CC BY
18
3. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник в 5-ти тт.; 2-е изд., перераб. и доп. Т.3:
Синтез регуляторов систем автоматического управления / Под ред. К.А. Пупкова, Н.Д. Егупова. - М.:Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - 616 с.
4. К.А. Пупков, А.В. Фалдин, Н.Д. Егупов. Методы синтеза оптимальных систем автоматического управления. - М.:Издательство
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 512 с.
5. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник в 5-ти тт.; 2-е изд., перераб. и доп. Т.5:
Методы современной теории автоматического управления / Под ред. К.А. Пупкова, Н.Д. Егупова. - М.:Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - 784 с
6. Методы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управления: Учебник / Под ред. Н.Д. Егупова; издание 2-ое, стереотипное.
- М.:Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 744 с.
7. Постников М.М. Лекции по геометрии. Семестр I. Аналитическая геометрия: Учеб. Пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. и
доп. - М.Наука, Гл. ред. Физ-мат. лит., 1986. - 416 с.
8. Гладков Л. А., Курейчик В. В., Курейчик В. М., Генетические алгоритмы / Под ред. В. М. Курейчика. - 2-е изд., испр. и доп. - М.:
ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 320 с.
9. Шредер М. Фракталы, хаос, степенные законы. Миниатюры из бесконечного рая. - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая
динамика», 2005. - 528 с.
ПроаналЬовано eidoMi методи розрахунку висоти сортувальног гiрки. Обгрунтована необ-х^дтсть гх удосконалення. Наведет основт положення удосконаленого наукового тдходу до визначення даного параметру i результати роз-рахуншв з використанням рiзних метoдiв
Ключoвi слова: сортувальна гiрка, висота,
питомий отр
□-□
Проанализированы известные методы расчета высоты сортировочной горки. Обоснована необходимость их совершенствования. Приведены основные положения усовершенствованного научного подхода к определению данного параметра и результаты расчетов с использованием разных методов
Ключевые слова: сортировочная горка, высота, удельное сопротивление
□-□
The known calculation methods of hump height were analyzed. The necessity for its perfection was grounded. The main postulates of improved scientific approach to given parameter definition and calculation results with using different methods were given Key word: sorting hump, height, vesistivity constant
УДК 656.212.5
УДОСКОНАЛЕННЯ НАУКОВОГО П1ДХОДУ ДО РОЗРАХУНКУ ВИСОТИ СОРТУВАЛЬНОТ Г1РКИ
О.М. Огар
Кандидат техшчних наук, доцент, докторант Кафедра залiзничних станцш та вузлiв УкраТнська державна академия залiзничного транспорту Майд. Фейербаха, 7, м. Хармв, УкраТна, 61050 Контактний тел.: 8 (057) 730-10-42
1. Вступ
Залiзничний транспорт Украши функщонуе в складних економiчних умовах, яю вимагають створен-ня ефективних i стшких до зовшшшх факторiв засобiв i технологш роботи об'екпв шфраструктури. Одним з основних аспекпв, що визначае ефектившсть функ-щонування залiзничного транспорту, е забезпечен-ня збереження паливно-енергетичних, виробничих i перевiзних ресурав.
На шляху виршення проблеми шдвищення ефек-тивноси роботи об'екив шфраструктури залiзниць Украши постають об'ективш фактори сучасного стану галуз^ яю у значнш мiрi ускладнюють створення i впровадження нових техшчних i технолоНчних ршень.
В першу чергу до таких факторiв вщносяться ввд-сутшсть тдтримки шновацшного розвитку залiзниць Украши з боку держави, нестабшьшсть i постшне зро-стання цш на енергоносп, значний загальний стутнь
зносу основних фондiв, який на даний момент пере-вищуе 56%, тощо.
Зазначенi фактори е додатковими обмеженнями при виршенш актуальних проблем залiзничного транспорту Укра!ни.
Концепцiею Державно! програми реформування залiзничного транспорту Укра!ни [1] передбачаеться здшснення комплексу заходiв, спрямованих на за-безпечення безпеки перевiзного процесу, енерго- та ресурсозбереження тощо. Одшею з важливих ланок транспортно! системи залiзниць Укра!ни е сортуваль-на гiрка. Конструкцiя вказаного засобу транспорту визначае яюсть i ефектившсть сортувального процесу i, вiдповiдно, впливае на показники функцюнування транспортного комплексу.
2. Постановка проблеми
Одним з основних конструктивних параметрiв сортувально! гiрки е !! висота. Досвiт експлуатацп со-ртувальних пристро!в залiзниць Укра!ни показуе, що у рядi випадкiв !х висота забезпечуе пробiг вагонiв з поганими ходовими характеристиками у зимових не-сприятливих умовах за розрахунковi точки розрахун-кових колiй. Це свщчить про наявнiсть надлишково! висоти прок, що приводить до необхщносп пщвищен-ня потужностi гальмових засобiв спускно! частини та паркових позицiй, додаткових витрат електроенергп на регулювання швидкоси скочування вiдчепiв та дизельного палива (електроенергп) прковими локомотивами на насув i розпуск составiв тощо.
Таким чином, застосування джчого методу виз-начення висоти сортувально! прки, як правило, дае суттевi похибки у розрахунках, що вщображаеться у незадов^ьному використаннi паливно-енергетичних i виробничих ресурав.
Зазначене вище обумовлюе необхщшсть удоско-налення наукового пiдходу до визначення вказаного параметра.
3. Анаиз дослщжень i публiкацiй
До 1992 р. розрахунок висоти сортувально! гiрки базувався на принцип докочування розрахункового вагона з поганими ходовими властивостями в зимових несприятливих умовах вiд вершини гiрки до розра-хунково! точки трудно! за опором руху вагона колii. При цьому велико! уваги придшяли однш з складо-вих висоти прки - витраченiй енергетичнiй висоти вщ додаткового питомого опору середовища i вiтру. Визначенням вказаного опору займались таю вчеш, як С. Шрат, Г. Мiллер, 1.1. Костiн, Ф.В. Пугачовський, А.Н. Фролов, Б.В. Боцманов, М.О. Рогшський, 1.1. Страковський, 1.П. Старшов та iнш. [2-9]. Формула з розрахунку питомого опору вщ середовища i вiтру, що запропонував к.т.н. 1.П. Старшов для конструктивних i технологiчних розрахункiв, ввiйшла до шструктивних вказiвок 1978 р. [10] i дiючоi iнструкцii [11]. Загаль-ним недолiком методiв визначення дано! величини вказаними авторами е вщсутшсть врахування кута вщхилення вагона вщносно базису гiрковоi горловини i випадкового характеру швидкост i напрямку виру.
Першi рекомендацii щодо розрахунку висоти сортувально! гiрки з'явились у 1929 р., автором яких став професор В.М. Образцов [12]. Через 10 роюв професор М.О. Рогинський вносить суттевi змши i доповнення до методики В.М. Образцова, серед яких окреме врахування роботи на подолання опору вщ середовища i виру [6]. В 1945 рощ вийшла в свгг праця П.В. Бартенева [13], яка стала фундаментом для розробки наступних шструктивних вказiвок до проектування сортувальних пристро!в, в т.ч. i шструкцп 1978 р. Недолжом запропонованих мето-дiв розрахунку висоти гiрки е вщсутшсть врахування питомого опору вщ снiгу i iнею та наявшсть похибок при визначеннi питомого опору вщ стрiлок i кривих.
У 1992 р. виходять Правила i норми проектування сортувальних пристро!в [11], в яких лжвщоваш за-значеш недолiки i в основу покладений новий принцип розрахунку висоти прки: на умову докочування розрахункового б^уна вщ вершини прки до розрахунково! точки трудно! за опором руху вагона коли у зимових несприятливих умовах. При цьому вводиться мiра вщ-хилення витрачено! енергетично! висоти вщ середнього значення, що отримало критичну оцшку рядом вчених.
4. Формулювання мети (постановка завдання)
Метою даних дослщжень е забезпечення збережен-ня паливно-енергетичних i виробничих (вагонних упо-вiльнювачiв) ресурсiв шляхом удосконалення наукового пщходу до розрахунку висоти сортувально! гiрки.
5. Аналiз та удосконалення дiючого наукового пщходу до розрахунку висоти сортувально! прки
Як вже вщзначалося вище, шнуючий науковий тд-хiд до розрахунку висоти сортувально! прки дае у ба-гатьох випадках завищений результат, що виясняеться при натурних спостереженнях процесу розформуван-ня составiв або в ходi технолопчних розрахункiв шляхом моделювання скочування розрахункових биушв у розрахункових сполученнях. Особливо це стосуеться гiрок велико! та пщвищено! потужностi.
В першу чергу це пов'язано з тим, що вiдомi (в т.ч. джчий) методи розрахунку питомого опору вщ середовища i вiтру не вiдображають реальнi умови скочування вагонiв, про що вже йшла мова вище, а саме:
1) припускаеться, що швидюсть i напрямок виру в межах маршруту скочування вагона не змшюються;
2) напрямок руху вагона взагалi не враховуеться (розрахунки проводяться вщносно базису прково! горловини, який i приймаеться за напрямок руху вагона), а, наприклад, для прки велико! потужноси з горловиною на 32 коли кут вщхилення вагона вщ базису горловини може сягати 300.
Немае також чикого обгрунтування встановленню ваги розрахункового биуна. Правилами i нормами проектування сортувальних пристро!в пропонуеться з вагонопотоку видшяти групу (бiля 10%) легковагових вагошв i встановлювати середньозважене значення ваги вагона у цш груш. При цьому основний питомий отр руху розрахункового биуна слiд визначати, як середне значення для вагово! категорii вагонiв, яка мае досить широкий дiапазон. Такий пiдхiд заздалегщь
передбачае можлившть передчасно! зупинки деяких легковагових вагошв з дуже поганими ходовими характеристиками, що, наприклад, може вщбутися на парковiй гальмовiй позицп або до не! i тим самим зробити неможливим подальше скочування вщчетв на дану колт.
Слщ також вiдзначити, що традицiйний вибiр роз-рахункових сполучень i параметрiв !х бiгунiв не е виправданим, осюльки окремi сортувальнi пристро! можуть мати ввдмшш умови експлуатацп i чiтко виз-начену структуру вагонопотоку. На сортувальнш пр-цi, наприклад, може перероблятися або пльки порож-нiй вагонопотiк, або тiльки завантажений. У такому випадку перевiряти висоту i поздовжнiй профiль гiрки на умову розд^ення вiдчепiв на розд^ових елементах у розрахункових сполученнях „дуже поганий" - „дуже хороший" - „дуже поганий" не е дощльним.
Крiм того, вiдомо, що висота прки у значному ступенi залежить ввд середнiх швидкостей розрахункового б^у-на на дiльницях гiрки, як формуе саме поздовжнiй про-фшь. Правилами i нормами проектування сортуваль-них пристро!в досить усереднюеться вплив конструкцп поздовжнього профiлю на висоту прки: рекомендован середньостатистичнi значення середшх швидкостей на дiльницях гiрки. При цьому не ввдокремлюються со-ртувальш гiрки з розташуванням першо! гальмово! позицп до першо! розд^ово! стрiлки i пiсля не!. Похибки при розрахунках висоти прки компенсують за рахунок збшьшення витрачено! енергетично! висоти на подолан-ня основного та додаткових питомих опорiв вщ стрiлок i кривих, середовища i вiтру на 50% або 75% в залежност вiд типу сортувально! гiрки. Вказанi величини визначе-т на пiдставi аналiзу статистичних даних, що отримаш на сортувальних прках залiзниць колишнього СРСР, i у рядi випадкiв можуть давати значш вiдхилення вiд реально необхiдно'i висоти прки.
Саме щ фактори роблять основний вклад у похиб-ку при визначенш висоти сортувально! прки.
Таким чином, аналиичний спосiб не дозволяе от-римати точний результат розрахунку висоти прки при прийнятих Правилами i нормами проектування сортувальних пристро!в припущеннях.
Виршенням дано! проблеми е визначення висоти прки шляхом моделювання скочування розрахункового б^уна. Це дозволить максимально врахувати конструктивш особливоси сортувального пристрою i метеорологiчнi умови.
У якостi розрахункового бiгуна слiд обирати най-легший чотиривiсний пiввагон на роликових тдшип-никах або при обгрунтуванш вагон iншого типу, який зустрiчався у структурi вагонопотоку в найб^ьш на-пруженi i несприятливi перюди року.
Основний питомий опiр розрахункового биуна слiд визначати за формулою
ному слою. Випадковi значення швидкост i напрямку вiтру можна визначати за формулами
w0 = 5,125--^Ч 0 320
де qp - вага розрахункового бiгуна, кН.
Vвi = Vв + xi о в*=в+у,ор,
VI! ,
(1)
Залежнiсть (1) отримана шляхом апроксимацп зна-чень w0, що е найб^ьшими у вагових категорiях вагошв [14, таблиця 4.2].
Розрахунок питомого опору вщ середовища i виру повинен враховувати реальний неупорядкований хао-тичний характер пульсацш швидкостi виру у призем-
де Vв , в - вибiркова середня вiдповiдно швидко-стi, м/с, i напрямку, 0, вiтру;
х! - одно з випадкових чисел, що розпод^еш за нор-мальним законом з параметрами М[х] = 0 , о[х] = 1; у! - те ж з параметрами М[у] = 0 , о[у] = 1; о^ , Ор - середне квадратичне вщхилення вщпо-вiдно швидкостi, м/с, i напрямку, 0, вiтру.
Розрахунок додаткового питомого опору вiд середовища i вiтру слiд виконувати з урахуванням кута мiж напрямком виру i напрямком руху вагона у момент часу ^
р-=|Р; -1 ,
де у! - кут мiж базисом прково! горловини та дотич-ною до осi коли у точщ мiсцезнаходження вагона, 0. Якщо Р'* > 180 , то
Р'* = |180-(|р*-у,| -180) .
При визначенш Р'* кут Р* можна задавати у двох варiантах: ввд 0 до 3600 або вщ 0 до ±1800.
Додатковий питомий отр вiд середовища i виру на елементарнш дiльницi визначаеться за формулою
17,8 -С, ■ S ■ g ■ (■Ус2ер + ■в^ ± 2 ■ V ■ ■в^ ■ ес8Р'сер)
га =-(2)
св (273 + tp)■ qp ' '
де Сх - коефвдент повiтряного опору пiввагона
Сх = 1,3602443 + 0,0349563 ■ а + +0,0000695 ■ а2 - 0,0000447 ■ а3 +
+7,02849■ 10-7 а4 -3,1357 ■ 10-9 а5,
де а - кут мiж результуючим вектором ввдносно! швидкоси i напрямком скочування вагона, 0,
^сер ■ Р 'сер_
а = аггат
^р + Vв2ep ± 2 ■ ^р ■ VBcep ■ СС^ '
(3)
де Vвcep - середня швидюсть вiтру , м/с, мiж моментами часу ti_1 i ti
Vв:1 + Vв:
^сер =—^—L ;
Р'сер - середнiй кут мiж напрямком вiтру i напрямком руху вагона мiж моментами часу i ti
Р сер
Р--1+Р. 2
Усер - середня швидкiсть вагона на елементарнш дшьнищ, м/с;
S - мщель вагона, м2;
g - прискорення в^ьного падiння з урахуванням моменту шерцп мас вагона, що обертаються, м/с2;
tp - розрахункова температура повиря, 0С.
приимаеться в
У формулах (2)i(3)знак „+" чи . залежностi вiд знаку виразу
Vcep + VBcep ■ C0Sß'cep .
Правилами i нормами проектування сортувальних пристро!в передбачаеться при iмiтацiИному моделю-ваннi процесу розформування составу питому роботу сил опору вщ стршок i кривих розглядати як випадко-ву величину. З цих позицш
-0,125-(0,56 - пстр + 0,23-X«) ■ Vc2ep ■ lndlRj) * j=i
Mck =-1-j-,
де ncTp , ^a - вiдповiдно число стршочних пере-водiв i сума куив повороту, 0, на дiльницi, яку вагон проходить за час At ;
Rj - випадковi числа, що рiвномiрно розподiленi в iнтервалi (0,1);
l - шлях, який проходить вагон за час At, м.
Питомий отр руху вагона вщ сшгу та шею слщ визначати згiдно з [11].
Оскшьки Vb; , ß* i гаск е випадковими величинами, то неможливо попередньо оцiнити, яка з пщпркових колiИ буде трудною за опором руху вагона. Тому висо-ту прки слщ визначати по кожнш коли сортувального парку. При цьому моделювання скочування розрахун-кового биуна на кожну пщпркову колiю необхщно ви-конувати не менше N разiв, де N визначаеться умовою отримання репрезентативно! вибiрки. Далi отримаш по кожнiИ коли наИбiльшi висоти для коректноси порiвняння перераховуються вщносно будь-яко! розрахунково! точки з урахуванням поздовжнього i поперечного профШв. За фактичну висоту прки при-Имаеться наИбшьша з перерахованих висот.
Конструктивш розрахунки гiрки слщ виконувати при одночаснш перевiрцi висоти i поздовжнього про-фiлю на умову роздшення розрахункового i хорошого бiгунiв у розрахункових сполученнях „розрахунковиИ биун" - „хорошиИ б^ун" i „хорошиИ биун" - „розрахунковиИ б^ун" на роздiлових елементах у сприятли-вих i несприятливих умовах скочування.
Реалiзацiя запропонованого наукового пщходу до-зволяе зменшити висоту прки при застосуванш тра-дицiИного профшю до 20% (рисунок). Метод розрахунку висоти прки, що рекомендованиИ шструкщею 1978 року, дае значно меншу похибку розрахунку у порiвняннi з дiючим методом, але не може використо-вуватись, оскiльки не забезпечуе докочування поганих биушв до розрахунково! точки при сильних вирах, а при слабих - отримуеться надлишкова висота.
6. Висновки
УдосконалениИ науковиИ пiдхiд до визначення висоти сортувально! прки, якиИ запропонованиИ автором, дозволяе отримати бшьш точниИ результат розрахунку, що забезпечуе зменшення висоти гiрки i, вiдповiдно, збереження паливно-енергетичних i виробничих ресурав, та максимально враховуе клiма-тичш умови i параметри плану прково! горловини.
6.5
5.5
Нг, м 5
4.5
4 3.5
3.5
4.5 5 5.5 Vb, м/с
6.5
--з використанням удосконаленого методу
-зпдно з ¡нструкцюю 1978 року
-зпдно з д^чою ¡нстущею '
Рисунок. Результати розрахунмв висоти сортувально! гiрки при використанш рiзних наукових пiдходiв
Лiтература
1. Концепщя Державно! программ реформування зашзнич-
ного транспорту Украни. - Ки!в, 2006.
2. Массуте Е. Определение сопротивления среды для ваго-
нов, скатывающихся с горки. Ганновер: Высшая техническая школа, 1955. - 67 с.
3. Костин Н.И. Сопротивление движению одиночных ваго-
нов // Железнодорожное дело. - Москва, 1931. - № 12.
- С. 5-11.
4. Пугачевский Ф.В. Механизированные сортировочные гор-
ки и их расчет. - М.: Трансжелдориздат, 1933. - 173 с.
5. Фролов А.Н., Боцманов Б.В. Сопротивление вагонов при
скатывании с горок // Тр. ВНИИЖТа. - М.: Трансжелдориздат, 1939. - Вып. 60. - С. 13-16.
6. Рогинский Н.О. Механизация сортировочных горок. - М.:
Трансжелдориздат, 1938. - 255 с.
7. Страковский И.И. Сопротивление вагонов при скаты-
вании с горки в зимнее время // Тр. ВНИИЖТа. - М.: Трансжелдориздат, 1952. - Вып. 63. - 129 с.
8. Технические указания по проектированию станций и узлов на железных дорогах общей сети Союза ССР. - М.: Трансжелдориздат, 1961. - 151 с.
9. Сопротивление движению грузовых вагонов при скатыва-
нии с горок / Под ред. Е.А. Сотникова. - М.: Транспорт, 1975. - 104 с.
10. Инструкция по проектированию станций и узлов на железных дорогах Союза ССР: ВСН 56-78.-М.: Транспорт, 1978. - 175 с.
11. Правила и нормы проектирования сортировочных устройств на железных дорогах СССР // ВСН 207-89/ МПС. - М.: Транспорт, 1992. - 104 с.
12. Образцов В.Н. Основные данные для проектирования железнодорожных станций. - М.: Государственное издательство, 1929. - 344 с.
13. Бартенев П.В. Станции и узлы. - М.: Трансжелдориздат.
- 1945. - 601 с.
14. 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.
7
6
3
4
6
7
