo), от дополнительного удельного сопротивления от снега и инея ( Wsn ), от торможения на тормозных позициях (ht), их сумма, затем рассчитывается профильная высота каждого элемента (hpr). Интерфейс программы SMath Studio с примером ввода исходных данных приведен на рисунке 1.
В программу вводятся: число осей (n ), вес бегуна (q ), ускорение свободного падения ( g ), количество элементов ( N ), длины элементов ( l ), уклоны ( is ), сумма градусов круговых и стрелочных кривых на элементах (а), число стрелок (nstr), скорость ветра ( Vv ), начальная скорость роспуска ( Vo ) температура окружающей среды ( t ), площадь поперечного сечения вагона ( S ), коэффициент воздушного сопротивления ( Cx ).
Потерянная энергетическая высота от основного сопротивления ( hwo ) вычисляется для каждого элемента по формуле [1]
hwoj= Wo • lj -10"3, (1)
Потерянная энергетическая высота от дополнительного удельного сопротивления от снега и инея ( hwsn) учитывается, только начиная с элемента, являющегося началом стрелочной зоны ( Nsz) [1]
hwsnj = wsn• ^ • 103, (2)
энергетическая высота от основного удельного сопротивления, снега и инея, от торможения ( [1]
= hwoJ + hwsnJ + ^^, (3)
Определяется
потерянная
<S SMarth Studio - [Лист1 .sm*]
[=1 Файл Правка Вид Вставка Вычисление Сераис Листы Помощь
i jiaöi. ю - д ф □ ■■• ? ¿f в г i! s i
□ X _ в X
П != 4 д:= 2 2 д:= 9, LI Wo := 4 , 5 ían := 0 , 2 2 Tvb 4, a := 12
t :=- 12 3 := е, 5 Сх =1,552 Vt 3!= 1, 7 Ka z := 13 N:= 2 3 i := 1 . И
да : g В , 46 Ve Tf , Ш В■S■Cü = 0 041
1 —~~—~~—~~ tu 2 ■ c да к. (27 3 + t)- q
Я.
1 2 = ,ЗЕ 44 79 0 0
2 1 3 г 4 В 2 3 0 0
3 1 3,44 2 3 0 0
4 1 3 г 4 В 2 3 o, ai 0
5 2 г 43 0,16 0
6 2 2,71 7 , 17 1
7 2 , 52 0 0
В 1 , 21 7 4, 73 1
9 9 , 32 7 2,96 0
10 2 2,71 7 6,4 9 1
11 1 Î, 87 7 0,61 0
i = 12 1 ■■= 1 3,4В i a := 7 CL := 0,61 nstr := 0 It:
13 1 3,44 7 0 0
14 1 3,4В 7 0 0
13 5 , 42 2 5 0, 65 0
16 1 , 22 2 5 5 , 38 1
17 2 3,9В 2 5 3, a 0
la 2 , 72 2 5 9,4 6 2
19 2 , 63 2 5 6, as 0
20 3 а, 42 1 5 17, 86 0
21 1 , 75 1 5 0 0
22 2 5 0 6 0 0
23 23 0 6 0 0
Т±\
Арнфмет 1ка □
TL i ± ■f.—
7 8 9 + (■) i-i
4 i 6 - vi •л
1 2 3 X
0 i / =
^Матрицы □
Ci hl ■т M П.." ixî
T ■..■ .... ■a ■««
Булева □
= < > < >
Л V e
Фу НКПНН □
log sign sin cos E
In arg tg ctg d "ЭТ ï-
exp {i
График Ш
II рог pa м м нровзЕгне □
if for try lue
while continue break
Символы Ca- Ol Ш
Символы (A-iï) Ш
Рис. 1 - Пример ввода исходных данных для расчета в программе SMath Studio
Профильная высота ]-того элемента
hprj = lj • isj •Юг3, (4)
Сумма всех значений профильной высоты должна соответствовать принятой к проектированию высоте горки [1]
N
^г = Х hprj, (5)
j=l
Затем рассчитывается сумма профильной высоты данного элемента и
начальной высоты, которую бегун имеет на входе на данный элемент ( hpn ), т.е. сумма профильной высоты (hpr) данного элемента и конечной энергетической высоты бегуна предыдущего элемента во втором приближении ( hk2) [1]
hpnJ = hprJ + hk2J_1, (6)
Для первого элемента высоту hpn
принимаем равной высоте,
соответствующей скорости роспуска составов [3]
hpn1 = hpr1 + ho.
Конечная энергетическая высота для данного элемента в первом приближении (Ьк1) без учета сопротивлений стрелок и кривых, а также воздушной среды и ветра, которая зависит от скорости движения бегуна по данному элементу, т.е. разность Ьрп -ЕЬш данного элемента [3]
(7) уг/ = УБГ1/ + УУ2 + УБГ^ • УУ • еоБр (11)
. УУ • Бт В а = агсБт--(12)
Уг
Если угол р< 30°, то угол а = 0,5 •р. а скорость[1]
У^ = УБГ1 + УУ
(13)
Ьк^ = Ирп - 2hwJ.
(7)
Затем рассчитывается значение конечной скорости бегуна ( Ук1) на выходе с данного элемента в первом приближении
Ук^ =^/2^^^,
(8)
Ук1 -Ук2, , УБГЬ = - J-1
2
17,8 • 8 • Сх
^у, = ( \
' (273 +1)
• Я
Ур = К • Уг2
(10)
Угол а принимается постоянным на всем маршруте скатывания. При этом предварительно вычисляется К (по формуле 10) и полученное значение используется в дальнейших расчетах.
Значение потерянной энергетической высоты от сопротивления воздушной среды и ветра ( hwsv) рассчитывается по формуле
Средняя скорость движения на элементе ( убг1) определяется как среднее арифметическое Ук1 данного элемента и Ук2 предыдущего элемента (для первого элемента принимается Ук2 = У° )
hwsvj = Wsy • 1 • 10
(14)
Потерянная энергетическая высота от сопротивления стрелок и кривых (hwsk) рассчитывается по формуле
(9) hwsk = Vsrlj2 (0.56 • + 0.23 •а^Ш-3 (15)
Далее находится удельное
сопротивление (Wsv) и потерянные высоты от воздушной среды и ветра (hwsv), стрелок и кривых (hwsk), конечная высота ( Ьк2) и конечная скорость ( Ук2 ) для данного элемента во втором приближении с учетом указанных сопротивлений.
Дополнительное сопротивление от воздушной среды и ветра (Wsv), определяется по формуле [3]
Затем определяется конечная энергетическая высота (Ьк2) бегуна на данном элементе во втором приближении
Ьк^ = Ьк^ - hwsyJ - hwskJ (16)
Конечная скорость (Ук2) бегуна на выходе с данного элемента во втором приближении [1]
Ук2, =
(17)
Если угол р > 30°, то результирующая скорость (Уг) бегуна Vsrl и ветра Уу и величина результирующего угла а для выбора коэффициента Сх вычисляются по формулам [1]
Это же значение (Ук2) будет являться начальной скоростью для следующего элемента.
Если в процессе расчетов окажется, что в расчетной точке (последний расчетный элемент) конечная высота и скорость близки к нулю, то высота горки запроектирована достаточной для докатывания расчетного бегуна до
3
расчетной точки.
Затем в программе вычисляется время скатывания бегуна.
Сначала определяется средняя скорость движения на данном элементе (Vsr), как среднее значение между конечной скоростью Ук2 на данном элементе и начальной скоростью (она же -конечная скорость на предыдущем элементе) [3]
VsrJ =
Ук^ + Ук2н 2
(18)
элементу (1) составит [ 1]
=— , У8Г
На последнем шаге определяется суммарное время скатывания бегуна от вершины горки до конца данного элемента
а.
Фрагмент программы приведен на рисунке 2.
Время скатывания бегуна по данному а)
б)
Рис. 2 - Фрагмент программы для первого (а) и последующих (б) элементов
1
По результатам расчетов можно определить время занятия каждого разделительного элемента: участка первой разделительной стрелки, стрелочных переводов, вагонных замедлителей.
По окончании технологических расчетов полученные результаты отображаются в виде кривой энергетических высот, кривой скорости и времени скатывания бегуна (рис. 3).
Рис. 3 - Кривая энергетических высот, кривая скорости и времени скатывания бегуна
Вывод
Полученный программный продукт позволяет определять следующие параметры: скорость движения и время занятия расчетных элементов плохим бегуном; проверку условия докатывания плохого бегуна в зимних неблагоприятных условиях по наиболее трудному по сопротивлению пути до расчетной точки; конечную энергетическую высоту бегуна на расчетном элементе.
В дальнейшее планируется реализовать в данной программе решение следующих задач: выбор оптимального режима торможения; определение оптимальных конструктивных параметров сортировочной горки.
Список литературы:
1. Правила и нормы проектирования сортировочных устройств на железных дорогах колеи 1520 мм. - Москва: Техинформ, 2003. - 169 с.
2. Правила и нормы проектирования сортировочных устройств на железных дорогах СССР // ВСН 207-89/ МПС. - М.: Транспорт, 1992. - 104 с.
3. Пособие по применению правил и норм проектирования сортировочных
устройств / Муха Ю.А., Тишков Л.Б., Шейкин В.П. и др. - М.: Транспорт, 1994. -220 с.
4. Огарь, А.Н. Розвиток теорп експлуатаци та методiв розрахунку конструктивно-технолопчних параметрiв сортувальних прок [Текст]: автореф. дис. ... д-ра техн. наук: 05.22.20 / А.Н. Огарь. Харьюв, 2011. - 40 с.
5. Лященко А.М. Интелектуальные модели слабоформализованных динамических процессов в системах горочной автоматизации [Текст] : дис... канд. техн. наук: 05.13.06 / А.М. Лященко; Ростовский государственный университет путей сообщения. - Ростов - на - Дону, 2014. - 150 с.
6. Бобровский В. И., Козаченко Д. Н. Моделирование процесса скатывания отцепов с сортировочной горки / / Збiрник наукових праць ДЕТУТ. - Серiя: Транспорты системи i технологи. - К.: ДЕТУТ. - Вип. 16. - 2010. - С.20 - 29.
7. http://ru.smath.info/.
Аннотации:
В статье проведен анализ методов имитационного моделирования процесса скатывания отцепов с сортировочной горки. Получен программный продукт, позволяющий выполнять моделирование скатывания плохого
бегуна. Сформулированы задачи, которые планируются решать с помощью имитационного моделирования, реализованного в компьютерной программе SMath Studio.
Ключевые слова: имитационное
моделирование, сортировочная горка, тормозная позиция, процесс роспуска, отцеп, удельное сопротивление.
In the article is analysis of methods of simulation modeling of process of the rolling unhook from the hump yard. The software product that allows to simulate rolling a bad runners is received. The tasks that are planned to solve by simulation modelling, implemented in a computer program SMath Studio is formulates.
Keywords: simulation modelling, hump yard, brake boot, dissolution process, unhook, resistance.
УДК 656.2
ДОЦЕНКО Ю.В., к.т.н., доцент (Донецкий институт железнодорожного транспорта) ПЕТРУШИНА А.В., старший преподаватель (Донецкий институт железнодорожного
транспорта)
Варианты усовершенствования перевозок скоропортящихся грузов в условиях нестабильности грузопотока
Dotsenko Y.V., Candidate of Technical Sciences (DIRT) Petryshina A.V., Senior Lecturer (DIRT)
Options for improving the transportation of perishable goods in a cargo instability
Введение
Перевозка скоропортящихся грузов (СПГ) - одно из стратегически значимых звеньев транспортной логистики, которое ставит всех участников перевозки в жесткие рамки соблюдения сроков доставки грузов на всех этапах функционирования непрерывной
холодильной цепи (НХЦ), обеспечения их сохранности и качества. Неопределенность процесса, сложность формирования полноценной групповой или маршрутной отправки, необходимость строгого соблюдения сроков доставки, не превышающих сроки хранения СПГ, усложняют моделирование транспортной системы, работающей с «холодными» грузами. Тем не менее, обеспечение своевременной доставки качественных продуктов питания - необходимое условие социальной стабильности общества.
Анализ исследований и публикаций
Отличительной особенностью
процесса начала НХЦ является то, что зарождение грузопотока СПГ чаще всего не привязано к транспортному узлу, а сам грузопоток на начальном этапе характеризуется мелкопартионностью. Например, авторы [1] приводят следующие данные по фермерским хозяйствам Узбекистана, которые специализируются на производстве плодоовощной продукции: каждое фермерское хозяйство ежегодно выращивает около 30 т свежих фруктов и овощей на экспорт в различные регионы. При этом техническая норма загрузки одного рефрижераторного вагона составляет 40 т. Таким образом, формировать холодные маршруты, или даже отдельные 5-вагонные
рефрижераторные секции в привязке к
