Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние теории и практики проектирования сортировочных горок с точки зрения оценки качества заполнения путей накопления вагонов 11
1.1. Некоторые исторические аспекты возникновения и развития теории и практики проектирования сортировочных горок 11
1-2- Зарубежный опыт практического решения вопросов, связанных с обеспечением качественного заполнения путей накопления вагонов 15
1.3. Современное состояние и основные тенденции развития теории проектирования горок с точки зрения оценки качества заполнения путей накопления вагонов 20
ГЛАВА 2. Имитационная модель процесса заполнения пути накопления вагонов в сортировочном парке 38
2.1. Концепция использования имитационного моделирования в качестве основного метода проведения исследований 38
2.2. Разработка имитационной модели процесса заполнения пути накопления вагонов в сортировочном парке 43
ГЛАВА 3. Исследование влияния внешней среды, высоты сортировочной горки и структуры вагонопотока на степень заполнения пути накопления вагонов 64
3.1. Влияние ветровых и температурных характеристик внешней среды на степень заполнения пути накопления вагонов при постоянной структуре составов 64
3.2. Методика статистической оценки степени заполнения пути накопления вагонов с учетом вероятностного характера условий внешней среды 75
3.3. Влияние высоты сортировочной горки на степень заполнения пути накопления вагонов при различных ветровых условиях и постоянной структуре составов 80
3.4. Совместное влияние высоты сортировочной горки, ветровых условий и структуры вагонопотока на степень заполнения пути накопления вагонов 86
ГЛАВА 4. Процесс заполнения сортировочных путей при различных ветровых условиях с точки зрения обеспечения безопасного соударения отцепов 97
4.1. Исследование динамики движения отцепов в момент подхода к вагонам на пути накопления при различных ветровых условиях 97
4.2. Разработка методики определения точек размещения и мощности дополнительных тормозных средств на полезной длине сортировочных путей за парковой тормозной позицией 113
ГЛАВА 5. Разработка методики оценки влияния степени заполнения сортировочных путей на простой составов в ожидании расформирования 135
5.1. Определение затрат времени на осаживание одного состава 135
5.2. Оценка влияния степени заполнения сортировочных путей на простой составов в ожидании расформирования 146
5.3. Влияние высоты сортировочной горки на расходы, связанные с простоем составов в ожидании расформирования 158
Заключение 165
Библиографический список использованной литературы 171
Приложение!
- Зарубежный опыт практического решения вопросов, связанных с обеспечением качественного заполнения путей накопления вагонов
- Разработка имитационной модели процесса заполнения пути накопления вагонов в сортировочном парке
- Методика статистической оценки степени заполнения пути накопления вагонов с учетом вероятностного характера условий внешней среды
- Разработка методики определения точек размещения и мощности дополнительных тормозных средств на полезной длине сортировочных путей за парковой тормозной позицией
Введение к работе
Практический опыт эксплуатации сортировочных горок показывает, что в настоящее время задача обеспечения качественного1 заполнения сортировочных путей окончательно не решена [35,71,72]. Значительное число отцепов не докатывается до вагонов, стоящих на путях, образуя «окна» [32]. В это же время отмечается достаточно большое число случаев соударения с недопустимо высокими скоростями, при этом зачастую происходит повреждение вагонов и грузов. Согласно официальной статистике, из общего числа вагонов, поврежденных на станциях сети, около 70 % выводятся из строя на сортировочных горках [58] и за последние годы отмечается значительное увеличение количества случаев повреждения вагонов [35,72].
Среди возможных причин, обусловливающих подобную ситуацию с заполнением подгорочных путей, несоответствие реального продольного профиля сортировочных устройств проекту; недостаточность тормозных средств; ошибки оператора при торможении отцепов; сбои в работе системы торможения, вызванные как полным, так и частичным (выражающимся в реализации тормозной мощности, которая оказывается значительно ниже номинальной) отказом технических средств; погрешности определения характеристик отцепов в связи с недостаточно адекватным учетом большого числа случайных факторов (в том числе влияния ветровых условий), а также ряд других причин, часто с трудом поддающихся формализации.
Для решения задачи обеспечения качественного заполнения сортировочных путей необходимо иметь точные данные о влиянии на этот процесс каждого из перечисленных факторов. Наличие таких данных позволит разрабатывать проектно-технические решения, направленные на оптимизацию параметров сортировочных горок с целью, как улучшения заполнения путей, так и обеспечения соблюдения требований ПТЭ о безопасных условиях соударения вагонов.
1 Качество заполнения путей накопления в данной работе понимается в двух аспектах: обеспечение докатывания отцепов до стоящих на пути вагонов без образования «окон» и подход к вагонам со скоростью, не превышающей установленную ПТЭ допустимую скорость соударения. Для обозначения первого из аспектов качества заполнения путей в данной работе используется термин «степень заполнения пути».
Необходимо отметить, что возможность проведения точной количественной оценки влияния на процесс заполнения путей различных внешних и внутренних факторов значительно осложняется тем, что в реальных условиях работы горки трудно, а зачастую невозможно четко определить, в какой степени тот или иной фактор повлиял на качество заполнения сортировочного пути. Наличие одновременного влияния целого ряда взаимодействующих переменных величин, многие из которых (в частности, характеристики отцепов, скорость и направление ветра) носят случайный характер, создает своего рода «шум», на фоне которого исследовать какой то определенный фактор практически не представляется возможным. Отсутствие достаточного объема достоверных данных о влиянии различных факторов на процесс заполнения путей накопления вагонов препятствует разработке эффективных проектных, инженерно-технических и организационных мероприятий, направленных на кардинальное улучшение ситуации с обеспечением минимального объема работы по осаживанию вагонов на путях сортировочного парка и увеличением сохранности вагонов и грузов за счет безусловного соблюдения требований ГТГЭ о безопасных скоростях соударения вагонов. Такая ситуация свидетельствует об актуальности выбранного направления исследований.
Целью проводимых исследований является оценка влияния различных внешних и внутренних факторов на качество заполнения путей сортировочного парка. Среди таких факторов конструктивные параметры горки, структура перерабатываемого вагонопотока и ряд условий внешней среды (температура атмосферного воздуха, скорость и направление ветра).
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе поставлены следующие исследовательские задачи:
Выполнить анализ современного состояния теории и практики проектирования сортировочных горок с точки зрения оценки качества процесса заполнения путей накопления вагонов.
Разработать имитационную модель процесса заполнения пути накопления вагонов в сортировочном парке, обеспечивающую учет всех суще-
6 ственных факторов (в том числе случайных), влияющих на процесс свободного скатывания отцепов.
С использованием разработанной модели провести исследования по оценке влияния на качество заполнения сортировочного пути (в части, относящейся к степени заполнения полезной длины) факторов внешней среды, высоты сортировочной горки и структуры состава; предложить методику статистической обработки получаемых результатов, учитывающую вероятностный характер ветровых условий.
Оценить влияние на качество заполнения путей ветровых условий (с точки зрения обеспечения требований ПТЭ о безопасных скоростях соударения вагонов) и разработать методику определения точек размещения и мощности дополнительных средств регулирования скоростей движения отцепов на путях сортировочного парка
Разработать методику количественной оценки влияния степени заполнения сортировочных путей на простой составов в ожидании расформирования на основании среднего числа осаживаний, приходящихся на один формируемый состав.
Предметом исследования в данной работе является процесс заполнения путей накопления вагонов в сортировочном парке. Объект для проведения исследований - сортировочная горка и пути накопления вагонов.
Методологической и теоретической основой проводимых исследований является действующая теория проектирования сортировочных горок, труды отечественных и зарубежных авторов, посвященные вопросам исследования, проектирования и эксплуатации сортировочных устройств, в частности, работы таких ученых и специалистов, как В. Д. Никитин, И. И. Страковский, Е. В. Архангельский, Н. В. Правдам, В. Я. Негрей, П. В. Бартенев, С. П. Бузанов, А. М. Карпов, Ю. А. Муха, А. И. Павловский, Е. А. Сотников, Л Б. Тишков, Н. И. Федотов, Е. В. Нагорный, В. П. Шейкин, В. И. Бобровский, С. С. Мацкель, А. В. Быкадоров, И. В. Берестов и другие.
В ходе выполнения работы использовались методы имитационного моделирования, теории вероятностей и математической статистики, теории планирования экспериментов.
Информационной базой исследования являлись:
Данные и сведения из книг и журнальных статей; материалы научных и научно-технических конференций, диссертационных работ и авторефератов диссертаций; сборники научных трудов вузов МПС и ВНИИЖТа; статьи из иностранных журналов; информационные источники Интернет.
Нормативные данные из официально утвержденных документов, относящихся к правилам и нормам проектирования сортировочных устройств и станций, а также методические рекомендации МПС, касающиеся проектирования сортировочных горок.
Реальная проектная документация сортировочных горок; первичные источники данных о структуре вагонопотока, перерабатываемого на реальной станции (сортировочные листы).
Справочные материалы по официальной метеорологической статистике.
5. Результаты собственных расчетов и выполненных экспериментов.
Научная новизна исследования состоит в следующем:
1. На основании анализа современного состояния теории и практики проектирования сортировочных горок установлено, что задача обеспечения заполнения сортировочных путей без «окон» и при гарантированном обеспечении безопасных скоростей соударения вагонов до настоящего времени полностью не решена, в том числе из-за недостатка информации о влиянии на процесс заполнения путей различных внешних и внутренних факторов. Показано, что существующие методы исследования процесса заполнения путей не обеспечивают необходимого учета значительного числа случайных факторов, в частности, индивидуальных характеристик каждого вагона и факторов внешней среды.
Разработана имитационная модель процесса заполнения путей накопления вагонов. В отличие от исследования движения абстрактных расчетных бегунов или их аналогов модель обеспечивает рассмотрение скатывания отцепов различной длины, при этом каждый вагон отцепа считается обладающим индивидуальными характеристиками, в частности, типом, массой, сопротивлением движению. Эти характеристики рассматриваются как случайные величины, определяются на основе обработки реальных данных о структуре перерабатываемого на горке ваго-нопотока методами математической статистики и задаются при помощи функций распределения. Основное сопротивление движению вагонов впервые рассматривается на всей генеральной совокупности возможных значений. Другие виды сопротивления при свободном скатывании определяются в динамике, с учетом ориентации оси сортировки, плана и профиля надвижной и спускной частей горки и сортировочных путей.
В ходе проведения исследований получена количественная оценка влияния на степень заполнения сортировочных путей температуры атмосферного воздуха, скорости и направления ветра, высоты горки и структуры накапливаемых составов. Такая оценка выполнена на основании среднего числа осаживаний, приходящихся на один формируемый состав. Разработана методика статистической оценки этой величины, обеспечивающая учет вероятностного характера ветровых условий местности, в которой будет происходить эксплуатация сортировочного комплекса
Исследования по количественной оценке влияния различных ветровых условий на безопасность соударения вагонов позволили получить зависимости для определения доли отцепов, требующих дополнительного торможения на сортировочных путях, для различных вариантов скорости и направления ветра и конструкции продольного профиля сортировочных путей.
5. Разработана методика определения точек размещения и мощности дополнительных средств регулирования скоростей отцепов на сортировочных путях, вероятностно обоснованно учитывающая влияние ветра на условия соударения вагонов, в отличие от существующих методик, уже на стадии проектирования сортировочного комплекса.
Практическая значимость исследования заключается в следующем:
Разработанная программа имитации процесса заполнения сортировочного пути может использоваться при проведении исследований процессов заполнения путей накопления вагонов для любых горочных сортировочных устройств, существующих или вновь проектируемых, при любой структуре перерабатываемого вагонопотока. Практическое применение программы возможно в проектных и научно-исследовательских организациях системы МПС, железнодорожных вузах, в том числе в учебном процессе.
Рекомендации по учету влияния ориентации оси сортировки, высоты горки и структуры составов на степень заполнения сортировочных путей позволят перевести задачу учета процесса заполнения путей накопления при проектировании горочных устройств в область инженерных расчетов и могут быть использованы проектными организациями.
Методика определения среднего числа осаживаний с учетом вероятностного характера ветровых и температурных условий может использоваться на практике при проектировании и переустройстве сортировочных устройств.
Методшса определения точек размещения и мощности дополнительных средств торможения на сортировочных путях может быть использована в практике проведения инженерных расчетов организациями, занимающимися разработкой автоматизированных и автоматических систем регулирования скоростей движения отцепов.
Выработанные в ходе выполнения данной работы рекомендации по учету влияния ветровых условий и высоты горки на качество заполнения сортировоч-
ных путей были использованы при разработке проеісга сортировочной горки малой мощности для сетевого ПТО на станции Алтайская Зап.-Сиб. ж.д..
Разработанная программа имитации процесса заполнения пути используется в учебном процессе; результаты выполненных исследований включены в содержание лекционного курса дисциплины «Железнодорожные станции и узлы». Основные положения диссертации опубликованы в шести работах, в том числе двух статьях и материалах докладов. Доклады были заслушаны на трех межвузовских научно-практических конференциях «Интеллектуальный потенциал Сибири» (1998 г., 2001-2002 гг.) и научно-технической конференции «Наука и молодежь 21 века» (2002 г.). Доложенные положения получили одобрение и были отмечены дипломами (2002 г.)
На защиту выносятся следующие основные положения:
имитационная модель процесса заполнения пути накопления вагонов;
результаты исследований влияния высоты сортировочной горки, структуры составов, ветровых и температурных условий на степень заполнения пути накопления;
методика определения среднемесячного и среднегодового числа осаживаний с учетом вероятностного характера ветровых условий местности;
методика определения количества и мощности дополнительных тормозных средств на путях сортировочного парка, основывающаяся на вероятностном учете ветровых условий.
Зарубежный опыт практического решения вопросов, связанных с обеспечением качественного заполнения путей накопления вагонов
Несмотря на различные условия эксплуатации сортировочных горок в нашей стране и за рубежом и отличающиеся подходы к проектированию горочных сортировочных устройств, проблема обеспечения качественного заполнения подгорочных путей существует и на железных дорогах зарубежных стран. Наличие такой проблемы не осталось без внимания иностранных ученых и специалистов [51,80,87,88,89,90,91,92].
Результаты анализа научной литературы, связанной с проектированием и эксплуатацией сортировочных горок за рубежом, показали, что решение вопросов, касающихся обеспечения качественного заполнения путей накопления вагонов на железных дорогах других стран, как правило, происходит за счет внедрения новых технических средств, прежде всего, устройств торможения вагонов и контроля заполнения путей [88,90,91,92]. Подобный акцент на использование определенных технических устройств привел к тому, что самостоятельное влияние других конструктивных параметров сортировочной горки на заполнение подгорочных путей на стадии разработки проектных решений учитывается в недостаточной степени [51,80].
Имеющиеся за рубежом технические устройства ориентированы на два аспекта процесса заполнения сортировочных путей: обеспечение высокой степени заполнения полезной длины путей и соблюдение допустимых скоростей движения вагонов в момент соударения.
Достаточно широкое распространение на сортировочных горках ряда зарубежных стран получила система регулирования скорости движения вагонов с использованием точечных вагонных замедлителей типа «Даути». Мощность каждого такого замедлителя составляет 0.006 м.э.в. [2,51,80,89]. Подобные маломощные устройства являются неуправляемыми, торможение вагонов на них выполняется, исходя из единственного условия - превышения установленной контрольной скорости. Определения ходовых свойств отцепов, расчета и изме рения скорости выхода с тормозной позиции при этом не производится. Системы подобного типа нашли применение на сортировочных горках Германии, Австрии, Венгрии, КНР [2,51,80]. Основных вариантов размещения точечных замедлителей два. В первом случае торможение отцепов на горке и путях накопления осуществляется только точечными замедлителями; во втором случае подобные маломощные замедлители размещаются только на сортировочных путях, а на спускной части горки используются замедлители других типов (например, балочные).
Другой вариант системы торможения вагонов основывается на использовании на путях дополнительной тормозной позиции, размещаемой на удалении 150 - 200 м за первой парковой тормозной позицией. В некоторых разновидностях такой системы на дополнительной парковой тормозной позиции используются точечные замедлители. Подобные схемы торможения нашли применение на ряде сортировочных горок Японии [89].
В последнее время достаточно широкое распространение за рубежом получают различные вагоноосаживающие устройства. Они предназначены для ликвидации «окон», появляющихся в процессе роспуска на сортировочных путях. Принцип их работы основан на устранении интервалов между отцепами за счет их перемещения при помощи различного рода самостоятельных механизмов, самодвижущихся или лебедочного типа [2,87].
Исследования влияния работы различных технических систем на качество заполнения путей показывают следующее [2]: использование точечных вагонных замедлителей на дополнительной парковой тормозной позиции способствует сокращению маневровой работы по осаживанию вагонов примерно на 9 %, по сравнению с использованием прицельного торможения на одной парковой тормозной позиции; использование точечных вагонных замедлителей на полезной длине сортировочных путей со специальным профилем улучшает степень за полнения путей на 15 % и позволяет обеспечить допустимые скорости соударения вагонов на путях; при оборудовании путей сортировочного парка вагоноосаживающими устройствами степень заполнения путей по сравнению со случаем прицельного торможения на единственной парковой тормозной позиции увеличивается на 60 - 85 %, при этом работа вагоноосаживателей никак не сказывается на улучшении ситуации с обеспечением допустимых скоростей соударения на путях, поскольку подобные устройства не позволяют погашать избыточные скорости отцепов. Необходимо отметить, что технические системы, применяемые в настоящее время на горках зарубежных стран, имеют ряд недостатков. В частности, системы с использованием точечных замедлителей, улучшая условия заполнения путей и соударения вагонов, имеют следующие особенности [2]:1. Скорость роспуска при использовании таких систем снижается.2. Использование неуправляемых точечных замедлителей требует максимальной возможной плотности их размещения на полезной длине сортировочных путей. Так, общее количество подобных замедлителей на станции Нюрнберг (Германия) составляет 42 тыс. штук, на станции Вена-Центральная (Австрия) - 39 тыс. штук. Стоимость подобных систем оказывается значительной.3. Замедлители постоянно находятся в рабочем положении, что вызывает определенные затруднения, связанные с торможением всех вагонов и локомотивов при производстве маневров. При этом скорость передвижения снижается до 10 км/ч.
Указанные недостатки, специфика проектирования горочных сортировочных устройств и различия в условиях эксплуатации сортировочных горок в нашей стране и за рубежом указывают как на наличие резервов для совершенствования подобньгх технических устройств, так и на необходимость более детального обоснования влияния различных факторов на качество заполнения сортировочных путей.
Следует отметить, что зарубежный опыт практического использования систем, предназначенных для улучшения качества заполнения сортировочных путей, в частности, вагоноосаживающих устройств и систем квазинепрерывного торможения является достаточно ценным при решении аналогичных вопросов на отечественных железных дорогах. В то же время, возможности широкого использования этих технических средств путем прямого заимствования ограничиваются рядом факторов, среди которых конструктивные особенности подвижного состава, обусловливающие различия сопротивления движению и, соответственно, динамик} скатывания отцепов; отличия в конструкции сортировочных горок. Параметры зарубежных систем регулирования скорости отцепов не рассчитывались на условия эксплуатации отечественных сортировочных устройств, вследствие чего эффективное использование «готовых» систем требует, как минимум, значительных реконструктивных мер с целью приведения параметров сортировочной горки в соответствие с зарубежными требованиями, что иногда означает нарушение правил и норм проектирования, принятых на железных дорогах нашей страны. Монтаж и эксплуатация таких заимствованных систем (как отмечалось выше, достаточно дорогостоящих) без тщательного технико-экономического обоснования представляется необоснованно рискованным как с эксплуатационной, так и с экономической точки зрения. В то же время, практическая возможность проведения подобных исследований импортных технических средств, в частности, систем регулирования скоростей движения отцепов, ограничивается существованием международного патентного права, обусловливающего закрытость некоторых видов технической информации, которая в определенных условиях может иметь коммерческую ценность.
Такая неоднозначная ситуация указывает на целесообразность внимательного изучения возможностей использования хорошо зарекомендовавших себя в условиях эксплуатации зарубежных железных дорог технических систем, способствующих улучшению качества заполнения сортировочных путей, с одной стороны, и на необходимость параллельного проведения исследований, направленных на разработісу отечественных систем, позволяющих эффективно решать
Разработка имитационной модели процесса заполнения пути накопления вагонов в сортировочном парке
Использование средств компьютерной техники позволяет проводить моделирование процесса накопления вагонов на подгорочных путях численными методами. Нами была разработана программа имитации процесса заполнения пути накопления вагонов в сортировочном парке [18,23].
Принципиальные отличия предлагаемой программы от существующих имитационных моделей, обеспечивающие большую сравнительную степень ее адекватности реальному процессу, заключаются в следующем: учете структуры перерабатываемого вагонопотока по типам и весовым категориям с наделением каждого вагона индивидуальной массой; учете структуры отцепопотока; рассмотрении основного сопротивления движению вагонов на всем интервале возможных значений генеральной совокупности; корректном рассмотрении всех видов сопротивления, действующих на отцепы при свободном скатывании (основного, от воздушной среды и ветра, от кривых и стрелочных переводов, от снега и инея), с учетом динамики их изменения.
В основу работы программы заложены следующие принципы:1. В ходе моделирования рассматривается процесс движения отцепов, обладающих индивидуальными характеристиками (количество вагонов, их тип и масса, сопротивление движению).2. Движение отцепа рассматривается как дискретный процесс, состоящий из множества последовательных элементарных перемещений с задаваемым шагом смещения (1 м).3. Позиция смещения отцепа отслеживается по координате конца последней автосцепки, начиная от точки положения отцепа в надвигае мом на горку составе при нахождении первого вагона на горбе горки и заканчивая точкой остановки на пути накопления.4. Все виды сопротивления (неуправляемого: основного, от воздушной среды и ветра, от кривых и стрелок, от снега и инея) определяются для отцепа как сумма сопротивлений всех вагонов на рассматриваемом шаге смещения.5. Величина движущей (профильной) силы для каждого отцепа на рассматриваемом шаге смещения определяется как сумма профильных сил для всех вагонов.
Принцип рассмотрения суммарной работы сил сопротивления и движущих сил в динамике дает возможность определять координату точки остановки отцепа на пути накопления с любой требуемой точностью, зависящей от задаваемой величины шага смещения.
В ходе имитации процесса заполнения сортировочного пути рассматривается скатывание только тех отцепов, которые входят в структуру состава, накапливаемого на интересующем нас пути. Для начала процесса имитации задаются следующие исходные данные:1) количество составов, формирование которых рассматривается за одинсеанс имитации, о ;т max2) максимальное количество вагонов в составе, - \? ;3) функция распределения вагонов в накапливаемом составе по типам,4) функция распределения вагонов в накапливаемом составе по весовым категориям, FK-95) функция распределения числа вагонов в отцепе, FBO;6) длина формируемых составов, -ь с 7) полезная длина пути накопления, Ln ;8) температура окружающей среды, т\
Исходные данные о реальном плане и продольном профиле размещаются во внешних файлах. Файл данных о профиле имеет следующий формат: первая строка файла содержит количество элементов реального профиля на расчетном участке. Каждая последующая строка содержит информацию об одном элементе реального продольного профиля. Первое число в этой строке - это код элемента профиля (1 - прямолинейный элемент, 2 - криволинейный элемент). Если код равен единице, то второе число - это длина элемента (в метрах), а третье - уклон элемента (в %0) со знаком «плюс» (спуск) или «минус» (подъем). Если код равен двум, то второе число - это радиус вертикальной кривой, третье число - уклон касательной в начале кривой, четвертое - уклон касательной в конце кривой.
Исходные данные о реальном плане содержатся в другом файле, первая строка которого содержит количество элементов реального плана на той же длине, что и в файле данных о реальном продольном профиле. Таким образом, суммарная длина элементов реального плана равна суммарной длине элементов реального профиля1: Каждая последующая строка содержит информацию об одном элементе реального плана. Первое число в строке - это код элемента плана (1 - кривая, 2 - стрелочный перевод, 3 - тормозная позиция, 4 - прямая). Второе число - длина элемента реального плана, третье - угол кривой в градусах со знаком «плюс» при движении отцепа по кривой в направлении, обратном ходу часовой стрелки и со знаком «минус» при движении по часовой стрелке. Для стрелочного перевода угол кривой равен половине величины угла крестовины.
В процессе имитации рассматривается движение отцепов на расчетном участке. Длина рсчетного участка определяется по формуле:, где гг - длина горочной горловины (расстояние от вершины горки до предельного столбика соответствующего пути).Участок Lpy разбивается на расчетные элементы длиной 1 метр.
Перед началом работы программы имитации производится обработка реального продольного профиля и плана расчетного участка.
По результатам обработки профиля формируется множество фиктивных уклонов для вагона при прохождении его по всем расчетным элементам:U кт —{U UKmk},k — l,Lpy (рИС 2.1). При расчете U UKmk используется весвагона, приходящийся на і-ю ось (Р{, принимается равным Ул веса вагона Qe). Номер позиции смещения к определяется по оси автосцепки, последней по ходускатывания вагона. Проекции ускоряющих сил F І на горизонтальную ось из-за малости углов, образуемых элементами продольного профиля с горизонтальной осью, принимаются равными самим значениям этих сил. Тогда фиктивныйуклон для вагона массой Qe тонн определится следующей формулой:
Такой фиктивный уклон - это аналог уклона, находясь на котором материальная точка с массой, равной Qe подвергалась бы действию профильной силы Укрупненная блок-схема модуля обработки данных о плане и продольном профиле приведена на рис. 2.2.
Перед расчетом углов обдувания вагона на всех позициях смещения про изводится определение координат xk и У к (я — РУ ) границ расчетных элементов плана путем последовательного вычисления приращений координат dx и dy на каждом расчетном элементе. За начальные координаты 0 = 0;У о — 0 принимаются координаты начала первого элемента плана пути.Направление оси X совпадает с направлением оси сортировки, ось Y перпендикулярна ему. Приращение dy считается положительным, если на данном элементе происходит поворот в направлении, обратном ходу часовой стрелки.
Методика статистической оценки степени заполнения пути накопления вагонов с учетом вероятностного характера условий внешней среды
По данным метеорологической службы, имеющей статистические данные о ветровых условиях в местности расположения сортировочного комплекса, необходимо определить вероятности появления в данной местности ветров определенной скорости и направления. При этом следует учитывать тот факт, что при различной температуре атмосферного воздуха вероятности появления различных ветровых условий неодинаковы (так, известно, что при низких температурах обычно не наблюдается сильных ветров). Учитывая наличие корреляции между ветровыми и температурными характеристиками, среднемесячную величину числа осаживаний, приходящихся на один накапливаемый состав, можно определить по формулегде ri,j,i - вероятность появления в п-м месяце ветра направления і и скорости j при температуре 1;ij,i - среднее число осаживаний, приходящихся на один накапливаемый состав, при соответствующих условиях внешней среды. В качестве значений i, j, 1 используются фиксированные варианты направления, скорости ветра и температуры.
Следует отметить, что получение информации о коррелированных вероятностях появления различных температурных и ветровых условий не всегда возможно по объективным причинам. В этом случае расчет величины среднего числа осаживаний может производиться следующим образом.
По данным метеорологической службы или специальным справочникам, (л)(например, [64,65]) определяется среднемесячная температура n-го месяца 1т Находятся вероятности появления в n-м месяце ветра і-го направления и j-йскорости uj . Поскольку, вследствие особенностей проведения и обработкирезультатов метеорологических наблюдений, направления ветра обычно фиксируются по румбам, а скорости ветра объединяются в градации, в качестве параметра і следует принять условный номер румба (от первого до восьмого с учетом промежуточных румбов), а в качестве параметра j - номер градации скорости ветра (обычно таких градаций семь). Среднее число осаживаний, приходящихся на один накапливаемый состав, в этом случае можно рассчитать по формулегде rij - вероятность появления в n-м месяце ветра направления і и скорости j;
Ki,j- среднее число осаживаний, приходящихся на один состав, при+ (и)ветре 1-го направления и j-й скорости при температуре ви . Среднегодовая величина количества осаживаний, приходящихся на один накапливаемый состав, в обоих случаях может определяться по формуле
Для определения значений среднемесячного и среднегодового количества осаживаний по изложенной методике были выполнены подобные расчеты для принятых условий моделирования. Рассчитывались средние значения числаосаживаний, приходящихся на один состав, по всем месяцам (К , п —1,12)5 атакже величина среднегодового количества осаживаний Кгод. Расчет производился в табличной форме.
Температурные условия были представлены несколькими температурными группами в соответствии со среднемесячной температурой того или иного месяца ] (табл. 3.1).
Пример расчета К (для июля) представлен в табл. 3.2 - 3.4. Данные о вероятности появления того или иного ветра для июля [65] приведены в табл. 3.2, рассчитанные в ходе постановки имитационных экспериментов значенияК- ij сведены в табл. 3.3. В табл. 3.4 внесены рассчитанные значения
Предлагаемая методика может использоваться при определении среднего числа осаживаний за длительный период времени (год, месяц), для любых местных условий работы сортировочных комплексов.
Важным фактором, напрямую связанным с максимальной возможной дальностью пробега отцепов в сортировочный парк, является высота сортировочной горки, определяющая потенциальную энергию вагонов в момент отрыва от надвигаемого состава. При определении необходимой и достаточной высоты горки следует признать целесообразность учета влияния высоты горки на степень заполнения путей в сортировочном парке [17,24].
В процессе взаимодействия различных внутренних и внешних факторов изменение высоты горки может как способствовать лучшему заполнению сортировочного пути, так и препятствовать ему. Можно предположить, что изменение высоты горки в различных условиях будет вызывать нелинейное изменение среднего количества осаживаний, приходящихся на один накапливаемый состав. Определение высоты горки, способствующей наилучшему заполнению путей накопления, является достаточно сложной задачей, при рассмотрении которой необходимо учитывать динамику изменения ускоряющих и замедляющих сил, а также вероятностный характер целого ряда факторов, участвующих в данном процессе.
На рассматриваемом этапе исследований ставилась задача проследить взаимодействие таких факторов, влияющих на процесс заполнения пути накопления, как скорость и направление ветра и высота сортировочной горки. С этой целью с использованием вышеописанной имитационной модели была проведена серия экспериментов по определению среднего количества осаживаний, приходящихся на один накопленный состав. При этом рассматривались следующие варианты высоты горки, скорости и направления ветра:1. Высота горки: 3.38, 3.76, 4.15, 4.54 м.2. Скорость ветра: 5.5, 9.5,13.5, 17.5, 21.5 м/с. 3. Направление ветра - по всем основным и промежуточным румбам (всего восемь вариантов).
Распределения структуры накапливаемых составов по типам и весовым категориям были приняты равномерными. В конечном счете было обработано 160 вариантов сочетаний варьируемых факторов. Результаты определения среднего числа осаживаний, приходящихся на один накапливаемый состав, для различных условий сведены в табл. 3.5 - 3.8. По результатам проведенных экспериментов для всех рассматриваемых направлений ветра были построены графики зависимостей среднего числа осаживаний от высоты горки при различной скорости ветра Вид такой зависимости для румба, соответствующего углу 0 , представлен на рис. 3.11. Графические зависимости для других румбов приведены в приложении 2.
Разработка методики определения точек размещения и мощности дополнительных тормозных средств на полезной длине сортировочных путей за парковой тормозной позицией
При определении мест установки дополнительных средств торможения на полезной длине сортировочных путей за парковой тормозной позицией необходимо учитывать характер ветровых условий местности, в которой будет происходить эксплуатация сортировочного комплекса.
Ранее было отмечено, что степень влияния ветра различного направления и скорости на безопасность процесса заполнения сортировочных путей неодинакова. Прежде всего, следует выделить те варианты направления и скорости ветра, при которых создается наиболее сложная обстановка, с точки зрения обеспечения безопасных условий соударения вагонов на путях.
Наиболее сложные условия работы системы регулирования скорости отцепов на сортировочных путях (при которых расстояние между точками торможения должно быть минимальным) создаются при высокой скорости ветра потенциально опасного направления. Логичным является проектирование распределенной (квазинепрерывной) системы торможения, рассчитанной именно на условия возникновения наиболее сильного ветра опасного направления. Однако в большинстве случаев вероятность появления ветра достаточно большой скорости невелика, и принятие таких условий в качестве расчетных может привести к проектированию системы регулирования скоростей отцепов с избыточным количеством тормозных средств. Вопрос об определении допустимого уровня подобной «избыточности» и расчетных условий для проектирования системы дополнительного торможения на сортировочных путях должен решаться на основании точной экономической оценки затрат, связанных с установкой и обслуживанием дополнительных замедлителей, с одной стороны, и расходов, связанных с потенциально возможными повреждениями вагонов и грузов при возникновении ветровых условий, более опасных, чем расчетные, с другой стороны. Кроме того, при решении этого вопроса необходимо учиты вать возможность проведения оперативных мероприятий, направленных на обеспечение безопасных условий соударения вагонов при возникновении критических ветровых условий (например, временное использование немеханизированного торможения на сортировочных путях, временное приостановление роспуска). Задача проведения подобного технико-экономического обоснования в данной работе не ставилась.
В качестве одного из возможных вариантов определения расчетных ветровых условий для проектирования системы дополнительного торможения отцепов на путях сортировочного парка можно рассмотреть вариант с временной приостановкой роспуска при возникновении ветровых условий, более опасных, чем те, на которые рассчитывалась проектируемая система торможения.
Необходимо особо отметить, что приостановление роспуска при возникновении потенциально опасных ветровых условий, создающих угрозу безопасности всего сортировочного процесса, не должно вызывать длительных перерывов в работе горки, которые могут существенно повлиять на процесс расформирования и формирования поездов. С целью определения значений критической скорости ветра, при которой приостановление роспуска можно считать допустимым, автором был выполнен анализ статистических данных о повторяемости ветра различной скорости и направления для метеорологических условий Новосибирской, Томской и Кемеровской областей Западной Сибири. При этом использовались данные источника [65].
В справочнике повторяемость направлений ветра дается по румбам: С, СВ, В, ЮВ, Ю, ЮЗ, 3, СЗ. Повторяемость скоростей представлена в укрупненных градациях: 0 - 1, 2 - 5, 6 - 9, 10 - 13, 14 - 17, 18 - 20 и более 20 м/с. Поскольку полученные ранее данные, касающиеся скоростей соударения отцепов, определялись для варианта ориентации оси сортировки в направлении «Юг - Север», и при этом, в принципе, возможен любой другой вариант направлення оси сортировки, причем, как правило, не совпадающий ни с одним из румбов, в условиях подобной неопределенности представляется правильным при анализе повторяемости ветра различной скорости оперировать суммарной вероятно стью появления ветра определенной укрупненной градации скорости по всем основным и промежуточным румбам.
В табл. 4.3 приведены данные о повторяемости ветра различной скорости по направлениям для условий г. Новосибирска за июнь [65].спроектированной для скорости ветра, меньшей 18 м/с, при появлении ветровых условий, соответствующих скорости ветра потенциально опасного направления более 18 м/с, можно считать целесообразным кратковременное приостановление роспуска с целью гарантированного обеспечения безопасных условий соударения отцепов на подгорочных путях.
Из результатов выполненных исследований видно, что потенциально опасными направлениями ветра (в принятой системе координат) являются румбы, соответствующие углам 135, 180 и 225 . Для уточнения диапазона углов потенциально наиболее опасных направлений ветра были выполнены детальные исследования, направленные на определение доли отцепов, для которых требуется дополнительное торможение на полезной длине сортировочных путей. Подобная детализация проводилась для диапазона направлений ветра от 90 до 270 , с шагом 5 . Графическая интерпретация результатов расчета представлена на рис. 4.10.
При определении точек размещения дополнительных тормозных средств на полезной длине сортировочных путей предлагается руководствоваться следующим правилом: места установки средств регулирования скорости движения отцепов за парковой тормозной позицией должны быть выбраны таким образом, чтобы на участке пути между соседними точками торможения можно было полностью исключить разгон отцепов до скорости, превышающей допустимуюскорость соударения. Иными словами, расстояние мт между точками торможения на сортировочном пути следует устанавливать равным минимальномурасстоянию Ь min , на котором происходит разгон отцепов до скорости, равной 1.4 м/с. При постоянной величине уклона участка II расстояние между точками торможения можно считать одинаковым.
При разном направлении и скорости ветра величина L min будет меняться. При этом при известной ориентации оси сортировки распределение вероятностей появления ветра различной скорости и направления в данной местности
