Введение

Железные дороги нашей страны выполняют большую часть грузовых и пассажирских перевозок, размеры которых непрерывно растут и для успешного освоения их необходимо совершенствовать технические устройства и технологию работы.

1.Основы динамики скатывания вагонов с горки. Понятие энергетической высоты

При скатывании вагона по наклонной плоскости на него действуют движущие силы и силы сопротивления (рис. 3.2).

В основу динамики движения вагона положена модель скатывания тела по наклонной плоскости.

Исходными теоретическими предпосылками для расчета горок являются дифференциальное уравнение движения вагона и теорема об изменении кинетической энергии.

Рис. 3.2. Силы, действующие на вагон при скатывании с горки

На вагон, движущийся по наклонной плоскости, действуют силы:

• тяжести  ;

• сопротивления  ;

• основная движущая  ;

• нормального давления на наклонную плоскость  .

Из рис. 3.2 видно, что

                                                                                                                          (3.1)

.                                                                                                                          (3.2)

Но так как величина  на горках не превышает 4 , то принимается

,                                                                                                                             (3.3)

где  – уклон, ⁰/_00.

Приближенно можно считать силу сопротивления  пропорциональной весу вагона, т.е.

,                                                                                                                      (3.4)

где  – общее удельное ходовое сопротивление движению вагона, Н/кН или ‰.

Силы сопротивления бывают:

– непрерывные (основное удельное  , от воздушной среды и ветра  , от снега и инея  );

– периодические (от стрелок  , от кривых  , от тормозных позиций  )

                                                                                  (3.5)

Тогда дифференциальное уравнение движения вагона (как материальной точки) вдоль оси Ах

                                                                                              (3.6)

где  – ускорение вагона;  – масса вагона.

Из этого уравнения видно, что если на некотором участке  >  , вагон движется ускоренно; если  <  – замедленно, при  =  – равномерно. Учет сил, действующих на скатывающийся вагон, удобно вести по величине энергетической высоты.

Согласно теореме об изменении кинетической энергии

.                                                                                          (3.7)

Правая часть уравнения представляет собой работу силы тяжести и средней силы сопротивления на участке  , уклон которого  ,  и  – соответственно начальная и конечная скорости движения вагона на участке  .

Выразив величину  через  и сократив на  обе части равенства, получим уравнение кинетической энергии, отнесенной к единице веса вагона

,                                                                                          (3.8)

тогда

,                                                                                              (3.9)

следовательно,

                                                                                           (3.10)

Величина приведенного ускорения, соответствующего силе тяжести, зависит от отношения веса вращающихся частей вагона к его полному весу и определяется из выражения

                                                                                                                 (3.11)

где  – вес вагона брутто, кН;  – число осей.

Значения  можно принимать из прил. 2 табл. 2.

Удельную работу движущей силы и сил сопротивления при расчете параметров горки обычно выражают через энергетическую высоту  (1 м.э.в. ˜ 1 кН, м/кН = 1 кДж/кН). Энергетическая высота – это либо удельная работа, либо удельное сопротивление силы тяжести.

Поэтому, переходя к энергетическим высотам, выражение зависимости можно представить как

                                                                                                              (3.12)

На рис. 3.3 представлено графическое изображение зон энергетических высот.

Рис. 3.3. Графическое изображение энергетических зон: АВ – линия начальных энергетических высот (в любой точке – полная энергия вагона постоянна); АВС – зона работы сил сопротивления; АС – показывает, как изменяется работа сил сопротивления от вершины горки до расчетной точки

Таким образом, силы, способствующие движению отцепа в любой точке профиля К (рис. 3.4), характеризуются:

1. полной энергетической высотой  , равной  , где  – разница отметок начала участка  и данной точки;

2. силами сопротивления движению – удельной работой этих сил или потерянной энергетической высотой на протяжении  и обозначаемой  _;

3. результирующей силой – скоростной или остаточной энергетической высотой 

, равной

.                                                                                              (3.13)

Т.е. для любой точки горки

,                                                                                                      (3.14)

где  – энергия, которая потеряна на преодоление сопротивления в точке К;  – свободная энергетическая высота, которая реализована в скорости скатывания вагона;  – остаточная потенциальная энергия, численно равная высоте той точки, в которой находится вагон (в данном случае в точке К).

Рис. 3.4. Графическое изображение энергетических высот:  – полная энергетическая высота на вершине горки (суммарная удельная потенциальная и кинетическая энергия на вершине горки);  и  – свободные энергетические высоты, соответствующие начальной и конечной скоростям на участке  ;  – высота наклонной плоскости;  – потерянная энергетическая высота, затрачиваемая на преодоление всех видов сопротивлений на участке  , т.е. удельная работа всех сил сопротивления (потери кинетической энергии)

Скорость отцепа в каждой точке теоретически можно определить по формуле

,                                                                                             (3.15)

или, переходя к энергетическим высотам – по формуле

.                                                                                                                    (3.16)

Поэтому спускная часть горки проектируется вогнутым профилем, чтобы увеличить скорость движения отцепа.

Время прохода участка можно определить как

.                                                                                                                          (3.17)

2. Основы динамики скатывания вагонов с горки

3 Определение параметров сортировочных устройств

3.1 Типы сортировочных устройств

Для сортировки вагонов на станции проектируются основные и вспомога- тельные сортировочные устройства следующих типов:

Горочные - сортировочные горки повышенной (ГПМ), большой (ГБМ), средней (ГСМ) и малой (ГММ) мощности, где для скатывания вагонов используется в основном сила их тяжести;

Безгорочные - вытяжные пути со стрелочными горловинами на уклоне, используется сила тяги локомотива и сила тяжести вагонов; на горизонтальных вытяжных путях и стрелочных горловинах используется только сила тяги локомотивов.

К основным сортировочным устройствам относятся: ГПМ, ГБМ, ГСМ и ГММ, к вспомогательным устройствам - ГСМ, ГММ и безгорочные устройства вместе с сортировочными (группировочными) парками.

Параметры сортировочных устройств приведены в таблицу 1.

Таблица 1 - Классификация сортировочных горок

Тип сорт. устр.	Суточ. пере-раб. спос.	Число путей				Число ТП
		сортиро-вочных	надвига	спускных	обход-ных	На спускной части	На путях (парков)
ГПМ	более 5500	более 40	≥ 3	2÷3/4	2	2	1/2
ГБМ	3500-5500	30-40	2-3	2	1÷2	2	1/2
ГСМ	1500-3500	17-29	1-2	1÷2	1÷2	1÷2	1/2
ГММ	250-1500	4-16	1-2	1	0÷2	0÷2	1

_{Тип сортировочного устройства выбирается в зависимости от коли­чества перерабатываемых вагонов - N и числа путей в сортировочном парке - mСП. При mСП =30 путей и N=4010 вагонов проектируемое сор­тировочное устройство является горкой большой мощности.}