CC BY
14
Восточно-Европейский журнал передовым технологий
Дослиджено метеорологiчнi умови, в яких експлуатуються сортувальн гiрки Хартвського вузла. Запропоновано новий nidxid до форми ïx представлення при роз-рахунках гiрки i моделюванш сортувально-го процесу.
Ключовi слова: гiрка, метеорологiчт умови, сортувальний процес
Исследованы метеорологические условия, в которых эксплуатируются сортировочные горки Харьковского узла. Предложен новый подход к форме их представления при расчетах горки и моделировании сортировочного процесса
Ключевые слова: горка, метеорологические условия, сортировочный процесс
Meteorological conditions were researched, in which hump yards of Kharkov rail junction were exploited. The new way to their presentation form in calculations of hump and modeling of sorting process was proposed.
Key words: hump, meteorological conditions, sorting process
УДК 656.212.5
ПРЕДСТАВЛЕННЯ ПАРАМЕТР1В МЕТЕОРОЛОГ1ЧНИХ УМОВ ПРИ РОЗРАХУНКАХ Г1РКИ I МОДЕЛЮВАНН1 СОРТУВАЛЬНОГО ПРОЦЕСУ
О.М. Огар
Кандидат техычних наук, доцент Кафедра залiзничних станцт та вузлiв* Контактний тел.: (057) 730-10-42
О.С. Губачова*
Контактний тел.: 099-788-84-46
С.О. Бантюкова
Старший викладач
Кафедра обчислювальноТ техшки та систем управлшня* Контактний тел.: (057) 730-10-40 *УкраТнська державна академiя залiзничного транспорту майдан Фейербаха, 7, м. Хармв, УкраТна, 61050
1. Вступ
Для забезпечення високих яюсних показниюв со-ртувального процесу важливою задачею е найб^ьш повне урахування умов експлуатацп сортувально! пр-ки на стадп проектування i в процес !! функщонуван-ня. Серед вказаних умов особливо! уваги заслугову-ють метеоролопчш умови. В першу чергу це пов'язано зi складтстю прогнозування швидкосп i напрямку вь тру в окремi моменти часу в межах залiзничноi станцп, що вiдповiдним чином ввдображаеться на спроможно-стi сортувально! прки задовольняти умовам безпеки, технiчним i технологiчним вимогам, якi висовуються до даних пристро!в.
напрямок вiтру за час скочування розрахункового бь гуна або розпуску состава з прки не змшюються. Вка-занi параметри розрахункових метеорологiчних умов визначаються шляхом узагальнення даних за перюд спостережень не менше, шж 25 рокiв [1]. Застосуван-ня усереднених значень швидкоси i напрямку виру при моделюваннi гiркових технолопчних процесiв i конструктивних розрахунках прки ставить тд сумнiв адекватнiсть вщомих iмiтацiйних моделей сортуваль-ного процесу та надшшсть конструктивно-техноло-гiчних параметрiв iснуючих сортувальних пристро!в. Таким чином, удосконалення форми представлення параметрiв метеоролопчних умов на даний момент е достатньо актуальною проблемою.
2. Постановка проблеми
3. Ан^з дослщжень i публiкацiй
При розрахунках прки i моделюванш сортувально-го процесу традицшно припускаеться, що швидюсть i
Дослiдженнями метеорологiчних умов займались таю вчеш, як Лiпiнський В.М., Дячук В.А., 1вус Г.П.,
Семерей-Чумаченко А.Б., Зубкович С.О., Сусщко М.М., Пекур П.П. та iншi [2-6]. Зпдно з дослщженнями вка-заних вчених за останш десятирiччя як на територп колишнього СНД, так i на територii Украши спосте-рiгаeться тенденцiя зменшення швидкостi виру. За даними [2] найбiльшi темпи зменшення швидкосп вiтру зазначаються в холодний перюд року, найменшi - в теплий.
У [4] наведеш дiаграми порiвняння середньодобо-воi швидкосп вiтру над територieю Схiдноi Украши за перiоди 1961 - 1990 та 1997 - 2007 рр., на яких можна побачити зменшення середньорiчноi швидкосп вiтру. Це зменшення автор обгрунтовуе змiною циркуляцш-них умов та пов'язаних з цим температур повиря, а також збшьшенням захищеносп вiтровимiрювальних приладiв на метеостанщях. У [4] можна побачити, що швидкiсть вiтру достатньо мiнлива. Середш квадра-тичнi вiдхилення швидкостi виру знаходяться у межах 0,84-2,16 м/с. Швидюсть виру часто мае значення 0-1,5 м/с. Зазначена природа параметрiв метеоролопчних умов не враховуеться у ввдомих пiдходах до роз-рахунку додаткового питомого опору вщ середовища i вiтру [7-15], тому наведеш результати дослщжень е достатньо щнними з точки зору обгрунтування до-цiльностi перегляду форми представлення вказаних параметрiв при конструктивних i технологiчних роз-рахунках сортувальних прок та уточнення висоти шнуючих сортувальних пристроiв залiзниць Украiни.
4. Формулювання мети (постановка завдання)
Метою даноi роботи е виявлення закономiрностей змiни параметрiв метеорологiчних умов у чаа та удо-сконалення форми '¿х представлення при конструктивних i технологiчних розрахунках гiрки та моделюваннi сортувального процесу.
5. Розробка форми представлення параметрiв метеорологiчних умов при розрахунках прки та iмiтацiйному моделюваннi сортувального процесу
Для моделювання процесу розформування соста-вiв швидюсть i напрямок вiтру можуть бути задаш функцiями, якi апроксимують даш, що отримуються з використанням метеоролопчних датчикiв або методiв формування випадкових значень розподШв на ЕОМ, якщо вiдомi закони i параметри розподШв вказаних параметрiв у заданiй мшцевоси.
Згiдно з удосконаленим методом визначення додаткового питомого опору вщ середовища i вiтру, що запропонований у [16], необхвдно виконувати перера-хунки швидкостi та напрямку виру у точках мкцезна-ходження вагошв, що насуваються, розпускаються або скочуються з гiрки, з урахуванням вщсташ вiд них до базовоi точки (мкця розташування метеорологiчних датчикiв або умовних метеоролопчних датчиюв) у реальному масштабi часу. В даному випадку пiд умовним метеорологiчним датчиком слщ розумiти пристрiй, який генеруе випадковi значення швидкостi та напрямку виру, що тдкорюються заданим законам роз-подiлу з вщповщними параметрами. У якостi базовоi точки може бути прийнята точка, що розташована на
перехрещенш базису гiрковоi горловини i прямо', що проходить через найвiддаленiшi розрахунковi точки.
Розрахунок миттевого додаткового питомого опору ввд середовища i виру пропонуеться виконувати у два етапи. На першому етат в залежност вiд напрямку вiтру i мшцезнаходження вагону визначаеться, яка точка (базова з координатами (х6,у6) чи мкцезнаход-ження вагону з координатами (хв,ув )) першою вщчу-вае змши параметрiв перемiщення повiтряних мас.
На другому етат в залежноси вщ того, яка з ви-щеназваних точок першою вiдчувае змши параметрiв перемiщення повiтряних мас, визначаеться швидюсть i напрямок вiтру у точщ мiсцезнаходження вагону з урахуванням кута мiж напрямком вiтру i напрямком руху вагона у момент часу t . Реалiзацiя даного етапу можлива ильки при наявноси функцiй, що апроксимують даш метеоролопчних датчиюв (умовних метеоролопчних датчикiв).
Для генерацii випадкових значень швидкосп та напрямку виру необхщно визначити закони i параметри розподШв вказаних параметрiв у заданш мiсцевостi, що можна здiйснити з використанням метеограм архь ву Укра'нського метеорологiчного центру.
На метеостанцiях для визначення характеристик виру застосовують прилади, що усереднюють значення в 3-секундному, 2- та 10-хвилинному штерваль При-ймати за величину швидкосп виру середню швидюсть на 10-ти хвилинному iнтервалi е недоцiльним, тому що скочування вщчетв з сортувально' гiрки тривае 2-3 хвилини. Тобто отримаш данi не вiдображатимуть по-вну динамiку повiтряного потоку. Осюльки аероди-намiчнi сили визначаються миттевими значеннями швидкосп виру, то дослвдження динамiчних процесiв потребуе знання та моделювання характеристик виру в межах заданого штервалу.
Так, у [6] пропонуеться на 10-хвилинному iнтервалi вважати процес змши швидкосп виру стащонарним, тобто таким, для якого характерною е незалежшсть математичного очжування та дисперсп вщ часу. Ви-падкову функщю змiни швидкостi вiтру представлено у виглядi суми двох складових (постшного середнього значення та пульсацш вiдносно нього)
1 т
V М = ту + Vn М = -1V (t)dt + V (t),
Ь п
(1)
де V- миттеве значення швидкосп виру в момент часу ^ м/с;
ту - математичне очiкування швидкостi вiтру, м/с; V - пульсацп швидкосп виру ввдносно ту , м/с; Т - часовий штервал осереднення швидкосп виру, с.
Випадковою величиною в (1) е пульсуюча складова V . Пекур П.П. у загальному випадку турбулент-шсть повiтряного потоку характеризуе безумовним розподшом осереднених значень швидкостi вiтру та умовним законом розподшу його миттевих значень. Для наближеного аналогичного зображення безумов-ного розподiлу в приземному шарi атмосфери автор ви-користовуе трипараметричний розподш Вейбулла [6].
Для виявлення закономiрностей змiни параметрiв метеоролопчних умов у чаи метеодаш обирались з урахуванням клiматичних факторiв Украши [2]. За допомогою ЕОМ метеорами (рис. 1,2) були оцифрована а даш отримаш у виглядi статистично' вибiрки.
/V-
Чч л
360
330
300
п 270
240
210
О 180
о: 150
120
го 90
60
30
0
1,5 Час, хв.
Рис. 1. Графки залежносп швидкосл в1тру в1д часу
360 330 300 £ 270 ■¡5 240 * 210 § 180 I 150 £ 120 ™ 90 60 30 0
1,5 Час, хв.
1 1,5 2 2,5 Час, хв.
Рис. 2. Графки залежносп напрямку в1тру вщ часу
Спостереження за параметрами метеоро-лопчних умов викону-вались у Харювськш областi протягом трьох мкящв. Результати об-робки статистичного матерiалу (табл. 1) свщ-чать про те, що:
1) найiмовiрнiшим законом розподiлу ви-падкових величин, що розглядаються, е нор-мальний;
2) вибiркова серед-ня швидкоси вiтру ко-ливаеться в iнтервалi вiд 1,1 м/с до 5,9 м/с, а середньоквадратичне вщхилення - вщ 0,54 до 2,3 м/с;
3) вибiркова середня напрямку вiтру коли-ваеться в iнтервалi вiд
Таблиця 1
Результати обробки метеоролопчних даних за серпень, вересень \ жовтень 2009 року
4
3
2
0
0,5
2
2,5
3
0
0,5
2
2,5
3
0
0,5
3
Дата спостереження за параметрами метеоролопчних умов Закон та параметри розподшу
швидкост в1тру напрямку в1тру
02.08.2009 нормальний (х = 3,25; 0 = 1,0992 ) нормальний (х = 122,7; 0 = 15,72)
09.08.2009 нормальний (х = 3,53; 0 = 1,2412) нормальний (х = 102,84; 0 = 31,96)
15.08.2009 нормальний ( х = 2,88 ; о = 1,0632 ) нормальний (х = 294,23; 0 = 37,68)
19.08.2009 нормальний (х = 3,17; 0 = 1,1006) нормальний ( х = 288 ; 0 = 26,232 )
22.08.2009 нормальний (х = 3,05; 0 = 0,903) нормальний ( х = 290 ; 0 = 22,8)
24.08.2009 нормальний ( х = 3,45; о = 0,54) нормальний (х = 273; 0 = 18,98)
29.08.2009 нормальний (х = 3,9; 0 = 1,44) нормальний (х = 208; 0 = 112)
31.08.2009 нормальний (х = 4,11; 0 = 1,33) нормальний (х = 85,06; 0 = 50,114)
01.09.2009 нормальний ( х = 2,38; 0 = 0,73) нормальний ( х = 197 ; 0 = 117,47 )
03.09.2009 нормальний (х = 5,9; 0 = 2,3) вейбулла (а = 1,64 ; в = 9 4,9; у = 0 )
05.09.2009 нормальний (х = 4,38; 0 = 1,36) логарифм1чно-нормальний (0 = 0,81; ц = 4,14; у = 0)
09.09.2009 нормальний ( х = 4,5 ; 0 = 1,59 ) логарифм1чно-нормальний (0 = 1,14; ц = 4,36; у = 0)
13.09.2009 нормальний ( х = 3,05; 0 = 1,49) нормальний (х = 177,85; 0 = 134,65)
17.09.2009 нормальний (х = 4,1; 0 = 1,29) нормальний (х = 263; 0 = 79,19)
21.09.2009 нормальний (х = 4,24; 0 = 1,43) нормальний (х = 269,9; 0 = 75,01)
24.09.2009 нормальний (х = 4,96; 0 = 1,38) нормальний (х = 199,16; 0= 29,4)
29.09.2009 логарифм1чно-нормальний (0 = 0,29; ц = 1,48; у = 0) нормальний (х = 186,16; 0 = 33,64)
01.10.2009 логарифм1чно-нормальний (0 = 0,43;ц = 1,12;у = 0 ) нормальний (х = 197,02; 0= 26,6)
06.10.2009 нормальний ( х = 3,39; 0 = 1,24) нормальний (х = 281,29; 0 = 29,16)
15.10.2009 нормальний (х = 3,08; 0 = 1,12) нормальний (х = 118,92; 0= 22,63)
25.10.2009 нормальний (х = 4,35; 0 = 1,46) логарифм1чно-нормальний (0 = 1,22;ц = 4,39; у = 0)
85,060 до 294,230, а середньоквадратичне вщхилення - вiд 15,720 до 134,650;
4) не завжди сприятливi умови скочування вагошв з гiрки характерш для лiтнiх мiсяцiв, з чого можна зро-бити припущення, що несприятливi умови скочування також можуть бути характерш не для зимових мшящв, а, наприклад, для листопада або березня.
З огляду на проведен дослщження пропонуеться:
1) при визначенш розрахункових метеоролопчних умов для конструктивних i технолопчних рoзрaхункiв прки, а також для моделювання сортувального процесу для кожно' доби року видшяти нaйбiльш хaрaктернi перюди (1-2 години) з нaйгiршими i найлегшими умо-вами скочування i визначати для вказаних перioдiв закони та параметри розподшу швидкoстi та напрямку виру;
2) конструктивш i технолопчш розрахунки прово-дити з використанням закошв i пaрaметрiв розподшу випадкових величин, що хaрaктернi для найнесприят-ливiших (сприятливiших) метеoрoлoгiчних умов;
3) для моделювання сортувального процесу про-тягом року або в oкремi перюди року використовувати закони розподшу випадкових величин, що характерш для вщповщних мюящв, а параметри розподШв роз-глядати як випaдкoвi числа, закон розподшу яких слiд визначати окремо для даного мюяця, в iнтервaлi вiд xmin до xmax i вiд Gmin до Gmax вiдпoвiднo;
4) розрахункову температуру пoвiтря для конструктивних i технолопчних розрахунюв приймати найменшу (нaйбiльшу), що характерна для розрахун-кового мюяця, а для моделювання сортувального процесу - середню у вщповщному мiсяцi.
6. Висновки
Результати статистичних спостережень за параметрами метеоролопчних умов у Харювському ре-гюш показали, що швидкiсть i напрямок виру за час скочування вагону з прки можуть змшюватись у достатньо широких межах. Це тдтверджуе необхщшсть пошуку нових форм представлення вказаних умов при конструктивних i технолопчних розрахунках прки та при моделюванш сортувального процесу. Бшьш повне вщображення реальних метеоролопчних умов дозволить суттево тдвищити точшсть розрахунку швидкосп i тривалоси скочування вщчетв з гiрки, що е особливо важливим в умовах автоматизацп сортувального процесу, застосування систем тдтримки прийняття ршень i при виконанш конструктивних i технoлoгiчних рoзрaхункiв сортувальних пристро'в.
Лiтература
1. Правила и нормы проектирования сортировочных устройств на железных дорогах СССР//ВСН 207 89/ МПС.-М.: Транспорт, 1992. - 104 с.
2. Лшшський В.М. Кшмат Украши / В.М. Лшшський, В.А.
Дячук // НАН Украши; Державна пдрометеоролопчна служба Мшютерства екологй та природних ресурав Украши. - К.: Видавництво Раевського, 2003. - 342 с.
3. Ивус Г.П. Статистические характеристики скорости ветра
в районе Одессы / Г.П. Ивус, Э.В. Агайар, Н.М. Мищенко // Культура народов Причерноморья. - 2006. - №67.
- С. 21-24.
4. 1вус Г.П. Статистичш характеристики швидкост в1тру над
сходом Украши у ачш на фош кшматичних змш / Г.П. 1вус, А.Б. Семерей-Чумаченко, С.О. Зубкович // Ф1зич-на географ1я та геоморфолопя: м1жвщ. наук. зб. - К.: ВГЛ «Обри», 2009. - Вип.57. - С.23-27.
5. Сусщко М.М. Особливост застосування метод1в матема-
тично' статистики в пдрометеорологй / М.М. Сусщко // Наук. пращ УкрНДГМ1. - К., 2003. - Вип.251. - С.5-15.
6. Пекур П.П. Анаштичне зображення щшьносл ймов1рност
та функцй розподшу швидкост в1тру / П.П. Пекур // Вщновлювана енергетика. - 2005. - №2. - С. 53-58.
7. Массуте Е. Определение сопротивления среды для ваго-
нов, скатывающихся с горки / Е. Массуте // Высшая техн. школа. - Ганновер, 1955. - 67 с.
8. Костин Н.И. Сопротивление движению одиночных ваго-
нов / Н.И. Костин // Железнодорожное дело. - Москва, 1931. - № 12. - С. 5-11.
9. Пугачевский Ф.В. Механизированные сортировочные горки и их расчет / Ф.В. Пугачевский. - М.: Трансжел-дориздат, 1933. - 173 с.
10. Фролов А.Н. Сопротивление вагонов при скатывании с горок / А.Н. Фролов, Б.В. Боцманов // Тр. ВНИИЖТа.
- М.: Трансжелдориздат, 1939. - Вып. 60. - С. 13-16.
11. Рогинский Н.О. Механизация сортировочных горок / Н.О. Рогинский. - М.: Трансжелдориздат, 1938. - 255 с.
12. Страковский И.И. Сопротивление вагонов при скатывании с горки в зимнее время / И.И. Страковский // Тр. ВНИИЖТа. - М.: Трансжелдориздат, 1952. - Вып. 63.
- 129 с.
13. Технические указания по проектированию станций и узлов на железных дорогах общей сети Союза ССР. - М.: Трансжелдориздат, 1961.- 151 с.
14. Сопротивление движению грузовых вагонов при скатывании с горок / Под ред. Е.А. Сотникова. - М.: Транспорт, 1975. - 104 с.
15. Крячко В.И. К вопросу о сопротивлении от воздушной среды при скатывании отцепов на сортировочных горках / В.И. Крячко // РЖ ВИНИТИ Железнодорожный транспорт. - 1990. - № 5. - 8 с.
16. Огар О.М. Удосконалення методу розрахунку додаткового питомого опору вщ середовища 1 в1тру при моделюванш скочування вагошв з прки / О.М. Огар // Зб. наук. праць „Рухомий склад та спещальна техшка зашзнично-го транспорту". - Харгав, 2009. - Вип. 108. - С. 150-154.
