702

656 С56

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Сборник научных статей Под редакцией С.А. Бессоненко, А.В. Дмитренко

НОВОСИБИРСК 2008

ПРЕДИСЛОВИЕ

Внастоящем сборнике помещены статьи, посвященные совершенствованию эксплуатационной работы железных дорог, в которых рассматриваются вопросы повышения среднего веса грузовых поездов, увеличения степени использования локомотивов в условиях неравномерности движения в зависимости от протяженности участков обращения локомотивов, совершенствования эксплуатационной работы сортировочных горок, совершенствования перевозок пассажиров, анализируется эффективность применения подталкивания с целью дальнейшего повышения среднего веса грузовых поездов. Оценены расходы, связанные с движением локомотивов-толкачей, организацией передвижения локомотивов сплотками в случае повышения размеров движения двухпутных железнодорожных линий.

Анализируется величина транспортных затрат, характер потоков грузов из сельской местности в крупные города. Оценена эффективность организации вождения сдвоенных составов пассажирских поездов на магистральных линиях большой протяженности. Показана возможность обеспечения более равномерного управления отправлением пассажиров в условиях неравномерности движения

Всборник включен ряд статей зарубежных авторов. В них рассмотрены вопросы оценки вариантов организации подготовки вагонов под погрузку для стран с различными объемами работы или

сразличной территорией. Оценена эффективность электрификации железной дороги в Монголии при наличии суммарного подъема линии в грузовом направлении. Установлена сфера изменения веса грузовых поездов для повышения скорости движения вагонов, что особенно важно в условиях перспективного роста объемов перевозок.

3

УДК 656.212.5

С.А. Бессоненко

ОПТИМИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СОРТИРОВОЧНОЙ ГОРКИ

1. Общие принципы расчета

При расчете параметров сортировочной горки (высота, уклоны участков продольного профиля, мощность тормозных позиций, скорость роспуска составов) используются расчетные бегуны с достаточно жестко заданными характеристиками. Это не позволяет в должной степени учитывать характер перерабатываемого вагонопотока и климатические условия местности. Значительные трудности создаются для получения оптимальных для конкретных условий параметров горки. Одни и те же расчетные бегуны используются для проектирования сортировочных горок, перерабатывающих совершенно различные вагонопотоки и расположенных в разных климатических условиях. При расчете высоты и уклонов спускной части горки, тормозных средств и скорости роспуска используются расчетные бегуны с одинаковыми характеристиками.

Для учета особенностей работы горки и расчета различных ее параметров предлагается использовать отцепы со случайными ходовыми свойствами, задаваемыми в виде законов распределения удельного сопротивления движению.

Расчетное значение удельного сопротивления движению отцепов предлагается определять с помощью вероятностных показателей, характеризующих работу горки. Вероятностные показатели оценивают вероятность докатывания отцепов до расчетной точки, вероятность разделения отцепов на разделительных стрелках, вероятность остановки отцепов на тормозных позициях при полном использовании мощности тормозной позиции, вероятность входа отцепов на тормозные позиции с допустимой скоростью и вероятность трогания отцепов с места в случае их остановки на тормозных позициях. Задавая численные значения вероятностного показателя, можно рассчитать значение соответствующего параметра горки. Случайный характер ходовых свойств отцепов учитывается путем использования функции распределения вероятностей суммарного удельного сопротивления движению отцепа (рис. 1) и вероятностных показателей.

При расчете нет необходимости использовать всю кривую функции распределения вероятностей. Можно использовать только крайние участки распределений. При расчете по условию докатывания отцепов до расчетной точки и по условию трогания отцепа с места

4

после остановки при торможении берется участок кривой функции распределения, относящийся к отцепам с плохими ходовыми свойствами (можно сказать, к плохим бегунам), при расчете по условию обеспечения допустимой скорости входа отцепов на вагонные замедлители выбирается область распределения, относящаяся к отцепам с хорошими ходовыми свойствами (хорошие бегуны). При расчете требуемой мощности тормозных средств берется область распределения, относящаяся к хорошим бегунам.

Рис. 1. Закон распределения вероятностей удельного сопротивления движению отцепов

Значение вероятностного показателя Pi рассчитывается с использованием методов оптимизации технологического процесса роспуска составов на сортировочной горке или задается.

Далее находится расчетное значение удельного сопротивления движению отцепа (рис. 2).

Рис. 2. Функция распределения вероятностей удельного сопротивления движению хороших и плохих бегунов

Рассчитанные значения удельного сопротивления движению отцепов используются при расчете параметров горки. При этом при расчете различных элементов горки используются разные вероятно-

5

стные показатели и соответственно разные значения удельного сопротивления движению отцепов. Таким образом, рассчитываются параметры горки, работающие с соответствующими им требованиями надежности.

2. Расчет уклонов продольного профиля спускной части сортировочной горки

Наилучшие условия разделения отцепов на разделительных стрелках и наилучшие условия для работы тормозных позиций имеют место тогда, когда между соседними отцепами обеспечиваются наибольшие интервалы. Для этого продольный профиль спускной части горки должен обеспечивать поддержание наибольшей скорости движения отцепов, т.е. сохранение наибольшей кинетической энергии движущегося отцепа. Такой профиль должен иметь в целом вогнутый вид, приближающийся к циклоиде. Обозначим: i1 — уклон первого скоростного участка; i2 — уклон второго скоростного участка; i3 — уклон участка первой тормозной позиции; i4 — уклон межпозиционного участка; i5 — уклон второй тормозной позиции; i6 — уклон стрелочной зоны; i7 — уклон путей подгорочного парка.

Каждый из участков продольного профиля выполняет свои задачи и рассчитывается по своему вероятностному показателю.

В данной работе предполагается, что длина всех участков спускной части сортировочной горки известна. На скоростных участках возможно некоторое изменение длин участков без изменения расстояний между конструктивными элементами.

Расчет уклонов участков спускной части сортировочной горки ведется от расчетной точки (кроме скоростных). Скорость выхода отцепов с рассчитываемого участка равна скорости входа на последующий, а скорость входа принимается равной максимальной скорости движения плохих бегунов.

Скорость отцепов в расчетной точке приравнивается нулю. Скорости движения отцепов на спускной части горки при свободном скатывании определяются величиной уклона и суммарным сопротивлением движению отцепов по участкам.

Тогда для четвертого, шестого и седьмого участков получаем:

где j и k — номера участков, учитываемых в расчете.

Расчет уклонов первого и второго скоростных участков ведется от вершины горки. При расчете от вершины горки скорость входа отцепов на рассчитываемый участок равна скорости выхода отцепа

6

с предыдущего участка, а скорость выхода отцепа с рассчитываемого участка принимается равной максимально допустимой скорости входа отцепов на замедлитель.

Формула для расчета уклонов первого и второго участков профи-

Уклон участка первой тормозной позиции

В формулах (1), (2), (3) сопротивления движению отцепов по спускной части сортировочной горки рассчитываются по функции распределения вероятностей удельного сопротивления движению.

Если рассчитанное значение уклона выходит за пределы допустимых значений, принимается крайнее допустимое значение.

Значения уклонов стрелочной зоны и путей подгорочного парка до парковой тормозной позиции необходимо принимать равными минимально допустимому для данных участков. Для стрелочной зоны это равно 1,5 ‰, а для путей подгорочного парка — 1 ‰.

Участок второй тормозной позиции должен соответствовать двум условиям. Во-первых, он должен обеспечить трогание отцепа с места в случае остановки при торможении и освобождение отцепом участка второй тормозной позиции. Во-вторых, данный участок входит как составляющая часть в спускную часть сортировочной горки и должен обеспечивать движение отцепов с максимальной скоростью при условии докатывания отцепа до расчетной точки.

Минимальное значение уклона для межпозиционного участка не определено. Можно принять минимальное значение уклона i4 0.

Условия разделения отцепов на первой разделительной стрелке определяются интервалом между соседними отцепами на данной стрелке и временем, которое необходимо для того, чтобы первый отцеп проследовал расчетный участок стрелки и освободил ее. Время проследования отцепом расчетного участка напрямую зависит от его скорости. Таким образом, чем выше скорость отцепа во время прохождения им разделительной стрелки, тем лучше условия разделения отцепов на ней.

Первый и второй отцепы до первой разделительной стрелки проходят один и тот же путь. Интервал между отцепами можно увеличить, уменьшив их общее время движения, т.е. повысив сред-

7

нюю скорость движения отцепов по спускной части сортировочной горки. При этом скорость движения отцепов не должна быть выше допустимой скорости входа отцепов на вагонные замедлители.

Таким образом, продольный профиль спускной части сортировочной горки от вершины до первой тормозной позиции должен соответствовать брахистохроне, т.е. кривой наибыстрейшего скатывания при ограничении скорости выхода максимально допустимой скоростью входа отцепов на вагонные замедлители.

Расчет проводится от вершины горки по условию непревышения допустимой скорости на первую тормозную позицию. При этом учитываются ограничения на значения уклонов.

При расчете используется кривая функции распределения удельного сопротивления движению отцепов по каждому участку. При расчете уклонов скоростных участков используется та часть кривой, которая показывает распределение вероятностей для хороших бегунов.

Если полученное значение уклона выходит за пределы допустимых значений по условию максимального значения перелома профиля 25 ‰, принимается крайнее допустимое значение и выполняется пересчет.

Для лучшей динамики отцепов на скоростных участках целесообразно рассчитать профиль, обеспечивающий максимальное ускорение отцепов на этих участках. В этом случае кроме уклонов необходимо пересчитать и длину скоростных участков, а также рассчитать новую точку перелома профиля. При этом обязательно следует учитывать диапазоны допустимых значений длин участков. Перелом профиля не должен совпасть с расположением остряков или крестовины стрелочного перевода.

Расстояние от вершины горки до первой тормозной позиции l и высота первого расчетного участка h (от начала первой тормозной позиции до вершины горки) уже известны.

Зная h и l, можно определить оптимальные значения уклонов и длин скоростных участков:

8

Участок первой тормозной позиции является связующим между участками разгона и замедления движения отцепов. Значение уклона участка первой тормозной позиции определяет, в конечном счете, высоту сортировочной горки.

Расчет уклона участка первой тормозной позиции проводится следующим образом. Скорость входа отцепов на участок первой тормозной позиции принимается равной скорости выхода со второго скоростного участка, а скорость выхода — скорости входа на межпозиционный участок.

Уклон первой тормозной позиции рассчитывается по условию докатывания отцепов до расчетной точки с заданной вероятностью. Для расчета удельного сопротивления движению отцепов используется участок функции распределения удельного сопротивления движению отцепов, соответствующий плохим бегунам.

Вслучае, если разность значений уклонов второго скоростного участка и первой тормозной позиции превышает допустимую, производится пересчет. При этом за исходное значение принимается максимально допустимая разность уклонов смежных участков.

Высота сортировочной горки рассчитывается как сумма высот отдельных участков спускной части.

При расчете по предлагаемой методике продольный профиль спускной части может получиться ступенчатым. Такой профиль обеспечивает лучшие условия для разделения отцепов на разделительных стрелках и для работы тормозных позиций и не противоречит «Правилам инормам проектированиясортировочных устройств».

Втом случае, если необходимо избежать появления положительных переломов профиля на спускной части горки, расчет проводится следующим образом.

При расчете уклонов участков от расчетной точки минимальное значение уклона принимается равным рассчитанному значению уклона следующего (по ходу движения) участка. Таким образом, минимальное значение уклона межпозиционного участка равно минимальному значению уклона второй тормозной позиции.

При расчете уклона первой тормозной позиции минимальное его значение должно быть равно уклону межпозиционного участка, а максимальное значение — уклону второго скоростного участка. Если рассчитанное значение уклона первой тормозной позиции выходит за рамки допустимого диапазона, принимается крайнее допустимое значение уклона и производится пересчет других уклонов.

9

3. Режимы торможения отцепов на тормозных позициях и расчет мощности тормозных позиций

Первая тормозная позиция должна обеспечивать необходимые интервалы между последовательно скатывающимися отцепами и нормальные условия работы второй тормозной позиции.

Вданной статье рассмотрен вариант, когда первая тормозная позиция расположена после первой разделительной стрелки.

Вначале первой тормозной позиции между отцепами образовался значительный положительный диф (если первый отцеп плохой бегун, а второй — хороший). Достаточно эффективным режимом торможения отцепов на первой тормозной позиции является режим, когда время прохода отцепами участка первой тормозной позиции и межпозиционного участка для разных отцепов одинаково. В этом случае положительный диф между отцепами сохранится на входе на вторую тормозную позицию. Это создает благоприятные условия для работы второй тормозной позиции. Граничным условием в данном случае будет то, что скорость отцепов на входе на вторую тормозную позицию не должна превышать допустимую скорость входа отцепов на вагонные замедлители.

При использовании данного режима требуемая мощность первой тормозной позиции имеет наименьшее значение. Большая часть торможения отцепов перекладывается на вторую тормозную позицию. Это вполне естественно, так как стрелочная зона имеет значительно большую длину, чем межпозиционный участок. Это, в принципе, может привести к повышению требуемой мощности второй тормозной позиции. Однако, по мнению автора, мощность второй тормозной позиции должна рассчитываться по условию остановки отцепа в конце позиции, если скорость отцепа на входе на тормозную позицию равна допустимой скорости входа отцепов на вагонные замедлители. Это приведет к повышению безопасности роспуска составов.

Вопрос заключается в том, как рассчитать скорость выхода отцепов из первой тормозной позиции при выполнении вышеназванного условия. При этом имеется в виду, что отцепы имеют случайные ходовые свойства.

При расчете режима торможения отцепа на первой тормозной позиции скорости отцепов на входе на первую тормозную позицию известны. Известна также скорость выхода первого отцепа (плохого бегуна) из первой тормозной позиции. Удельное сопротивление движению отцепов рассчитывается по вероятности разделения отцепов на разделительных стрелках.

10