При степенном способе общее число групп не превышает квадрата числа путей. Сортировок – две. Повторно сортируется весь состав. Процесс завершается сборкой вагонов. В табл. 3.3 представлена схема сортировки вагонов при подборке на девять групп на трех путях7.
Комбинаторный способ разработан с использованием методов комбинаторики для расчета оптимальных вариантов расстановки групп вагонов на ограниченном числе путей. В результате многократных экспериментов на ЭВМ были разработаны стандартные схемы сортировки вагонов, позволяющие минимизировать количество перестановок групп вагонов в процессе сортировки (см. табл. 3.4). После первой сортировки всего состава производится сортировка не всего состава, а отдельных путей.
Процесс завершается сборкой.
Таблица 3.3
Схема подборки вагонов на девять групп на трех путях с
использованием степенного способа сортировки
Наименование |
Номер |
Номера групп, направляемых на путь |
|
операции |
пути |
||
|
|||
|
|
|
|
|
1 |
1, 4, 7 |
|
|
|
|
|
Сортировка 1 |
2 |
2, 5, 8 |
|
|
|
|
|
|
3 |
3, 6, 9 |
|
|
|
|
|
|
1 |
1, 2, 3 |
|
|
|
|
|
Сортировка 2 |
2 |
4, 5, 6 |
|
|
|
|
|
|
3 |
7, 8, 9 |
|
|
|
|
|
|
1 |
1 – 9 |
|
|
|
|
|
Сборка |
2 |
Свободен |
|
|
|
||
3 |
Свободен |
||
|
|||
|
|
|
|
|
4 |
Свободен |
|
|
|
|
7 По завершении первой сортировки все вагоны со всех путей собираются для второй сортировки.
Таблица 3.4
Схема подборки вагонов на девять групп на трех путях с
использованием комбинаторного способа сортировки
Наименование |
Номер |
Номера групп, направляемых на путь |
|
операции |
пути |
||
|
|||
|
1 |
1, 8 |
|
Сортировка 1 |
2 |
2, 4, 5, 7, 9 |
|
|
3 |
3, 6 |
|
|
1 |
1, 8, 2, 9 |
|
Сортировка 2 |
2 |
5 |
|
|
3 |
3, 6, 4, 7 |
|
|
1 |
1, 8, 2, 9, 3, 4 |
|
Сортировка 3 |
2 |
5, 6, 7 |
|
|
3 |
Свободен |
|
|
1 |
1, 2, 3, 4 |
|
Сортировка 4 |
2 |
5, 6, 7, 8, 9 |
|
|
3 |
Свободен |
|
|
1 |
1 – 9 |
|
Сборка |
2 |
Свободен |
|
|
3 |
Свободен |
При ступенчатом дублирующем способе формирования при первой сортировке вагоны нечетных групп направляются на путь 1. Вагоны всех четных групп распределяются по остальным путям по закону арифметической прогрессии.
Далее сортируются вагоны нечетных групп, после первой сортировки находящиеся на пути 1, таким образом, чтобы на каждый из путей поступали вагоны тех групп, которые имеют следующие порядковые номера по отношению к ранее направленным на этот путь.
После этого сортируются вагоны со второго и последующих путей последовательно по такому же принципу, что и нечѐтные. Завершается процесс сортировки сборкой вагонов.
При ступенчатом максимальном способе при первой сортировке все вагоны нечетных групп направляются на первый путь. Четные группы распределяются по путям в соответствии с законом геометрической прогрессии.
Очевидно, что при наличии возможности использования нескольких способов интенсивной многогруппной сортировки вагонов при одних и тех же параметрах ВСУ возникает задача выбора оптимальной технологии формирования. Оценку эффективности организации процесса формирования МГС следует производить по интегральному критерию – минимуму суммарных эксплуатационных расходов на маневровую работу,
учитывающих энергетические затраты локомотива, пробежные и временные измерители маневровой роботы.
Выбор рациональной технологии многогруппной сортировки вагонов может выполняться на основе моделирования соответствующих процессов при известных параметрах ВСУ, исходного состава и состава, получаемого в результате подборки вагонов.
Обратите внимание!
Исследованиями, выполненными в СГУПС, установлено, что выбор оптимального способа сортировки вагонов целесообразно выполнять индивидуально для каждого формируемого МГС в оперативных условиях работы сортировочных, участковых и других технических или грузовых станций.
Для эффективной организации местной работы в современных
условиях необходимы специальные программно-технологические
комплексы. Их основным наполнением должны являться так называемые
задачи поддержки принятия решений.
На основе информации о текущем и прогнозируемом состоянии местной работы должен производиться автоматизированный анализ возможных вариантов ее организации и выбор оптимального способа ее выполнения.
В результате расчетов оперативные работники, участвующие в выполнении местной работы, должны получать детализированный план оптимальных действий, которые необходимо реализовать для достижения желаемого эффекта: выполнения заданного объема местной работы при минимальных эксплуатационных расходах на маневровую работу, затратах времени, маневровых средств и др. За счет этого будет обеспечиваться возможность принятия эффективных управленческих решений при прогнозировании и оперативном управлении процессом переработки местных вагонопотоков.
За рубежом (в Японии, Китае) используют конструкции ВСУ с наличием секционированного путевого развития ВСП типа «ѐлочка»8. В данной конструкции выделяются три пути, разделенные на секции промежуточными соединениями в виде съездов: перекрестных (рис. 3.8а) и обыкновенных (рис. 3.8б). Средний путь является ходовым. В конце каждой секции внутри колеи размещаются шарнирные упоры, которые могут при необходимости убираться вниз. Они обеспечивают остановку вагона с поглощением энергии удара.
а) Вариант с перекрестными съездами
б) Вариант с обыкновенными съездами
Рис. 3.8. Схема секционирования путей для подборки вагонов типа «ѐлочка»
Технология многогруппной сортировки вагонов понятна из рис. 3.9.
По завершении накопления вагонов на секциях путей формирование состава
заключается в простом сцеплении групп вагонов после опускания упоров.
Рис. 3.9. Схема сортировки вагонов с использованием секционированного
путевого развития типа «ѐлочка»
Таким образом, всего за один цикл сортировки с использованием
ВСУ рассматриваемой конструкции может быть подобрано число групп
вагонов, равное количеству секций, предназначенных для накопления (на
рис. 3.9 – шесть групп).
8 В литературе встречаются и другие названия таких устройств: «рыбья кость», «шевронные пути».
Контрольные вопросы
1)Для решения каких основных задач на станциях сооружаются ВСУ?
2)Какие типы сортировочных устройств могут использоваться в составе ВСУ?
3)В чем заключаются функциональные отличия различных видов ВСП?
4)Какие принципиальные варианты размещения ВСУ на сортировочных станциях существуют?
5)Для чего предусматриваются два пути в обход ГММ в схеме расположения ВСУ параллельно сортировочному парку со стороны парка отправления?
6)Какие основные варианты расположения ВСУ при размещении его между сортировочным парком и парком отправления существуют?
7)Имеются ли какие-либо ограничения, относящиеся к параметрам ВСП при расположении ВСУ между сортировочным и отправочным парком?
8)От каких факторов по действующим нормативам зависит полезная длина путей группировочных парков?
9)Из каких составляющих складывается общее число путей ВСП?
10)Какие способы интенсивной сортировки вагонов вы знаете и в чем заключаются их принципиальные отличия?
11)Какие основные факторы необходимо учитывать при выборе рациональной технологии многогруппной сортировки вагонов?
4.ДИНАМИКА СКАТЫВАНИЯ ОТЦЕПОВ С ГОРКИ
4.1.Характеристика сил, действующих на отцеп при скатывании с горки
При скатывании вагона (отцепа) с горки на него действуют движущие силы F
и силы сопротивления движению W (рис.4.1). Вес вагона Q может быть разложен на две составляющие: силу нормального давления P,
перпендикулярную наклонной плоскости, и силу F, действующую в направлении движения.
Рис. 4.1. Схема распределения сил, действующих на вагон при движении его по наклонной плоскости
Согласно расчетной схеме, движущая сила равна, кгс:
F Q sin 103 , |
(4.1) |
где Q – вес отцепа, тс; 
– угол наклона пути к горизонтальной плоскости, °.
Обратите В технической системе единиц (МКГСС), в отличие от системы СИ, для
внимание! обозначения единицы силы вместо Ньютона (Н) используется Килограмм-сила (кгс). Численно эта величина равна силе, сообщающей
телу массой один килограмм, ускорение 9,80665 м/с2. Килограмм-сила удобна тем, что вес получается численно равным массе, поэтому человеку легко представить, например, что такое сила 5 кгс. Соответственно 1 кгс=9,81 Н; 1 тс=9810 Н; 1 м эн. в.=9810 Дж. Поскольку значения удельных сил в нормативной литературе по расчету и проектированию сортировочных устройств традиционно приводятся в системе МКГСС, при дальнейшем изложении в данном пособии также будут использоваться эти единицы.
При небольших углах наклона плоскости к горизонту (до 3°) можно приближенно считать, что движущая сила равна:
F Q tg 103 Q i , |
(4.2) |
где i – уклон пути, о/оо.
В расчетах параметров сортировочных горок удобнее пользоваться
удельными силами движения, отнесенными |
на единицу веса, кгс/тс |
|||
(килограмм-сила на тонну-силу): |
|
|
|
|
f |
F |
|
||
|
|
|
||
Q . |
(4.3) |
|||
|
||||
Удельные силы сопротивления движению вагона также выражаются в кгс/тс.
Из выражений 4.2 и 4.3 следует, что 1 кгс/тс = 1 о/оо.
К силам, противодействующим движению вагона, относятся: основное удельное сопротивление wо, удельное сопротивление от воздушной среды и ветра wсв, удельное сопротивление от снега и инея wсн, удельное сопротивление от стрелочных переводов и кривых wск, удельное сопротивление, возникающее при торможении wт.
4.2. Понятие и методика расчета величины ускорения свободного
падения с учетом энергии вращающихся частей вагона
Вагон является сложной динамической системой, общий запас энергии которой складывается из энергии поступательного и вращательного движения, Дж:
Еоб |
Епост |
Евр |
m v2 I |
2 n |
, |
(4.4) |
||
2 |
|
|
2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||
где m – масса вагона (отцепа), кг; v – скорость движения вагона, м/с; I –
полярный момент инерции, кг.м2; 
– угловая скорость вращения колесной пары, об./с; n – число осей в вагоне (отцепе).
v
|
, |
(4.5) |
R |
где R – радиус колесной пары, м.
|
m v2 |
|
I v2 n v2 |
|
n I |
|
v2 |
|
|||||
Еоб |
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
mусл , |
(4.6) |
2 |
|
2 R |
2 |
2 |
R |
2 |
2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
где mусл – условная масса отцепа с учетом инерции вращающихся частей
вагонов.
Путем ряда преобразований получается формула для определения значения ускорения свободного падения с учетом инерции вращающихся частей вагонов g' , м/с2:
móñë |
m g |
m |
n I |
1 |
|
|
n I |
|
|
g |
g' |
|
g |
|
, (4.7) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
n I |
|
||||||
|
g' |
|
R |
|
|
|
|
|
m R |
|
|
g' |
1 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m R2 |
|
|
|||||||
Для упрощения расчетов используется формула: |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
g' |
|
g |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
(4.8) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где 
– коэффициент увеличения массы вагона при учете его вращающихся частей.
0,42 |
n |
. |
(4.9) |
|
|||
|
Q |
|
|
Средние значения ускорения силы тяжести с учетом инерции вращающихся частей для 4-осных вагонов представлены в табл. 4.1, /14/.
Таблица 4.1
Ускорение силы тяжести с учетом инерции вращающихся частей для 4-
осных вагонов
Масса вагона |
|
g' , |
Масса вагона |
g' , |
(брутто), т |
|
м/с2 |
(брутто), т |
м/с2 |
22 |
|
9,09-9,15 |
50 |
9,46-9,50 |
|
|
|
|
|
25 |
|
9,16-9,21 |
55 |
9,50-9,52 |
|
|
|
|
|
30 |
|
9,26-9,29 |
60 |
9,52-9,55 |
|
|
|
|
|
35 |
|
9,34-9,37 |
65 |
9,55-9,57 |
|
|
|
|
|
40 |
|
9,39-9,42 |
70 |
9,57-9,58 |
|
|
|
|
|
45 |
|
9,44-9,46 |
75 |
9,58-9,60 |
|
|
|
|
|
Примечание. Значение |
g' рассчитано при массе колесной пары 1200-1300 кг и |
|||
диаметре колеса 950-1050 мм.
4.3. Основное уравнение движения отцепа при скатывании с
сортировочной горки
Принцип расчета скоростей и моделирование процесса скатывания вагона с горки основаны на использовании закона сохранения и превращения энергии. Изменение кинетической энергии отцепа на каком-либо участке скатывания l равно работе сил, действующих на отцеп:
m vк2 |
|
m vн2 |
m g' i l 10 |
3 |
m g' w l 10 |
3 |
, (4.10) |
2 |
2 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||
где vк , vн – скорость движения вагона (отцепа) в конце и начале участка, м/с; i – уклон участка скатывания, о/оо; l – длина участка скатывания, м; w –
суммарное удельное сопротивление движению вагона, включающее все указанные выше удельные сопротивления, кгс/тс.
После преобразования формула (4.10) принимает вид:
|
|
vк2 |
|
|
|
vн2 |
|
|
i l |
10 3 |
w l 10 3 , |
(4.11) |
||
|
2 g ' |
|
|
|
||||||||||
|
2 g ' |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
vк2 |
|
vн2 |
|
|
3 |
|
|
|||||
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
(i |
w) l |
10 |
|
. |
(4.12) |
|
2 g ' |
2 |
|
|
|
|||||||||
|
|
g ' |
|
|
|
|
|
|||||||
Анализируя формулу (4.12), очевидно, что при i |
w движение вагона будет |
|||||||||||||
ускоренным, при i w – равномерным, а при i |
w – замедленным. |
|
||||||||||||
Если отцеп при движении проходит несколько участков с разными уклонами
профиля пути i j и различными значениями сопротивления движению wj , то
общее изменение энергии отцепа определяется основным уравнением движения:
vк2 |
|
vн2 |
i j l j 10 3 |
w |
|
l j 10 3 |
, |
(4.13) |
2 g ' |
|
2 g ' |
j |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
где j – количество участков скатывания вагона (отцепа).
Удельную работу движущей силы и сил сопротивления движению при
расчете параметров горки обычно выражают через энергетическую высоту (1
м эн. в. 
1 кН м/кН = 1 кДж/кН). Энергетическая высота hv ,
соответствующая скорости движения отцепа в любой точке рассматриваемого участка, определяется по формуле:
|
hv |
|
|
v2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
. |
(4.14) |
|
|
2 |
g |
||||||
|
|
|
|
|||||
Величина hг соответствует |
разности |
потенциальной энергии |
вагона в |
|||||
начале и конце участка скатывания и определяется по формуле: |
|
|||||||
hг |
|
i |
j |
l j |
10 3 . |
(4.15) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Энергетическая высота, потерянная при преодолении всех сил сопротивления движению на участке пути, определяется по формуле:
hw 
wj 
l j 
10 3 , (4.16)
Удельная работа сил сопротивления возрастает по мере удаления вагона от вершины горки. Ее значение в любой точке профиля горки находится как суммарные энергетические потери при преодолении всех сил сопротивления движению на пройденном пути в результате рассеяния энергии движения.
При скатывании отцепа по участку пути длиной l происходит перераспределение запаса энергетической высоты (рис 4.2).
Рис. 4.2. Изменение энергетической высоты при скатывании отцепа на расчетном участке
Всоответствии с законом сохранения энергии (см. рис. 4.2)
перераспределение запаса энергетической высоты определяется формулой:
hн hг hw hк , |
(4.17) |