7 Горки малой мощности

Горки малой мощности (ГММ) сооружаются для переработки от 250 до 1500 вагонов в сутки при числе путей в сортировочном парке (сортировочно-группировочном или группировочном) от 4 до 16. Вагонные замедлители устанавливаются, как правило, на одной тормозной позиции спускной части и одной парковой тормозной позиции при числе путей 12—16. Горки, сооруженные на станциях с сильными ветрами, могут оборудоваться двумя тормозными позициями на спускной части и одной парковой тормозной позицией [8].

7.1 Основные параметры сортировочной горки

Сортировочная горка состоит из надвижной (подъемной) и спускной частей, разделенных вершиной горки (ВГ), которой называется точка касания горизонтальной плоскости с продольным профилем горки (самая высокая точка).

Составы, подлежащие расформированию, надвигаются на горку маневровым локомотивом. Наличие противоуклонов в надвижной части обеспечивает достаточное сжатие автосцепок для разъединения вагонов, после чего вагоны под действием силы тяжести скатываются на соответствующий путь подгорочного парка. Расчетная высота горки обеспечивает проход вагона расчетной весовой категории при неблагоприятных условиях работы до расчетной точки, находящейся на расстоянии 50 м от выходного конца парковой тормозной позиции самого трудного по условиям скатывания подгорочного пути. Безопасность роспуска составов и повышение его темпа на спускной части горки обеспечиваются тормозными позициями, число и мощность которых зависят от высоты горки и принятых технологических режимов роспуска.

Конструкция сортировочной горки характеризуется: количеством путей (надвига, спускных, обходных и сортировочных); расчетной длиной и высотой; числом тормозных позиций, типом и мощностью устройств, используемых для торможения отцепов; параметрами соединений путей.

Расчетная длина горки — расстояние от ее вершины до расчетной точки.

Расчетная высота горки — разность отметок головок рельсов на вершине горки и в расчетной точке на наиболее трудном по условиям скатывания подгорочном пути.

7.2 Проектирование плана горочной горловины сортировочного парка

Проектирование плана путевого развития должно производиться с учетом мощности горки и структуры вагонопотоков, перспективы развития, обеспечения использования прогрессивной техники и технологии, безопасности роспуска составов.

Основное требование к проектированию плана горочной горловины сортировочного парка — обеспечение максимальной перерабатывающей способности горки, высокой надежности и безопасности роспуска составов при минимальных строительных и эксплуатационных затратах. Это достигается за счет проектирования короткой горочной горловины, получения мало различающихся суммарных работ сил сопротивления движению при скатывании вагонов на любой путь парка, минимальном числе обратных кривых и стрелочных соединений. Для выполнения этих требований пути сортировочного парка объединяются в пучки по четыре—восемь путей. Предпочтение отдается решениям, уменьшающим вероятность разделения маршрутов скатывания отцепов на последних стрелочных переводах.

При четном числе путей в сортировочном парке его горловина проектируется из двух симметричных частей, при неодинаковом числе путей в пучках их минимум приходится на крайние пучки.

Число путей надвига, спускных и обходных путей в значительной степени определяет схему горочной горловины.

Горки малой мощности проектируются с одним путем надвига и одним спускным путем. Для повышения маневренности устраиваются один выход из сортировочного парка в обход горки. На горках с числом путей до восьми проектируется выход со всех сортировочных путей с примыканием к горочной горловине до первой разделительной стрелки и укладкой стрелочного перевода или перекрестных съездов.

Пути в обход горки примыкают стрелочным переводом марки 1/6, или перекрестными съездами перед пучком сортировочного парка, или перед двумя—четырьмя путями, или к началу крайнего пути.

Уменьшение длины горочной горловины и суммы углов поворота кривых достигается укладкой симметричных стрелочных переводов с крестовинами марки 1/6, перекрестных съездов с глухими пересечениями марки 2/6 из рельсов Р65 в начале спускной части расширяющимся междупутьем из стрелочных переводов марок 1/6 и 1/9 и с кривыми на соединительных путях для увеличения угла расхождения выходов из перекрестных съездов. Разрешается укладка в горочных горловинах и стрелочных переводов с крестовинами марки 1/9 для обеспечения нормативных радиусов кривых. Кривые допускается непосредственно начинать за крестовиной. На спускной части горки кривые укладываются радиусом не менее 200 м, а в начале сортировочных путей – 180 м. Кроме того, допускается уменьшать междупутье в начале сортировочных путей до 4,8 м, а при реконструкции в трудных случаях — до 4,1 м. План сортировочной горки малой мощности приведен на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 – План сортировочной горки малой мощности

Стрелочные переводы рекомендуется располагать на минимальном расстоянии друг от друга, но с обеспечением необходимой длины изолированных участков. В пределах вставок между стрелочными переводами при необходимости устраиваются кривые.

Для установки замедлителей на спускной части горки выделяются прямые участки. Длина этих участков определяется в зависимости от типа и числа замедлителей.

Перед тормозными позициями предусматриваются прямые участки для размещения контррельсов, а непосредственно за ними — прямой участок пути для укладки направляющего башмака, предохраняющего вагон от схода с рельсов.

Парковые замедлители устанавливаются в конце закрестовинных кривых в шахматном порядке с целью улучшения очистки их от снега.

7.3 Расчет высоты горки

При определении высоты горки устанавливаются рекомендуемые правилами проектирования единые условия. В качестве расчетного бегуна обычно принимают четырехосный крытый вагон на роликовых подшипниках. Вес расчетного бегуна определяется как средневзвешенное значение веса вагонов легковесной группы. Расчетную весовую категорию устанавливают по таблице 3.1 [8].

План, высота и профиль сортировочной горки малой мощности должны обеспечивать непрерывное и безопасное расформирование составов со скоростью роспуска не менее указанной в таблице 7.1

Таблица 7.1 Расчетная скорость роспуска состава на горке малой мощности

Тип сортировочной горки малой мощности		Расчетное сочетание бегунов	Скорость роспуска, υб м/с
С тормозной позицией на спускной части	механизированной	ОП-Х-ОП*	1,2
	немеханизированной	ОП-Х-ОП*	1,0
Без тормозной позиции на спускной части		ОП-Х-ОП*	0,8
* При доле порожних вагонов менее 30 % принимается сочетание П-Х-П

Для расчета профиля и высоты горки предварительно устанавливается расчетная длина трудного и легкого сортировочного пути. В качестве расчетного трудного сортировочного пути принимается тот путь, по маршруту скатывания на который суммарная удельная работа всех сил сопротивления движению отцепа имеет наибольшее значение.

К продольному профилю сортировочной горки предъявляются особые требования, определенные правилами и нормами проектирования сортировочных устройств. В продольном профиле горки выделяются надвижная, перевальная (горб), спускная части горки и сортировочные пути. Особенность проектирования профиля сортировочной горки малой мощности показана на рисунке 7.2.

Расчетная высота горки H_р определяется исходя из условия обеспечения прохода ОП расчетной весовой категории при неблагоприятных условиях скатывания (встречном ветре, зимней расчетной температуре, минимальной скорости надвига) до расчетной точки трудного пути сортировочного парка

Высота горки малой мощности с тормозной позицией на спускной части определяется по формуле 3.1 [8], а для районов со сложными климатическими условиями по формуле

, (7.1)

где - среднее квадратичное отклонение величины общей потери удельной энергии при преодолении сил сопротивления (кроме сопротивления от снега и инея), м. эн.в.

, (7.2)

где – средние квадратичные отклонения потери удельной энергии при преодолении основного сопротивления, от среды и ветра, стрелок и кривых.

Рисунок 7.2 – Профиль сортировочной горки малой мощности: 1 – профиль горки; 2 – профиль горки малой мощности; 3 – выход на главные пути

; ; , (7.3)

где – среднее квадратичное отклонение величины , принимается в зависимости от выбранного типа подшипников;

– среднее квадратичное отклонение значений для i-го расчетного участка протяженностью l_i, м, определяется по метеорологическим данным с учетом скорости, повторяемости и направления ветра.

Удельная работа постоянно действующих сил сопротивления движению вагона (потеря энергетической высоты), на рассматриваемом участке пути l, определяется с помощью формул 3.2–3.7 [8].

Для горок малой мощности с одной тормозной позицией только на сортировочных путях профильная высота между вершиной горки и началом тормозной позиции определяется по формуле

, (7.4)

где – расчетный параметр для ОХ бегуна .

Скорость входа отцепов на парковую тормозную позицию при торможении вагонными замедлителями принимается 4,5 м/с, а при торможении башмаками – 3,5 м/с.

Максимальная конструктивная высота горки с учетом установленного значения , м.эн.в.

, (7.5)

где – длины участков тормозной позиции и сортировочного пути до расчетной точки, м;

– соответственно крутизна этих участков профиля горки, ⁰/₀₀ .

Расчетная высота горки малой мощности по условию докатывания вагонов до расчетной точки, м.эн.в.

. (7.6)

Все величины, входящие в формулу 7.6, рассчитываются по соответствующим зависимостям, приведенным выше. При этом величина определяется при расчетной скорости лобового встречного ветра 3 м/с на протяжении всего маршрута следования отцепа. Величина h₀ определяется при скорости роспуска м/с.

Если расчетная высота горки по условию пробега менее конструктивной высоты H_к (H_р < H_к), то могут рассматриваться варианты профиля, образуемые за счет увеличения высоты горки, но не более чем до H_к.

Если расчетная высота горки H_р превышает конструктивную высоту H_к (H_р > H_к), можно механизировать тормозную позицию и повысить горку или проектировать горку с тормозной позицией также и на спускной части, если и при механизации парковой тормозной позиции высота горки оказывается недостаточной. Тогда расчет горки выполняется с использованием формулы 3.1 [8].

7.4 Мощность тормозных средств на сортировочных горках

Суммарная наличная мощность тормозных средств горок малой мощности с числом тормозных позиций 1–2 (включая парковую тормозную позицию) должна обеспечивать при благоприятных условиях скатывания остановку четырехосного вагона весом 100 тс и сопротивлением 0,5 кгс/тс на парковой тормозной позиции.

Потребная расчетная мощность единственной тормозной позиции (парковой) горок малой мощности с 4–6 подгорочными путями должна определяться по формуле 4.1 [8].

Значения, в формуле 4.1 [8], и относятся к парковой тормозной позиции. При этом k принимается равным: 1,2 при любой структуре вагонопотоков и использовании весовых замедлителей, а также при однородном по весу вагонопотоке и использовании нажимных замедлителей; 1,4, если в перерабатываемом на горке вагонопотоке содержатся отцепы, состоящие из чередующихся вагонов тяжелой и легкой весовых категорий, и используются нажимные замедлители.

Наличная мощность парковой тормозной позиции на горках малой мощности с тормозной позицией на спускной части проектируется равной 0,8 м.эн. в.

При расчетах торможения на немеханизированной горке следует предусматривать остановку очень хороших бегунов на тормозной позиции башмакосбрасывателей в начале подгорочных путей с учетом торможения вагонов на протяжении 0,8 длины башмачной тормозной позиции спускной части.

Дополнительно при необходимости выполняется проверочный расчет остановки на парковой тормозной позиции отцепа из двух восьмиосных вагонов весом по 176 тс каждый с основным удельным сопротивлением 1 кгс/тс при полном использовании длины тормозной позиции на спускной части и укладке трех башмаков с длиной юза не более 20 м у каждого.

Если невозможно остановить расчетный отцеп на парковой тормозной позиции башмакосбрасывателей при укладке двух башмаков под первый вагон и одного под следующий вагон в отцепе при длине юза каждого башмака не более 20 м, то следует предусматривать оборудование (вслед за основной) дополнительной тормозной позиции башмакосбрасывателей на пути накопления восьмиосных вагонов и ускоренный переход к механизации торможения вагонов.

Энергетическая высота, погашаемая тормозным башмаком, м. эн. в.,

_{, (7.7)}

где – коэффициент тормозного действия башмака, принимается равным 0,17, с возможным его изменением в реальных условиях в пределах ±0,03;

– нагрузка на ось колеса, тормозимого башмаком, тс;

– вес отцепа, тс;

– длина тормозного пути (длина юза), м.

Если установлены границы снижения скорости от до на башмачной тормозной позиции, то длина юза, м,

, (7.8)

где – удельное сопротивление, кгс/тс, движению от торможения башмаком отцепа весом :

. (7.9)

По условиям обеспечения сохранности подвижного состава длина юза одного башмака не должна превышать, как правило, 15 м.

Пример расчета:

Определить параметры механизированной горки малой мощности приведенной на рисунке 7.3.

Марка крестовины разделительной стрелки – 1/6, остальных – 1/9, ветер встречный υ_в =3,8 м/с. Плохой бегун четырехосный крытый вагон, вес которого q_оп= 22 тс. Между вершиной горки и разделительной стрелкой нет измерительного участка. Очень хороший бегун четырехосный полувагон q_ох= 85 тс. Угол между направлением ветра и осью участка пути, по которому движется вагон β=22 ^оС. Среднемесячная температура воздуха зимнего расчетного месяца t = -15 ^оС, летнего t_max = +18 ^оС; абсолютный минимум температуры зимой t_max = -18 ^оС, абсолютный максимум температуры летом t_max = +20 ^оС

Рисунок 7.3 – Схема горки малой мощности

Высота горки малой мощности должна обеспечивать проход плохого бегуна при неблагоприятных условиях скатывания до расчетной точки самого трудного пути по сопротивлению движению. Расчетная точка находится на расстоянии 50 м от выходного конца парковой тормозной позиции трудного пути.

Основное удельное сопротивление движению вагонов легкой весовой категории (q = 25 тс) принимается равным ω_п =1,75 кгс/тс, скорость роспуска для ГММ по таблице 7.1 υ =1,2 м/с.

Для выбора легкого и трудного расчетных путей подсчитаем потери энергетической высоты на преодоление сопротивлений при скатывании расчетного бегуна на каждый путь сортировочного парка горки малой мощности. Потери удельной энергии при преодолении основного сопротивления определяются по формуле 3.4 [8]. Потери удельной энергии от воздушной среды и ветра, а также потери удельной энергии от стрелок и кривых определяются с помощью формул 3.3 и 3.5 [8]. Результаты расчетов приведены в таблице 7.2.

Таблица 7.2 Значения для каждого сортировочного пути ГММ

№ пути	Расчетная длина l	Число стрелок в маршруте	Σαо на стрелочных переводах и кривых	Энергетическая высота сопротивления , м
							Всего
1	273,33	4	26,04	0,42	0,496	0,012	0,928
2	273,40	5	26,34	0,421	0,497	0,013	0,931
3	273,39	5	34,42	0,421	0,497	0,015	0,933
4	274,11	5	29,26	0,422	0,498	0,014	0,934
5	274,11	5	38,72	0,422	0,499	0,017	0,938
6	273,86	4	38,72	0,4217	0,502	0,016	0,9397
7	291,7	4	36,46	0,449	0,502	0,015	0,966
8	292,63	4	37,92	0,4507	0,493	0,016	0,9531
9	294,23	3	37,92	0,4531	0,495	0,015	0,9631
10	288,16	4	41,92	0,444	0,483	0,017	0,944
11	290,45	4	51,38	0,447	0,494	0,02	0,961
12	293,33	3	51,38	0,452	0,499	0,019	0,970

По данным таблицы 7.2 самым трудным является путь – 12, легким – путь 1.

Расчетную температуру (^оС) наружного воздуха устанавливаем для неблагоприятных условий:

, (7.10)

где – среднемесячная температура воздуха зимнего месяца (t = –15 ^оС);

– нормированное отклонение (для ГММ =2,0);

– абсолютный минимум температур данного месяца (t_min = –18 ^оС).

Следовательно, для заданных исходных данных

^оС.

Для благоприятных условий

^оС.

Для определения высоты горки необходимо рассчитать для трудного 12 пути с использованием формулы 3.6 [8]

м.

Потери удельной энергии, соответствующей установленной скорости роспуска определяются с помощью формулы 3.2 [8] и составят:

м.

Таким образом, по формуле 3.1 [8] высота горки малой мощности составит:

м.

При расчете продольного профиля ГММ нет необходимости выполнять расчеты параметров скоростного участка (длины, крутизны, профильной высоты) для проверки непревышения максимально допустимой скорости входа ОХ бегуна на вагонные замедлители I ТП, так как максимально допустимая скорость входа вагонов на замедлители КНП-5 и РНЗ-2 — 7 м/с может быть достигнута только при высоте скоростного участка не менее 2,55 м, а при скорости входа на пяти- и трехзвенные замедлители ВЗПГ — 8 м/с — не менее 3,33 м. Это значительно превосходит полную высоту рассматриваемой горки, равную 1,437 м. Продольный профиль данной горки малой мощности следует проектировать из участков с минимальной допустимой крутизной уклонов, начиная от расчетной точки, и концентрируя профильную высоту горки на скоростном участке.

На рисунке 7.4 приведен продольный профиль спускной части горки, состоящий из следующих элементов минимальной крутизны: 0,6 ‰ — на сортировочных путях, 2 ‰ — на парковой тормозной позиции (ПТП) и стрелочной зоне, 7 ‰ — на горочной (пучковой) тормозной позиции.

Тогда предельная крутизна (‰) скоростного участка с использованием формулы 3.17 [8] в данном случае составит

‰.

Такой профиль обеспечивает максимально допустимые скорости и минимальное время скатывания вагонов с горки при их сортировке.

Так как скоростной участок имеет значительную длину, то его целесообразно разделить на два участка (i_ск1 и i_ск2) и запроектировать первый скоростной участок максимально возможной крутизны, при соблюдении следующих ограничений 1 и 2:

1. Допустимая разность крутизны уклонов

‰;

, откуда

,‰.

2. Требуемая длина d прямой в профиле l_ск1 (за вычетом длин тангенсов Т_в1 и Т_в2 сопрягающих кривых), должна быть ≥ 20м.

Общая длина l_ск равна:

;

;

.

Значение тангенса Т_в1 – длин тангенса у вершины горки, определяется по формуле 3.14 [8]. Таким образом, значение Т_в1 составит

.

В месте сопряжения l_ск1 и l_ск2 длина Т_в2 составит

м.

Тогда .

Следовательно, получаем

.

Рассчитываем значение :

‰,

‰,

м,

м.

Для расчета параметров продольного профиля спускной части горки и особенно для его дальнейшей проверки, вертикальную кривую, сопрягающую вершину горки и начало первого скоростного уклона заменяют двумя прямолинейными участками L_cl и L_c2

м, м, ‰, ‰.

Надвижная часть перед сопрягающей кривой горба горки проектируется на подъеме 8–10 ‰ на протяжении 50 м. На ГММ этот подъем можно проектировать крутизной до 25 ‰, а предыдущий участок перед подъемом следует располагать на площадке или на подъеме 1–2 ‰.

Если суммарная крутизна сопрягаемых на горбе горки уклонов надвижной и спускной частей горки превышает 55 ‰, то во избежание саморасцепки вагонов проектируют разделительный элемент на подъеме не менее 5 ‰ и длиной не менее 10 м, считая между тангенсами сопрягаемых вертикальных кривых.

В рассматриваемом случае суммарная крутизна сопрягаемых уклонов не превышает 55 ‰

‰ < 55 ‰,

поэтому разделительный элемент отсутствует между тангенсами вертикальных кривых.

Наименьшие радиусы вертикальных кривых при сопряжении уклонов на горбе горки принимают в сторону надвижной и спускной части — 350 м, а на остальных элементах спускной части не менее — 250 м.

Поэтому тангенсы вертикальных кривых составляют

м,

м.

Тангенсы вертикальных сопрягающих кривых принимаются за условную площадку на горбе горки длиной l_у, равной сумме длин тангенсов

м.

Расчетные значения элементов продольного профиля ГММ приведены на рисунке 7.4.

Рисунок 7.4 – План и расчетные значения элементов продольного профиля ГММ

Суммарная потребная мощность тормозных позиций спускной части горки определяется в соответствии с методикой, изложенной в [8].

Энергетическая высота, потерянная ОХБ при преодолении всех сопротивлений, рассчитывается с помощью формулы 4.3 [8]

м.

Профильная высота участка от конца последнего замедлителя до расчетной точки определяется с помощью формулы 4.4 [8]

м. эн.в.

По формуле 4.1 [8] определяем потребную мощность тормозных позиций

м. эн.в.

Определяем число замедлителей КНП-5 мощностью 1,2 м. эн.в. каждый для остановки ОХ в конце первой тормозной позиции (IТП)

, принимаем 2.

Согласно таблице 6 [9] при числе главных путей на ГММ равным 12, мощность парковой тормозной позиции должна быть 0,6 м. эн. в. Поэтому на парковой тормозной позиции целесообразно установить два замедлителя РНЗ-2М, суммарная мощность которых составляет 0,9 м. эн. в. Суммарная наличная мощность тормозных средств горок малой мощности с двумя тормозными позициями (включая парковую тормозную позицию) должна обеспечивать при благоприятных условиях скатывания остановку четырехосного вагона весом 100 тс и сопротивлением 0,5 кгс/тс на парковой тормозной позиции.

Следовательно, требуемая мощность I ТП составит 1,409 – 0,8 = 0,609 м. эн. в., т.е. на I тормозной позиции достаточно установить один замедлитель КНП-5 мощностью 1,2 м. эн. в.

Для ГММ обеспечение расчетных скоростей роспуска, входа на тормозные позиции и выхода отцепов с них, достаточность мощности вагонных замедлителей, интервалов на стрелочных переводах, тормозных позициях и у предельного столбика трудного и соседнего с ним пути определяется при последовательном скатывании бегунов в сочетании ОП-Х-ОП.

Для обеспечения достаточных интервалов между бегунами, скатывающимися в этом расчетном сочетании предусматривают резерв интервала на стрелочных переводах, вагонных замедлителях и у предельных столбиков не менее 1 с. Проверку осуществляют для неблагоприятных условий.

Детальная проверка качества запроектированного профиля спускной части горки и сортировочных путей осуществляется анализом кривых времени скатывания. Анализ кривых показывает, что запроектированная ГММ отвечает всем заданным исходным требованиям.

Анализ кривых скорости и времени скатывания бегунов с горки выполняется графическим способом с помощью программы SKAT.

Библиографический список

1. Правила и технические нормы проектирования станций и узлов на железных дорогах колеи 1520 мм [Текст] – М. : МПС, 2000. – 255 с.

2. Строительно–технические нормы МПС РФ. Железные дороги колеи 1520 мм [Текст]. – М.: Транспорт, 1995. - 86 с.

3. Железнодорожные станции и узлы : учебник для вузов ж. д. трансп. [Текст] / В.Г. Шубко, [и др.]; под ред. В.Г. Шубко и Н.В. Правдина. – М. : УМК МПС России, 2002. - 368 с.

4. Ефименко Ю. И. Железнодорожные станции и узлы : учебное пособие [Текст] / Ю. И. Ефименко, С. И. Логинов, В. Е. Павлов. – СПб. : ПГУПС, 1996. – 202 с.

5. Садчикова В. А. Проектирование новой участковой станции : методические указания к выполнению курсовых и дипломных проектов по дисциплине «Железнодорожные станции и узлы» [Текст] / В. А. Садчикова [и др.]. – Самара : СамГАПС, 2005. – 32 с.

6. Варламов А. В. Справочно-методические указания к выполнению курсовых и дипломных проектов по дисциплине «Железнодорожные станции и узлы» [Текст] / А. В. Варламов [и др.]. – Самара : СамГУПС, 2007. – 35 с.

7. Правила и нормы проектирования сортировочных устройств на железных дорогах колеи 1520 мм [Текст]. – М.: МПС, 2003. – 168 с.

8. Методические указания к выполнению курсовых и дипломных проектов по дисциплине «Железнодорожные станции и узлы» на тему: «Проектирование сортировочных устройств» для студентов специальности 19.07.01 очной и заочной форм обучения [Текст] / сост.: А.В. Варламов, А.Б. Фокеев, А.С. Левченко, В.А. Садчикова, Н.Н. Мазько. – Самара : СамГАПС, 2006. – 35 с.

9. Правдин Н.В., Автоматизированное проектирование станций и узлов [Текст] / Н.В. Правдин, А.К. Головнич, С.П. Вакуленко; под. ред. проф. Н.В. Правдина. – М.: Транспорт, 2004. – 200 с.

12