ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗМОЖНОГО ПОЛОЖЕНИЯ ПЕРВОЙ ТОРМОЗНОЙ ПОЗИЦИИ ОТНОСИТЕЛЬНО ВЕРШИНЫ СОРТИРОВОЧНОЙ ГОРКИ С УЧЕТОМ РОСПУСКА МНОГОВАГОННЫХ ОТЦЕПОВ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 656.2

А. А. Гунбин, А. А. Климов

Определение возможного положения первой тормозной позиции относительно вершины сортировочной горки с учетом роспуска многовагонных отцепов

Поступила 27.12.2018

Рецензирование 09.01.2019 Принята к печати 21.01.2019

В статье исследуются варианты расположения первой тормозной позиции на спускной части сортировочных горок. Производится оценка диапазона допустимых значений расстояния от вершины горки до укладки первой тормозной позиции. Анализируются существующие методики определения границ допустимого диапазона участка горочной горловины для размещения первой тормозной позиции. Выполнены расчеты траекторий скатывания многовагонных отцепов по перевальной и спускной частям сортировочной горки. Фазовые траектории скатывания многовагонных отцепов определены с помощью адаптированной для решения данной задачи программы имитационного моделирования «СКАТ-Отцеп». В качестве объекта-аналога рассмотрена реальная сортировочная горка средней мощности. При моделировании учтены технические и технологические ограничения, действующие на современных сортировочных устройствах горочного типа. Установлены общие требования для определения местоположения относительно вершины горки первого разделительного элемента как вагонных замедлителей, так и стрелочных переводов. Определение критического положения тормозной позиции на спускной части сортировочного устройства относительно вершины горки производилось методом последовательного увеличения длины скоростного участка, расположенного перед первой тормозной позицией.

По результатам экспериментов произведена оценка положения тормозной позиции по условию допустимой скорости входа и резерва времени на первом замедлителе. Определены особенности скатывания многовагонных отцепов с неоднородным распределением массы. Результаты экспериментов предлагается использовать при дальнейшем развитии методики расчета сортировочных устройств.

Ключевые слова: сортировочная горка, многовагонные отцепы, имитационное моделирование, спускная часть горки, интервалы между смежными отцепами, первый разделительный элемент.

Сортировочная горка - это сложное техническое устройство, предназначенное для расформирования составов, от работы которого во многом зависит уровень перерабатывающей способности станции. Одной из подсистем сортировочной горки являются тормозные средства, расположенные на спускной части горки, где происходит самостоятельное скатывание отцепов с наибольшими скоростями. От расположения тормозных позиций и их мощности зависит, в частности, ограничение по длине распускаемых отцепов, а значит и время расформирования состава.

В настоящий момент продолжаются исследования по оптимизации параметров продольного профиля горочных горловин и работы тормозных позиций [1, с. 10; 2, с. 103]. Прорабатываются вопросы применения перспективных тормозных средств как на спускной части горки, так и в сортировочном парке (в том числе в качестве средств закрепления [3, с. 180]), отрыва отцепов от надвигаемой части состава на горбе горки [4, с. 99; 5, с. 63] и

оценки качества заполнения путей [6, с. 3]. В указанных работах в основном исследуются одновагонные отцепы, при этом особенности процесса роспуска многовагонных отцепов не рассматриваются.

Методология исследования динамики скатывания отцепов из нескольких вагонов в свое время разрабатывалась А. В. Быкадоровым [7, с. 151], Ю. А. Мухой [8, с. 53]. Современный уровень развития технических средств позволяет более точно определять параметры исследуемого процесса с применением имитационного моделирования на ЭВМ.

Условия и методика определения минимально допустимого положения первой тормозной позиции (1ТП) на спускной части относительно вершины сортировочной горки аналогичны методике определения минимального расстояния между вершиной горки и положением первого стрелочного перевода спускной части горки [9, с. 6]. В данной статье для определения диапазона допустимых значений расстояния от вершины горки до раз-

мещения 1ТП решается задача определения максимально допустимого расстояния от вершины горки до положения первого изостыка 1ТП. В отличие от моделирования прохождения отцепом стрелочного перевода, где удельная работа сил сопротивления движению от стрелок и кривых зависит от параметров этих объектов и скорости скатывания отцепа при проходе отцепов через тормозные позиции, удельная работа сил сопротивления регулируется оператором горочного поста или системами горочной автоматизации.

Задача определения местоположения ПИ относительно вершины горки делится на две подзадачи:

1. Установление параметров технологических ограничений, определяющих зависимость положения тормозной позиции от скорости входа отцепа на замедлитель.

2. Определение эксплуатационных ограничений с учетом величины резерва времени, необходимого на перевод вагонных замедлителей из состояния торможения в состояние готовности к торможению следующего отцепа (согласно нормам, равному 1 с [10, с. 31]).

Численные значения описанных выше ограничений определяются в ходе экспериментов методом имитационного моделирова-

ния процесса роспуска состава с сортировочной горки в программе «СКАТ-Отцеп» [11, с. 89; 12, с. 335] при параллельном смещении 1ТП в сторону сортировочного парка. Иринципиальная схема определения величины резерва времени на первом замедлителе П И с учетом сдвига тормозной позиции приведена на рис. 1.

Иодзадачи выделены в отдельные серии опытов для детального исследования факторов, влияющих на возможность укладки ПИ В первой серии опытов исследовано влияние скорости роспуска на положение 1ТП, а также определена граница области возможной установки 1ТП при ограничении допустимой скорости входа на замедлитель. Во второй серии опытов рассмотрена взаимосвязь положения 1ТП и резерва времени между смежными отцепами. Данные, используемые при моделировании, приведены в табл. 1-3.

Первая серия экспериментов. При моделировании рассматривается момент окончания процесса надвига, отрыв и скатывание отцепов разной конфигурации и длины. В ходе итераций производится последовательное увеличение длины скоростного участка до достижения ограничения скорости входа отцепа на замедлитель 1ТП. Результаты моделирования для отцепов различной конфигурации представлены в табл. 4, на рис. 2.

Рис. 1. Расчетная схема определения резерва времени на 1ТП при смещении разделительного элемента

относительно вершины горки

Таблица 1

Общие данные при имитационном моделировании

Серия экспериментов Станция Объект-аналог Погодные условия Характеристика пути Скорость роспуска, м/с

от до

Первая Н Горка средней мощно* сти Неблагоприятные Трудный 0,8 2,2

Вторая 0,8 8

* Мощность сортировочного устройства определяется согласно [10, с. 13].

Таблица 2

Характеристика распускаемых отцепов

Серия экспериментов Модель вагонов в отцепе Масса очень плохого бегуна (Л) в отцепе, т Масса очень хорошего бегуна (Т) в отцепе, т Количество вагонов первого отцепа, шт. Количество вагонов второго отцепа, шт.

Первая 12-132 22 85 1; 2; 4; 6; 8 1

Вторая

Таблица 3

Характеристика !ТП

Серия экспериментов Тип замедлителя Количество замедлителей, шт. Расстояние от вершины горки, м Допустимая * скорость входа , м/с

Первая КЗПУ 2 12,8 8,5

Вторая 72,8

* Допустимая скорость входа принята для замедлителей нового типа.

Таблица 4

Максимально возможное расстояние от вершины горки до !ТП при ограничении скорости входа на замедлитель 8,5 м/с

Скорость роспуска Ур, м/с Максимальное расстояние 5", м

1Т 2Т 4Т 6Т 8Т 1Л-1Т 2Л-2Т 3Л-3Т 4Л-4Т

0,8 219,84 228,53 246,69 265,01 286,09 231,99 243,74 255,94 268,22

1,0 218,82 227,48 245,64 263,95 284,18 230,88 242,63 254,83 267,11

1,2 217,37 226,18 244,35 262,66 281,9 229,54 241,29 253,50 265,76

1,4 215,84 224,66 242,82 261,13 279,87 227,94 239,69 251,95 264,17

1,7 213,11 221,99 240,09 258,40 276,84 225,09 236,84 249,04 261,32

2,0 209,85 218,82 236,83 255,14 273,59 221,76 233,44 245,64 257,92

2,2 207,10 215,92 234,08 252,39 270,93 218,82 230,57 242,77 255,05

1р. м/с

2,2 ¡2 1,8 1,6 1,4 1,2 1

0,8

72,8

Рис. 2. Максимально возможное расстояние от вершины горки до 1ТП при ограничении скорости входа на замедлитель 8,5 м/с

Выводы:

- при использовании современных типов вагонных замедлителей допустимая скорость входа на тормозную позицию практически не влияет на конструкцию сортировочных горок в части удаления от вершины горки ПИ;

- многовагонный отцеп с груженой частью в голове на скоростных участках до 1ТИ обладает лучшими ходовыми характеристиками, чем отцеп такой же длины другой конфигурации;

- на стрелочной зоне равномерно груженый отцеп развивает большую скорость, чем отцеп с таким же количеством вагонов другой конфигурации.

Вторая серия экспериментов. Ранее установлено [9, с. 11; 13, с. 116], что самые неблагоприятные сочетания возникают при следовании за многовагонным отцепом отцепа, состоящего из одного вагона. Создание временного интервала на разделительном элементе обеспечивается за счет пропуска первого отцепа с плохими ходовыми характеристиками с минимальным торможением, тогда как для последующего отцепа применяется интервальное торможение, исключающее нагон смежных отцепов или за-

Матрица пл

центрение осей автосцепок в стрелочной зоне спускной части горки. Для определения зависимости положения ПИ от резерва времени, возникающего при скатывании смежных отцепов, составлена матрица экспериментов, учитывающая различные сочетания отцепов с разными ходовыми свойствами (табл. 5).

В ходе моделирования при поиске максимально удаленного положения вагонных замедлителей от вершины горки производилось пошаговое увеличение длины скоростного элемента перед ГТИ на 1 м. Иосле определения местоположения замедлителя, при котором резерв времени приближается к нормативному значению (1 с), происходит расчет следующей итерации с увеличенной скоростью роспуска.

Ио итогам моделирования построены графики зависимости положения ГТИ от скорости роспуска для различных сочетаний смежных отцепов (рис. 3, 4). Значения скорости роспуска более 3 м/с приняты для теоретических исследований влияния сочетания много-вагонных отцепов на резерв времени (на практике при современном уровне развития горочной техники такие значения не могут быть реализованы).

Таблица 5

экспериментов

Серия Иорядковый номер отцепа при скатывании Вариант распределения вагонов в отцепах

первый второй третий четвертый пятый

1 Иервый 1Л 2Л 4Л 6Л 8Л

Второй 1Т 1Т 1Т 1Т 1Т

2 Иервый 1Л 1Т-1Л 2Т-2Л 3Т-3Л 4Т-4Л

Второй 1Т 1Т 1Т 1Т 1Т

Примечание. Цифра обозначает количество вагонов в отцепе данного типа; Л - порожний полувагон в отцепе; Т - груженый полувагон в отцепе; запись через тире означает деление отцепа хвост - голова.

Ур, м/с

272,8

Условные обозначения:

—Максим альная

скорость надвига ■Н Текущее положение

ГШ ■-1 Л/1 Т

372,8

5", м

Рис. 3. Максимально возможное расстояние от вершины горки до ГТИ (серия экспериментов 1)

Ур, м/с

Условные обозначения:

Максимальная скорость надвнга

-«—Текущее положение ГШ

72,8 172,8 272,8 372,8 £ м

Рис. 4. Максимально возможное расстояние от вершины горки до 1ТП (серия экспериментов 2)

Анализ графиков показал, что «очень хороший бегун», скатывающийся под вторым порядковым номером, в пределах допустимой скорости роспуска не может догнать многовагонный первый отцеп на прямом участке пути без дополнительного сопротивления от кривых или тормозных замедлителей.

Для комплексной оценки вариантов размещения 1ТП на спускной части сортировочной горки результаты проведенных экспериментов сведены в один график для отцепов различной композиции. Так, данные экспериментов для одновагонного и восьмивагонного по-

рожних отцепов приведены на рис. 5, 6 соответственно.

При построении графика учитывается:

- возможный диапазон размещения НИ;

- допустимые скорости роспуска;

- разрешенная скорость роспуска на данном типе сортировочных устройств.

При увеличении скорости роспуска состава предельное положение 1ТП приближается к вершине горки (с учетом того что на момент отрыва отцепа от надвигаемого состава составитель уже произвел расцепку). Так, для отцепа, состоящего из восьми вагонов, предельно допусти-

Рис. 5. Диапазон максимально возможного расстояния от вершины горки до 1ТП для допустимых проектных и оперативных решений при сочетании одновагонных отцепов 1Л/1Т

Ур, м/с

2,2 2 1,: 1,6 1,4 1,2 1

0,!

Условные обозначения:

Максимальная скорость надвига

^"Текущее положение ГТИ

■Ограничение по скорости входа на вагонный замедлитель

Допустимый диапазон конструктивных и оперативных решений

5, м

Рис. 6. Диапазон максимально возможного расстояния от вершины горки до ГТИ для допустимых проектных и оперативных решений при сочетании одновагонных отцепов 8Л/1Т

мое положение ГТИ равняется 189,91 м для скорости надвига 0,8 м/с и 176,62 м для скорости надвига 2,2 м/с.

Оценка адекватности модели. Для оценки адекватности предлагаемого метода расчета было произведено сравнение данных модели с расчетом максимально допустимого расстояния от вершины горки до ГТИ Ьтах, согласно [14, с. 96]:

(^вх(тах) — ^0(тах) ) ' 10

= т

2^'0ск - ^о ± ^ф ) '

где Тв - тангенс вертикальной сопрягающей кривой, м; Увх(тах) - максимально допустимая скорость входа на тормозную позицию, м/с; Уо(тах) - максимально допустимая скорость роспуска на сортировочном устройстве, м/с; ^ -сила тяжести с учетом инерции движущихся частей, м/с2; /Ск - уклон скоростного участка, %о; Wo - основное удельное сопротивление, Н/кН; Wср - удельное сопротивление от среды и ветра, Н/кН.

Для проверки адекватности модели был произведен расчет положения ГТИ относительно вершины горки в штиль:

(8,52 - 2,22 )• 103 Ьтах = 2,26 + ^----- = 199,69 м.

2 • 9,7 (18,1 - 0,5)

В результате имитационного моделирования процесса скатывания одиночного 127-тон-

ного отцепа были получены схожие результаты. Расчетное расстояние от вершины горки до изо-стыка ГТИ составило 198,59 м. Разница (порядка 1 м) объясняется более точным определением момента отрыва. Ири моделировании в момент прохождения серединой отцепа вершины горки скорость уже больше скорости роспуска, используемой в формуле.

Учет дополнительного сопротивления при прохождении отцепом двух стрелочных переводов, расположенных на расстоянии 11,96 и 50,15 м (данные стрелочные переводы расположены до исходного положения тормозной позиции) от вершины горки, приводит к тому, что значение Ьтах увеличивается до 210,25 м.

Иолученные данные свидетельствуют об адекватности и возможности применения разработанной модели для определения ограничений, влияющих на положение тормозных позиций на спускной части сортировочной горки.

На основании проведенных исследований сделаны следующие выводы:

- для отцепов с числом вагонов два и более лимитирующей является скорость входа на замедлитель ГТИ следом идущего одиночного отцепа;

- текущую скорость роспуска ограничивают нормативные требования, обеспечивающие безопасные условия работы составителей, занятых расцепкой надвигаемого состава;

- ограничения по скорости роспуска и максимальному расстоянию от 1ТП до вершины горки следует определять для следующего неблагоприятного сочетания одиночных

отцепов: первого отцепа с плохими ходовыми характеристиками и второго отцепа с хорошими ходовыми характеристиками.

Библиографический список

1. Бобровский В. И., КолесникА. И. Анализ влияния параметров продольного профиля сортировочной горки на динамику скатывания отцепов // Транспорта системи та технологи перевезень. 2012. № 3. С. 10-14.

2. Бобровский В. И., Дорош А. С. Оптимизация режимов торможения отцепов расчетной группы состава // Наука та прогрес транспорту. 2013. № 1 (43). С. 103-112.

3. Карасев С. В., Маслюкова Ю. 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.

4. Осипов Д. В. Анализ развития методов расчета положений точек отрыва отцепов от состава // Совершенствование технологии перевозочного процесса. 2015. С. 99-105.

5. Осипов Д. В. Метод расчета координат точек отрыва одновагонных отцепов на перевальной части сортировочных горок // Транспорт : наука, техника, управление. 2016. № 3. С. 62-66.

6. Карасев С. В. Влияние конструкции горки, структуры вагонопотока и внешней среды на качество заполнения путей сортировочного парка : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.22.08. Новосибирск, 2003. 24 с.

7. Быкадоров А. В. Некоторые особенности скатывания отцепов из нескольких вагонов // Труды Новосибирского института инженеров железнодорожного транспорта. 1953. № 20. С. 150-157.

8. Муха Ю. А., Бобровский В. И. Алгоритмы и библиотека программ для моделирования на ЭВМ «НАИРИ-К» сортировочного процесса на горках // Механизация и автоматизация сортировочного процесса на станциях. 1977. № 11 (194). С. 53-102.

9. Гунбин А. А. Образование временных интервалов на первом стрелочном переводе сортировочной горки при роспуске отцепов дифференцированной длины // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2018. № 1 (44). С. 5-13.

10. 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.

11. Правила и нормы проектирования сортировочных устройств на железных дорогах колеи 1520 мм : утв. МПС РФ 10.10.03. М. : Техинформ, 2003. 168 с.

12. Гунбин А. А. Алгоритм имитационного моделирования скатывания с горки многовагонных отцепов // Транспортная инфраструктура Сибирского региона. 2016. Т. 1. С. 334-337.

13. Гунбин А. А. Исследование интервалов на разделительных элементах сортировочной горки при скатывании отцепов дифференцированной длины // Вестник УрГУПС. 2017. № 3 (35). С. 108-117.

14. Железнодорожные станции и узлы (задачи, примеры, расчеты) / Н. В. Правдин, Т. С. Банек, В. Я. Негрей и др. ; под общ. ред. Н. В. Правдина. М. : Транспорт, 1984. 296 с.

А. А. Gunbin, А. А. Klimov

Determining the Possible State of the First Braking Position Relative to the Top of the Hump Yard, Taking into Account the Detaching of Multi-Car Cuts

Abstract. In this article the options for locating the first braking position on the downhill part of the hump yard. The range of permissible distance from the top of the hump yard is estimated for the first brake position. The existing methods for determining the limits of the permissible range the part of the hump-neck for the placement of the first braking position are analyzed. Calculations the trajectories of the rolling down of the cut differentiated structure and length by the drain part of the hump yard are made. The phase trajectories roll-down of the cuts are determined using the "SKAT-Otsep". As an object of analogue, real hump yard of average power is considered. Modeling takes into account technical and technological constraints that operate on modern sorting devices of hump type. The general requirements for determining the position relative to the top of the hump yard for the first separation element have been established: both braking position and turnouts. Determination of the critical location of the braking position on the descent portion of the sorting device relative to the top of the hump was carried out by the method of successively increasing the length of the velocity section located before the first braking position.

Based on the results of the experiments, the location of the braking position was evaluated by the condition of the admissible entrance velocity to the first moderator and the time reserve on the first separation element. Specific features of rolling down of multi-car cuts with a non-uniform distribution of mass inside the cut are determined. The results of the experiments are proposed to be used in the further development of methods for calculating sorting devices.

Key words: hump yard; multi-car cuts; simulation modeling; down yard part; interval between adjacent cuts; first separating element.

Гунбин Антон Андреевич - преподаватель кафедры «Железнодорожные станции и узлы» СГУПСа. E-mail: gunbin_gdsu@mail.ru

Климов Александр Александрович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Железнодорожные станции и узлы» СГУПСа. E-mail: upp@stu.ru