CC BY
13
Системный анализ. Моделирование. Транспорт. Энергетика. Строительство _Экономика и управление_
рельсового транспорта на основе модернизированной методики СНиП 11-12-77 «Защита от шума» / К. М. Титов, П. Н. Холодов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2011. № 4 (32). С. 154-157.
9. Подвербный В. А. Скоростной рельсовый транспорт для обеспечения пассажирских перевозок в Иркутской агломерации / В. А.
ш
Подвербный, О. В. Подвербная, А. В. Под-вербный и др. // Проблемы и перспективы изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации российских железных дорог : материалы всерос. науч.-практ. конф. 1011 октября 2007 г. : Т. 2. Иркутск: Изд-во ИрГУПС, 2007. С. 85-105.
УДК 656.212 Бондаренко Ирина Сергеевна,
научный сотрудник Сибирского отделения ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» тел.: 89148934417, e-mail: [email protected] Иванков Алексей Николаевич, к. т. н., доцент кафедры «Управление эксплуатационной работой» ИрГУПС
тел.: 89148939774, e-mail: [email protected] Иванкова Людмила Николаевна, к. т. н., доцент кафедры «Эксплуатация железных дорог» Российской открытой академии транспорта - филиала МИИТ тел.: 89148934321, e-mail: [email protected]
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ПРОЦЕСС РОСПУСКА СОСТАВОВ С СОРТИРОВОЧНОЙ ГОРКИ
I.S. Bondarenko, A.N. Ivankov, L.N. Ivankova
CHOICE OF THE BEST VALUES OF FACTORS, INFLUENCING ON THE PROCESS OF BREAKING UP
OF TRAINS ON HUMP
Аннотация. Спланирован и выполнен эксперимент, в котором на имитационной модели исследован процесс скатывания вагонов с горки и определена степень влияния режима торможения, скорости встречного ветра, числа и весовой категории вагонов на скорость входа в тормозные позиции.
Ключевые слова: сортировочные станции, имитационная модель работы станций.
Abstract. The experiment, in wich the process of rolling of cars from the hump is explored on the simulation model and the level of influence of breaking mode, head wind velocity, number and weight categories of cars on velocity of entry in brake position is determined, is planned and carried out.
Keywords: sorting stations, imitating model of work of a railway station.
Сортировочные станции сети железных дорог России выполняют основную работу организации вагонопотоков в поезда. Эффективность функционирования станций сетевого значения в
значительной мере определяется техническим оснащением и средсвами механизации и автоматизации сортировочных горок.
Торможение отцепов на сортировочных горках является многовариантной многоэкстремальной задачей, не имеющей четкой формализации. От эффективности торможения вагонов засит ряд параметров, характеризующих перерабатывающую способность и себестоимость расформирования составов.
Данная статья посвящена выбору рациональных режимов торможения отцепов на спускной части горки с учетом различных факторов. На скорость входа отцепа в тормозную позицию (ТП) влияют: профиль спускной части горки, число вагонов в отцепе, весовая категория вагонов, способ регулирования скорости отцепов на впередилежа-щей тормозной позиции (режимы торможения), параметры среды и ветра, складывающаяся оперативная обстановка. То есть процесс работы сортировочного комплекса представляет собой сложную задачу. Решать эту задачу целесообразно ме-
иркутским государственный университет путей сообщения
тодом имитационного моделирования работы сортировочной горки. Моделируется отцеп, количество вагонов в отцепе, осевые нагрузки, основное удельное сопротивление, ветровые характеристики, сопротивление среды, параметры плана и профиля на каждом шаге моделирования. Процесс выбора режимов торможения итерационный [1-3].
Для выбора оптимальных режимов торможения использован метод планирования эксперимента для горки большой мощности. Число вагонов в отцепе (фактор х1), весовая категория отцепа (фактор х2), режим торможения (фактор х3) варьировались, остальные факторы поддерживались на постоянном уровне. Неуправляемые факторы принимались случайными, т. е. действие по ним усреднялось.
В качестве компьютерной модели, имитирующей работу сортировочной горки, была использована программа, разработанная авторами.
В эксперименте принимались одно-, трех-
и восьмивагонные отцепы 4 весовых категорий (легкая, средняя, среднетяжелая, тяжелая). При этом менялись режимы торможения, различающиеся между собой способом распределения избыточной непогашенной энергетической высоты. В первом режиме распределение суммарной энергетической высоты, подлежащей погашению, было 50 % -на 1Т П, 30 % - на ГГТП, 20 % - на парковой тормозной позиции (ПТП); во втором режиме 25 % - на ГГП, 50 % - на ГГТП, 25 % - на ПГП; в третьем режиме 40 % - на ГТП, 50 % - на ГГТП, 10 % - на ПТП. В любом случае погашаемая энергетическая высота не превышала фактическую мощность замедлителя данной тормозной позиции. Также изменялась скорость встречного ветра (3 м/с, 4 м/с, 5 м/с). Для определения влияния весовой категории и числа вагонов на скорость входа отцепа в ТП были построены зависимости, которые представлены на рис. 1-3.
к
н
6.50
6.00
5.50
>,00
4,50
§• 4.00 а
и
6. — 19-^
13 ^--"***
5.99 .——= О.ООбх3 5, 0.13х2+ 0.783Х+ 5.33 К 1 5,99 ¡8
5. 5.38 ________— 56 __________ '
К-= 1
4. 4. 59 ^—'"" 4.77 54
4.12 ----—" у = -0.01 бх ЧО.ОЭх^ 0.116х+3.93 К- = 1
- 1 вагон IТП
— • — 8 вагов I ТП
4Я 65 "8
Вес вигони Р, т
---5 вагонов I ТП
-Полиномнальная(1 вагон! ТП)
-Полиномиальная (5 вагонов I ТП) -Полиномиальная (8 вагов I ТП)
Рис. 1. Зависимость скорости входа отцепа в 1ТП от веса для всех режимов торможения при скорости ветра 5 м/с
1 вагон 2режим 5 вагонов 2 режим
8вагонов 1 режим 8 вагонов 2 режим - 8вагонов 3 режим
Рис. 2. Зависимость скорости входа отцепа во ПТП от веса вагона при скорости ветра 5 м/с
1вагон 1 режим - 1 вагон 2режим 1 вагон 3 режим
5 вагонов 1 режим ----5 вагонов 2 режим 5 вагонов 3 режим
8 вагонов 1 режим -----3 вагонов 2 режим 3 вагонов 3 режим
Рис. 3. Зависимость скорости входа отцепа в ПТП от веса вагона при скорости ветра 5 м/с
По результатам моделирования можно сделать вывод, что зависимость скорости входа отцепа в 1ТП от весовой категории аппроксимируется полиномом третьей степени.
Скорость входа во 11ТП выше во втором и третьем режимах торможения (для которых распределение энергетической высоты составило соответственно 25 % и 40 % на ПИ), чем в первом режиме, так как в нем распределение энергетической высоты, подлежащей погашению, было максимальным (50 %). С увеличением веса вагона скорость при этих режимах возрастает. Отцепы при первом режиме торможения были больше приторможены на 1ТП, при этом на 11ТП гасилось 20 % энергетической высоты, т. е. меньше, чем в других режимах. Скорость снижалась с увеличением веса вагона.
Влияние веса вагона на скорость входа отцепа в 111ТП значительное только у одно- и пяти-вагонных отцепов для первого и второго режимов торможения, на первых двух ТП у них погашено 80 и 75 % энергетической высоты, скорость с увеличением веса отцепа возрастает, а у 8-вагонных отцепов изменения незначительные. В третьем режиме на I и II ТП погашено 90 % энергетической высоты, скорость входа в ПТП невысокая, с изменением весовой категории отцепов она снижается.
Скорость входа отцепа в 1ТП в зависимости от числа вагонов можно аппроксимировать полиномиальной зависимостью второй степени. С увеличением количества вагонов в отцепе сопротивление движению отцепа увеличивается, а скорость входа отцепа в ТП уменьшается (см. рис. 4-6).
При планировании эксперимента в этой работе был использован полный факторный экспе-
римент 23. Кодированные значения факторов и опытные значения функций, отображающих скорость входа отцепов в тормозные позиции сортировочной горки, были представлены в виде матриц планирования [4, 5]. После обработки экспериментальных данных получены следующие уравнения регрессии для кодированных значений факторов:
- при скорости ветра 3 м/с для скорости входа в 1ТП
у = 5,523 -1,008 • X! + 0,313 • х2 - 0,028 • хх • х2; для скорости входа во 11ТП -у2 = 5,429 - 0,311 х1 + 0,131 х2 + 0,521 х3 - 0,074 х
х Х1Х2 + 0,111 Х1Х3 + 0,184 Х2 Х3 - 0,001 Х1Х2 Х3; для скорости входа в ПТП -
у3 = 2,749 - 0,449 ^ + 0,096х2 + 0,391 х х3 - 0,151 х
х х1х2 - 0,041x^3 + 0,149 Х2 Х3 - 0,034 х1х2 Х3; где х1 - число вагонов в отцепе; х2 - весовая категория отцепа; х3 - режим торможения;
- при скорости ветра 4 м/с для скорости входа в 1ТП
У1 = 5,325 -1,145X! + 0,185х2 - 0,185х1х2; для скорости входа во 11ТП -
у2 = 5,41 - 0, 295х1 + 0,143х2 + 0,49х3 -
-0,082х1х2 + 0,12х1х3 + 0,203х2х3 -
-0,008X1X2Х3;
для скорости входа в ПТП -
у3 = 2,721 - 0,419х1 + 0,116х2 + 0, 364х3 --0,169х1х2 - 0, 026х1х3 + 0,164х2х3 --0,041X1X2 Х3;
- при скорости ветра 5 м/с для скорости входа в 1ТП
у = 5,423 - 0,978 хх + 0,368 х2 - 0,043 х^2;
иркутским государственный университет путей сообщения
6.90
о
и* 6.50
Ев
р 6.10 Ев
я 5,70 в и я
® 5.30
я ч: о
в 4.90 в
в
| 4,50 и
и
4.10
2- 0.22х+ 7.23
К-= 1 V = -0 215х2-0 165х+ 7 07
-^5.99 К 1
у = -0,325х3+ 0.365Х+
Ь- 1 5,
у = -0.25х3-0.0 К- = 1 2х+6.7
4.77
4.64
4.39 4,12
Число вагонов в отцепе 11
Л1ТП
- - - СТ1ТП
-Полиномиальная (ЛI 111)
-П олнно миальиая (СТ1111)
-С1ТП -Т1ТП
- Полиномиальная (С I 111)
- Полиномиальная (Т1 111)
Рис. 4. Зависимость скорости входа отцепа в 1ТП от количества вагонов для всех режимов торможения при скорости ветра 5 м/с
— С 2 режим С 3 режим _ . _ . _ -'Т 1 режим СТ 3 режим ............. Т 1 режим ............. Т 2 режим
Рис. 5. Зависимость скорости входа отцепа во 11ТП от количества вагонов при скорости ветра 5 м/с
Рис. 6. Зависимость скорости входа отцепа в ПТП от количества вагонов при скорости ветра 5 м/с
для скорости входа во ПТП
y2 = 5,39 - 0,278х1 + 0,153х2 + 0,45х3 - 0,095х1х2 +
+0,128х^ + 0,233x2Х3 - 0,01xix2Х3; для скорости входа в III
y3 = 2,69 -0,383х1 + 0,135х2 + 0,333х3 -0,193х1х2 --0,01х^3 + 0,183х2х3 - 0,055х^2х3. В данном исследовании представляет интерес максимум функции, т. е. рассмотрим факторы, знаки коэффициентов которых положительны.
Анализируя силу влияния каждого из факторов на параметр оптимизации, можно сделать следующие выводы:
- В уравнении регрессии для скорости входа в 1ТП наибольшая численная величина коэффициента у фактора - весовая категория отцепов (х2). С увеличением встречного ветра вклад этого фактора возрастает.
- На скорость входа во 11ТП и ПТП во втором и третьем уравнениях регрессии существенное влияние оказывает режим торможения. С увеличением встречного ветра степень влияния этого фактора на параметр оптимизации снижается. Также здесь имеет значение весовая категория, влияние которой с увеличением скорости встречного ветра возрастает.
- В уравнениях регрессии для скорости входа во 11ТП и ПТП имеет значение сочетание факторов х2х3.
Анализ результатов эксперимента показал: 1. Существенное влияние на скорость входа отцепа в тормозные позиции оказывает весовая категория. Чем больше вес вагона, тем выше скорость входа в 1ТП. При входе во II и III ТП скорость возрастает с увеличением веса только для одновагонных отцепов. У
пяти- и восьмивагонных отцепов скорость может снижаться и возрастать в зависимости от выбранного режима торможения.
2. Среда и ветер оказывают значительное влияние на одно- и двухвагонные отцепы. При росте числа вагонов в отцепе влияние скорости встречного ветра снижается.
3. Лучшим по условию разделения отцепов на тормозных позициях для многовагонных отцепов является первый режим, а для одиночных - третий режим.
4. Полученные данные можно использовать для проектирования и создания новых систем автоматизации сортировочного процесса.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Правила и нормы проектирования сортировочных устройств на железных дорогах колеи 1520 мм. М. : МПС РФ, 2003.
2. Разработка автоматической адаптивной системы управления сортировочной горкой / Е. Н. Лебединская и др. // Вестник ВНИИЖТа. 1999. № 3. С. 32-34.
3. Савицкий А. Г. Управление движением составов на автоматизированных сортировочных горках / А. Г. Савицкий, В.Г. Шелухин, В. Н. Соколов // Автоматика, связь, информатика. 2004. № 7. С. 15-19.
4. Асатурян В. Н. Теория планирования эксперимента : учеб. пособие / В. Н. Асатурян. М. : Радио и связь, 1983. 248 с.
5. Математическая теория планирования эксперимента / под ред. С. М. Ермакова. М. : Наука, 1983.392 с.
