CC BY
22
_«ТРАНСПОРТЫ! СИСТЕМИ ТА ТЕХНОЛОГИ ПЕРЕВЕЗЕНЬ»_
36ipHUK наукових праць ДНУЗТ iM. акад. В. Лазаряна. Вип. 12. 2016р.
УДК 656.212.5
м. а. лсеев1*
1 Харювське вщдшення фш! «Проектно-вишукувальний шститут зал1зничного транспорту» ПАТ «Укра!нська зал1зница», вул. Свгена Котляра, 7, 61050, м. Харкв, Укра!на, тел. +38(097) 31-94-098, ел. пошта: [email protected], ORCID 0000-0002-2707-4224
РОЗРОБКА НАПРЯМКУ ЩОДО П1ДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТ1 РОЗРАХУНКУ ШВИДКОСТ1 ВИХОДУ В1ДЧЕП1В З ПАРКОВО1 ГАЛЬМОВО! ПОЗИЦП
Мета. Метою роботи е обгрунтування наукового тдходу щодо шдвищення точносп розрахунку швидкосп виходу ввдчешв з парково! гальмово! позицп. Методика. Шдвищити точнють розрахунку швидкосп виходу ввдчешв з парково! гальмово! позицп запропоновано шляхом уточнення параметр1в метеоролопчних умов на основ1 р1вняння Лапласа для потенщалу швидкосп. Результати. Задачу уточнення параметр1в метеоролопчних умов серед багатьох способ1в дощльно визначати способом Ейлера для опису руху сущльно-го середовища на основ1 р1вняння Лапласа для потенщалу швидкосп. Виявлено основш переваги розрахунку параметр1в метеоролопчних умов на основ1 р1вняння Лапласа. Наукова новизна. Вперше запропоновано розраховувати швидшсть виходу ввдчешв з парково! гальмово! позицп з урахуванням уточнених параметр1в метеоролопчних умов на основ1 р1вняння Лапласа. На ввдшну в1д вщомих шдход1в до розрахунку швидкосп виходу ввдчешв даний шдх1д надасть можливють визначати напрямок та швидшсть виру, яка д1е на ввдчеп у будь-яшй точщ сортувального парку. Практична значимкть. Розрахунок швидкосп виходу ввдчешв з парково! гальмово! позицп з урахування уточнених параметр1в метеоролопчних умов на основ1 р1вняння Лапласа може використовуватись в будь-яких автоматизованих системах керування сортувальною пркою для шдвищення ефективносп сортувального процесу та ресурсозбереження.
Ключовi слова: сортувальна прка, автоматизоваш системи керування сортувальною пркою, метеоролоп-чш параметри, потенщал швидкосп, ввдчеп.
Вступ
Одшею з головних задач, яю виршуються в автоматизованих системах керування сортувальною станщею, е регулювання швидкосп ско-чування вщчешв. Досвщ роботи впчизняних та закордонних автоматизованих сортувальних прок показуе, що за рахунок впровадження тдсистеми регулювання швидкосп вщчешв покращилась яюсть сортувального процесу, а саме: скоротились кшьюсть та довжина вшон на кол1ях сортувального парку, зменшився об-сяг маневрово! роботи на станцп, покращились умови пращ робпниюв, шдвищився р1вень схо-ронносп вагошв та вантаж1в [1].
Анал1з роботи тдсистем регулювання швидкосп скочування вщчешв у вщомих автомати-зованих системах виявив, що шляхом впрова-дження таких тдсистем не в повнш м1р1 мож-ливо забезпечити високу яюсть сортувального процесу (зменшити довжину вшон та забезпечити допустиму швидюсть зпкнення вагошв). Це пов'язано з тим, що сортувальш прки пра-цюють в умовах невизначено! вхщно! шформа-цп про вщчепи та умов зовшшнього середовища, неточшсть у реал1зацп заданих швидкостей
виходу з парково! гальмово! позицп (П111), велику кiлькiсть втручань у процес автоматизо-ваного управлiння парковими уповшьнювача-ми, неможливють достовiрного моделювання точного мюцезнаходження вiдчепiв у зонi дi! пристро!в контролю зайнятостi колi! сортувального парку [2].
Таким чином, шдвищення якосп сортувального процесу в шдсистемах автоматизованого регулювання швидкосп скочування вiдчепiв е достатньо актуальною i складною науково-прикладною задачею.
Мета
Метою роботи е обгрунтування наукового тдходу щодо шдвищення точносп розрахунку швидкосп виходу вщчешв з парково! гальмово! позицп.
Методика
Пщвищити точнють розрахунку швидкосп виходу вщчешв з парково! гальмово! позицп запропоновано шляхом уточнення параметрiв метеоролопчних умов на основi рiвняння Лапласа для потенщалу швидкосп.
© Асеев М. А. 2016
Результати
Одним i3 cпоcобiв пiдвищення точноcтi pоз-pаxyнкy швидкоcтi виxодy вiдчепiв з ПГП е уточнення паpаметpiв метеоpологiчниx умов (швидкоcтi та напpямкy в^у) та xодовиx вла^ тивоcтей вщчешв пiд чаc pозфоpмyвання.
За pаxyнок збiльшення точноcтi pозpаxyнкy та pеалiзацiï швидкоcтi виxодy вiдчепiв з ПГП можливо по^ащити якicть пpицiльного галь-мування. Швидкicть виxодy з ПГП на окpемиx автоматизованиx cоpтyвальниx rip^x визнача-eтьcя за фоpмyлою [3]:
VU.ГП = д/Vcñв 2а^т.щщ ,
(i)
де Vhb - швидкicть cпiвyдаpяння вiдчепiв на колiяx cоpтyвального паpкy;
a - пpиcкоpення pyxy вiдчепy на колiяx œp-тувального mpRy;
LT - вiдcтань ид ПГП до оcтаннього вагону на колiï cоpтyвального паpкy.
Значення оетовного питомого опоpy pyxy вагона wo, питомого опоpy pyxy вагона вщ по-вiтpяного cеpедовища i в^у, питомого опоpy pyxy вагона вщ cнiгy та iнею, пpиcкоpення в> льного падiння з ypаxyванням моменту iнеpцiï маc, що pyxаютьcя, g та уклон колiï включеш у паpаметp a. В автоматизованж cиcтемаx паpа-метp a отpимyють на оcновi чаcy пpоxодження контpольниx точок, якi pозташованi на c^œ-нiй чаcтинi гipцi. Пpи попеpедньомy моделю-ваннi pозпycкy cоcтавiв визначення паpаметpy a вiдбyваeтьcя аналiтичним методом.
Croci6 пiдвищення точноcтi pозpаxyнкy швидкост! виxодy вiдчепiв з ПГП шляxом уто-чнення xодовиx влаcтивоcтей вщчетв наведено у [4]. В якост! оcновного кpитеpiю оцiнки яко^ т пpицiльного гальмування швидкоcтi оточу-вання вiдчепiв було пpийнято cеpедню величину вшна в cоpтyвальномy mpRy пpи фштова-ному значеннi iмовipноcтi пеpевищення ноpма-тивно1' швидкоcтi cпiвyдаpяння вiдчепiв. Авто-pами було поpiвняно якicть пpицiльного pегy-лювання швидкост! пpи вiдcyтноcтi та наявно^ т xодовиx xаpактеpиcтик одновагонного вщче-пу i вщчешв з piзною кшькютю вагонiв та ^о-аналiзовано отpиманi pезyльтати.
Впpовадження cиcтеми уточнення xодовиx xаpактеpиcтик одновагонного вiдчепy дозволяе cyттeво покpащити якicть пpицiльного pегyлю-вання на вiдcтанi вiд 500 до 700 м вщ веpшини ripm.
Однак,cиcтемy уточнення xодовиx власти-востей не е доцiльним викоpиcтовyвати для вщчешв з кiлькicтю вагонiв бшьш нiж 5.
Виpiшення задачi тдвищення точноcтi pоз-pаxyнкy швидкоcтi виxодy вiдчепiв з ПГП сто-отбом уточнення паpаметpiв метеоpологiчниx умов потpебye глибокого вивчення комплекcy взаeмопов'язаниx метеоpологiчниx елементiв та явищ.
На даний чаc в автоматизованиx cиcтемаx паpаметpи метеоpологiчниx умов визначаютьcя за допомогою метеоcтанцiï (pозташовyeтьcя на теpитоpiï cтанцiï з флюгеpом на вiдcтанi 10-15 м вщ piвня землi) або двоx метеоpологiчниx датчикiв (один pозташовyють на rip^, дpyгий -бiля пеpшоï гальмово1' позицiï на piвнi кpиши вагошв). Данi з метеоcтанцiï та датчиюв надоо-дять до головного cеpвеpy cиcтеми, пicля чого оcтання pозpаxовye пpиcкоpення кожного вщ-чепа. Як можна побачити, даш з метеоpологiч-ниx датчикiв отpимyють у конкpетнiй точцi на конкpетнiй вiдcтанi вщ землi. Пpи цьому не вpаxовyeтьcя швидкicть вiтpy, яка безпоcеpед-ньо дie на вiдчеп, i еттуащя на колiяx cоpтyва-льного rnp^.
Задача уточнення паpаметpiв метеоpологiч-нж умов повинна виpiшyватиcя на оcновi ме-тодiв математичного моделювання о^емж атмоcфеpниx пpоцеciв, якi rpyнтyютьcя на ïx фiзико-математичномy аналiзi. За допомогою дифеpенцiйниx piвнянь, cпиpаючиcь на закони pyxy У cyцiльномy cеpедовищi, можна опжува-ти атмоcфеpнi пpоцеcи [4]. Викоpиcтовyючи в якоcтi виxiдниx данж фактичнi, виpiшення дифеpенцiйниx piвнянь стад здiйcнювати чиcе-льними методами за допомогою ЕОМ. Таким чином можна знайти кшькюш закономipноcтi атмоcфеpниx пpоцеciв та пpогнозyвати ïx pоз-виток.
Меxанiка завдання pyxy cyцiльного cеpедо-вища мае cвоï cпецифiчнi пpийоми. 1отуе два оcновнi cпоcоби якими можна опдаати pyx cy-цiльного cеpедовища: cпоcоби Лагpанжа та Ейлеpа [б].
Спошб Лагpанжа rpyнтyeтьcя на знаxоджен-нi величин (кооpдинат) x, y, z однieï i тieï ж ча^ тки cеpедовища, що pyxаeтьcя. Цi кооpдинати у будь-який момент чаcy t необxiдно pозглядати як фyнкцiю вiд чаcy t та паpаметpiв x0 y0, z0. Бiльш того, пpийнято pозглядати замють декаp-товиx кооpдинат кpиволiнiйнi a, b, c. Рiвняння pyxy cyцiльного cеpедовища cпоcобом Ла^ан-жа мае наступний вид:
dx дф Vx = u = — = —1 х dt dt
V = v = dy = дФ2 y dt dt
б
dz дф, V. = w = — = —3 .
2 dt дГ
1нший спошб, яким можна описати рух су-цiльного середовища, запропонований Ейле-ром. Ейлер першим запропонував основну систему рiвнянь руху щеально1 рщини та ним пок-ладено тлумачення щодо ди рiвнобiжних сил тертя щеально! рiдини на об'ект, що об'тiкаeться iдеальною рiдиною. Цей спошб полягае у вираженнi швидкостей часток у фун-кци вiд часу та координат х, у, z точок у прос-торi. Тобто у методi Лагранжа величини х, у, z е змшними координатами одше! i ж частки пов^ря що рухаеться, а в методi Ейлера цi ко-ординати точок у простор^ повз яких прохо-дять рiзноманiтнi частки пов^ря.
Рух суцiльного середовища по Ейлеру зада-еться так:
u = и(х, у, z, О,
V = у(х, у, z, 0, (3)
w = w(x, у, z, ¿).
Шни току поля (векторш лши поля швидкосп, в яких у кожнiй точщ в даний момент часу швидюсть направлена по дотичнiй до них) бу-дуть не спiвпадати з траекторiею руху деяких часток, як представляють просторовий слiд руху часток у чась Тому, рiвняння Ейлера буде мати звичайний диференщальний вид:
5х 5у 52
и(X, у, 2, Г) у(X, у, 2, t) и(X, у, 2, t) '
(4)
в'язкостi течи. Припускаючи, що по майданчи-ку (об'екта) з^кнення обох об'емiв течи що рухаються, одна вiдносно шшо1, ддать лише нормальнi до майданчика сили тиску та повшс-тю вщсутш дотичнi сили тертя, що лежать в площиш майданчика. Не дивлячись не деяю фактори (баротропний рух сущльного середовища, завихрова течiя), якi порушують юнуван-ня безвихрово! течи, схема безвихрово! течи у багатьох практичних випадках дае близьку картину до дшсност [6].
Знаходження функци потенцiалу швидкостi ф(х,у^) у будь-якiй точцi сортувального парку буде здшснюватись шляхом iнтегрування рiв-няння Лапласа. Рiвняння Лапласа мае незчис-ленну множину рiшень, як будь-яке диферен-цiйне рiвняння. Для конкретного потоку, при визначенш потенщалу ф(х,у,г), необхiдно зада-ти межi течи та умови на них (швидюсть та напрямок в^ру). Для задач, пов'язаних з обт> канням вагонiв необхiдно задавати гранищ течи та умови на них.
Одною з умов на гранищ потоку е умова не-проникливост цих границь для в^ру ип = 0. Друга умова повинна враховувати те, що е в> домим розподш швидкостей на деякш вiдстанi вiд вагонiв и = И [7].
Отже основним рiвнянням, через яке мож-ливо розрахувати потенщал швидкостi, е рiв-няння Лапласа, яке мае наступний вигляд:
д Ф1 + д ф2 , д Фз =0
дх2
ду2
д2 2
(5)
Порiвнюючи обидва способи опису руху суцшьного середовища, було обрано для подаль-ших дослщжень спосiб Ейлера, як бiльш прос-тий та пригожий для поставлено1 задачi.
Для визначення потенцiалу швидкосп вiтру у деякiй точцi (з урахування ушх iмовiрних схем руху в^ру) способом Ейлера буде затрачено значний промiжок часу. Розумдачи що розрахованi значення параметрiв метеоролопч-них умов повиннi поступати до обчислюваль-ного центру автоматизованих систем управлш-ня сортувальними станцiями в режимi оп-Нпе необхiдно зробити припущення з метою спро-щення задачi з визначення потенцiалу швидкосп.
Виходячи з вищенаведеного, розрахунок потенщалу швидкосп повинен базуватись на тео-рИ безвихрово1 течи, яка представляе великий практичний iнтерес та може значно полегшити теоретичш дослщи. Використовуючи цю тео-рiю можливо не враховувати присутшсть
Для остаточного опису рiвняння для знаходження потенщалу швидкосп вiтру в будь-якш точцi сортувального парку необхiдно приймати до уваги ситуащю на колiях сортувального парку (його зайнятiсть вагонами), величину сили тертя вщ шорсткост поверхнi, що тдсти-лае (рельеф сортувального парку), та рiзницю швидкосп в^ру у земному пограничному шарi з висотою.
Наукова новизна та практична значимкть
Вперше запропоновано розраховувати шви-дкiсть виходу вщчешв з ПГП з урахуванням уточнених параметрiв метеорологiчних умов на основi рiвняння Лапласа. На вiдмiну вщ вщо-мих пiдходiв до розрахунку швидкосп виходу вiдчепiв даний тдхвд надасть можливiсть ви-значати напрямок та швидюсть вiтру у будь-якш точщ сортувального парку.
Розрахунок швидкосп виходу вщчешв з парковое' гальмово1 позици з урахуванням уточне-
них параметрiв метеоролопчних умов на основi рiвняння Лапласа може використовуватись в будь-яких автоматизованих системах керування сортувальною гiркою для пiдвищення ефектив-ностi сортувального процесу та ресурсозбере-ження.
Висновки
Пщвищення точностi розрахунку швидкосп виходу вiдчепiв з парково! гальмово! позицi! способом уточнення параметрiв метеоролопчних умов на основi рiвняння Лапласа для поте-нцiалу швидкосп повинно призвести до змен-шення кiлькостi та довжини вiкон на колiях сортувального парку та числа випадюв пере-вищення допустимо! швидкосп сшвударяння вiдчепiв.
Слiд також вщзначити, що впровадження даного способу у автоматизованих системах керування сортувальними станщями не потре-буе суттевих каттальних вкладень.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Талалаев, В. И. Сопоставительный анализ технических средств для механизации и автоматизации сортировочных станций применяемых на Российских железных дорогах и за рубежом / В. И. Талалаев, А. Г. Савицкий. - Москва : ВНИИАС МПС России, 2007. - 150 с.
М. А. АСЕЕВ
2. Огар, О. М. Анал1з роботи тдсистем регу-лювання швидкосп скочування вщчешв в автомати-зованих системах управлшня сортувальними станщями / О. М. Огар, М. А. Асеев // Зб1рник наукових праць УкрДузт. - 2016. - № 161. - С. 70-75.
3. Шелухин, В. И. Универсальный модуль управления тормозными позициями / В. И. Шелухин, И. Н. Малышев, // Автоматика, связь, информатика. - 2000. - № 5. - С. 12-14.
4. Козаченко, Д. Н. Исследование прицельного регулирования скорости скатывания отцепов в условиях неопределенности информации об их ходовых свойствах / Д. Н. Козаченко, Р. Г. Коробьева, О. И. Таранец // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2009. - № 6/3(42). - С. 42-47.
5. Киселева, Л. В. Климатология и метеорология на железнодорожном транспорте : учебник для вузов/ Л. В. Киселева, С. В. Васильев, Т. В. Гаранина. - Москва : УМК МПС России, 2002. - 189 с.
6. Лойцянский, Л. Г. Механика жидкости и газа / Л. Г. Лойцянский. - Москва : Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1950. - 678 с.
7. Берлянд, М. Е. Прогноз и регулирования загрязнения атмосферы / М. Е. Берлянд. - Ленинград : Высшая школа, 1985. - 272 с.
Стаття рекомендована до публгкацИ д.т.н., проф. Огарем О.М. (Украша).
Надшшла до редколегп 24.10.2016.
Прийнята до друку 26.10.2016
РАЗРАБОТКА НАПРАВЛЕНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ТОЧНОСТИ РАСЧЕТА СКОРОСТИ ВЫХОДА ОТЦЕПОВ С ПАРКОВОЙ ТОРМОЗНОЙ ПОЗИЦИИ
Цель. Целью работы является обоснование научного подхода по повышению точности расчета скорости выхода отцепов с парковой тормозной позиции. Методика. Увеличить точность расчета скорости выхода отцепов с парковой тормозной позиции предложено путем уточнения параметров метеорологических условий на основе уравнения Лапласа для потенциала скорости. Результаты: Задачу уточнения параметров метеорологических условий среди большинства способов целесообразно определять способом Эйлера для описания движения сплошной среды на основе уравнения Лапласа для потенциала скорости. Выявлены основные преимущества расчета параметров метеорологических условий на основе уравнения Лапласа. Научная новизна. Впервые предложено рассчитывать скорость выхода отцепа с парковой тормозной позиции с учетом уточненных параметров метеорологических условий на основе уравнения Лапласа. В отличии от других подходов к расчету скорости выхода отцепов данный подход даст возможность определить направление и скорость ветра, которая действует на отцеп в любой точке сортировочного парка. Практическое значение. Расчет скорости выхода отцепов с парковой тормозной позиции с учетом уточненных параметров метеорологических условий на основании уравнения Лапласа может использоваться в любых автоматизированных системах управления сортировочной горкой для повышения эффективности сортировочного процесса и ресурсосбережения.
Ключевые слова: сортировочная горка, автоматизированные системы управления сортировочной горкой, метеорологические параметры, потенциал скорости, отцеп.
M. A. ASIEIEV
DEVELOPMENT OF DIRECTION ON THE INCREASE OF CALCULATION OF SPEED OF EXIT WAGON FROM PARK BRAKE POSITION
Purpose. The purpose is to study the scientific approach to improve the accuracy of calculation of the output speed of wagons with the park brake position. Methods. The increase the accuracy of the calculation of the speed of output of wagons with the park brake position proposed by clarifying the parameters of meteorological conditions on the basis of the Laplace equation for the velocity potential. Findings. The task of refining the parameters of meteorological conditions among the most expedient way to determine the Euler method to describe the motion of a continuous medium on the basis of the Laplace equation for the speed potential. The main advantages of the calculation of parameters of based on the meteorological conditions on the Laplace equation. Originality. First proposed to calculate the rate of output of wagon with the park brake position based on revised parameters of meteorological conditions on the basis of the Laplace equation. In comparison from other approaches to calculation of the output speed of wagon approaches will make it possible to determine the wind speed and direction? Which acts on the wagon at any point in the sorting of the park. Practical value. Output speed calculation wagons with the brake position based on revised parameters of meteorological conditions on the basis of the Laplace equation can be used in any automated hump yard management systems to improve the efficiency of the sorting process and resource saving.
Keywords: hump, automated control systems of the sorting slide, meteorological parameters, the velocity potential, wagons.
