3.2 Проектирование плана горочной горловины

_{План горочной горловины сортировочного парка (СП) следует про­ектировать с использованием типовых решений и с учетом плана (схемы) сортировочного комплекта. Горочную горловину в пределах от первой разделительной стрелки до предельных столбиков необходимо проектировать короткой, обеспечи­вать наименьшую длину маршрута следования для большинства отцепов и наименьшую сумму углов поворота кривых на маршрутах скатывания. В этих целях следует:}

_{- группировать пути СП со стороны горки в пучки, содержащие от 3 до 8 путей в каждом, крайние пучки путей могут быть неполными;}

_{- применять симметричные стрелочные переводы с крестовинами мар­ки 1/6}^С _;

_{- расстояние между центрами стрелочных переводов с крестовинами марки 1/6}^С _{при их попутной укладке принимать минимально возможное, но не менее 23.97 м;}

_{- выход с крайних пучков или 3-4 крайних путей СП в обход горки предусматривать укладкой симметричных стрелочных переводов с кресто­винами марки 1 /6}^С_.

_{Междупутья в пучках следует принимать 5.3 м, а между пучками 6.5 м. Допускается :}

_{- уменьшать междупутья между пучками в начале путей до 4.8 м;}

_{- кривые начинать непосредственно за хвостом крестовины;}

_{- проектировать круговые кривые радиусом не менее 200 м, кривые за крестовинами последних разделительных стрелочных переводов пучков путей - не менее 180 м, а в горловинах с числом путей более 32 при обосно­вании - не менее 150 м. В горловине горок любой мощности следует предусматривать прямые участки пути для установки вагонных замедлителей. Длина этих участков определяется в зависимости от числа и типа замедлителей на каждой пози­ции. На ГПМ, ГБМ, четырехпучковых ГСМ длина этих участков должна быть достаточной для установки двух замедлителей на первой тормозной позиции (1ТП) и двух или трех на пучковой. Длина изолированных участков замедлителей устанавливается в за­висимости от применяемых устройств автоматики. Длина предстрелочного участка (от изостыков до начала остряков) должна быть не менее 6 м.}

3.3 Составление разверток трудного по условиям скатывания пути и смежного с ним

_{На основании плана головы СП составляем развертку самого трудного пути по условиям скатывания отцепов. Трудным является путь, который имеет максимальное сопротивление движению отцепов от стрелок и кривых. Развертка строится от условной вершины горки (УВГ) до рас­четной точки (РТ). УВГ находится от фактической вершины горки (ФВГ) на расстоянии тангенса вертикальной кривой. РТ находится на расстоянии 50 м от конца парковой тормозной позиции (ПТП). Построение развертки пути, смежного с трудным, начинают от последней разделительной стрелки. Расстояние от УВГ до изостыка первого разделительного элемента устанавливается заданием. В случае, если первым разделительным элементом является стрелочный перевод, это расстояние должно быть около 25 м (для возможности размещения измерительных участков). Если первым разделительным элементом является замедлитель, то расстояние от УВГ до изостыка следует принимать 45-50 м. На рисунке 6 показано положение изостыка 1-го разделительного элемента относительно УВГ.}

_{Рисунок 6 - Положение изостыка 1–го разделительного элемента относительно УВГ а) разделительный элемент-замедлитель; б) разделительный элемент - стрелочный перевод.}

_{Положение изостыка разделительной стрелки определяется исходя из расчетной схемы (рисунок 7).}

_{Рисунок 7 - Определение положения изостыка разделительной стрелки}

_{На развертке следует показать все элементы плана (прямые участки, кривые, стрелочные переводы, замедлители) с указанием их параметров (размеров).}

_{Примеры построения разверток представлены на рисунке 8.}

_{Рисунок 8 - Пример построения развертки (первый разделительный эле­мент - стрелочный перевод)}

_{Пример определения положения ПС и ПТП приведены на рисунке 9.}

_{Рисунок 9 – Определение положения предельного столбика и ПТП}

_{Рассмотрим построение развертки трудного пути N46. Расстояние от ЦП 46 до начала ПТП составит 8.755+51.00=59.755м. Длина кривой до замедлителя составит 57.09 – 10.56=46.53м. Расстояние от конца ПТП до РТ должно быть 50 м. Определяем длину участка кривой, начиная от конца ПТП: 78.50-51.00-16.10=11.40. Длина прямого участка от конца кривой до РТ составит 38.60 м. Развертку смежного с трудным путем следует строить, начиная с последней разделительной стрелки, ведущей на эти два пути. При выборе трудного пути можно поступать следующим образом: если пучок является полным (т.е. в пучке 8 путей), то в качестве трудного пути следует принимать крайний путь; если пучок является неполным (менее 8 путей), то трудным может являться и предпоследний путь в пучке.}

_{Рисунок 10 - Фрагмент плана горочной горловины}

_{Рисунок 11 - План горочной горловины}

_{На развертке следует указать координаты начала и конца всех ее элементов ( рисунок 12 ).}

_{Рисунок 12 - Развертка трудного пути N46}

_{Разбиваем трудный путь на 4 участка:}

_{-от УВГ до начала IТП;}

_{-от начала I ТП до начала II ТП;}

_{-от начала II ТП до начала ПТП:}

_{-от начала ПТП до РТ.}

_{Для каждого участка определяем его длину, сумму углов поворотов (с учетом стрелочных углов) и количества стрелок:}

_{I участок.}

_{l1 = 25.00 + 5.26 + 17,51 + 8.08 + 17.51 + 0.50 = 73.86м; Σα1 = 1.51 + 2 * 4.73 = 10.97; n1 = 3;}

_{II участок.}

_{l2= 12.475 + 1.00 + 12.475 + 1.50 + 21.81 + 17.51 + 10.47 + 1.50 = 78.74}

_{Σα2 = 6.25 + 1 * 4.73 + 3 = 13.98; n2 = 1 (с учетом глухого пересечения).}

_{III участок.}

_{l3 = 12.475 + 1.00 + 12.475 + 16.11 + 17.51 + 5.26 + 17.51 + 6.46 + 17.51 + 6.46 + 17.51+ 51.00 = 181.28 м;}

_{Σα3 = 4 * 4,73 + 1.50 + 1.85 = 38.57; n3 = 4.}

_{IV участок.}

_{l4 = 16.10 + 11.40 + 38.60 = 66.1 м;}

_{Σα4 = 8.76; n4 = 0}

_{3.4 Определение расчетной высоты горки}

_{Высотой горки называют разность отметок головок рельсов путей на вершине горки и в расчетной точке. Высота горки должна обеспечивать добегание расчетного бегуна при неблагоприятных условиях (зимой и при встречном ветре) по наиболее трудному пути до расчетной точки. При такой высоте горки основная масса бегунов будет проходить в глубь сортировоч­ного парка, освобождая стрелки горочной горловины для прохода отцепов на другие пути.}

_{За расчетный бегун принимают 4-осный крытый вагон на роликовых подшипниках весом 25 тс.}

_{Расчетная высота горки ГБМ, ГТШ и ГСМ, Нр, м, определяется по формуле ( 5 ), согласно [5], c.13}

_{Нр = 1.75 ·(Σhосн i + Σhсвi + Σhcк i ) + hсм - h0 ( 5 )}

_{где 1.75 – мера отклонения расчетного значения суммы}

_{Σhосн I - основное значение потерь энергии при преодолении сопротивлений движению}

_{Σhсвi - значение потерь энергии от среды и ветра}

_{Σhcк I - значение потерь энергии от стрелок и кривых}

_{hcи - потеря удельной энергии при преодолении сопротивления от снега и инея, м.э.в.;}

_{hо - удельная энергия соответствующая скорости роспуска}

_{Расчет элементов для расчета высоты горки выполняется по формулам:}

_{Основное значение потерь энергии Σhосн I , м, определяется по формуле (6), согласно [5], с.13}

_{Σhосн i =Σw0 ·li ·10}^-3_{, ( 6 )}

_{где li – длина i-го расчетного участка, м;}

_{w0 – основное удельное сопротивление движению расчетного бегуна, кгс/тс.}

_{Значение потерь энергии от среды и ветра Σhсвi, , определяется по форму-}

_{ле (7), согласно [5], с.13}

_{Σhсвi = Σwсв i ·li ·10}^-3_{, ( 7 )}

_{где wсв i – удельное сопротивление движению расчетного бегуна от воз-}

_{душной среды и ветра на i-ом расчетном участке, кгс/тс.}

_{Значение потерь энергии от стрелок и кривых Σhcк I, , определяется по формуле (8) согласно [5], с.13}

_{Σhcк i =Σ(0,56·ni +0,23·Σαi ) ·Vi} ² _·10^-3_{, ( 8 )}

_{где ni – число стрелочных переводов;}

_{Σαi – сумма углов поворота в градусах;}

_{Vi – средняя скорость движения расчетного бегуна, м/с.}

_{Потеря удельной энергии при преодолении сопротивления от снега и инея hси, определяется по формуле (9) согласно [5], с.13, м.э.в.;}

_{hси = wси · lси ·10}^-3_{, ( 9 )}

_{где wси - удельное сопротивление движению расчетного бегуна от снега и инея, кгс/тс;}

_{lcи - длина зоны действия сопротивления от снега и инея, м}

_{Длина зоны действия снега и инея устанавливается по развернутому плану расчетного маршрута от конца II ТП до РТ.}

_{Среднее значение сопротивления от среды и ветра wсв I, определяется по формуле (10), согласно [5], с.14}

W_свi = ∑w_{св ij} * P_j / ∑ P_j, ( 10 )

_{где wсв ij - удельное сопротивление движению от воздушной среды и ветра, соответствующее средней скорости ветра j -го румба на i- ом расчетном участке, кгс/тс;}

_{Рj - повторяемость ветра j -го румба.}

_{Значение wсв ij определяют с учетом направления скатывания расчетного бегуна и скорости его движения на i-м расчетном участке.}

_{При определении wсв ij к расчету принимаются все встречные направления ветра, действующие по одну сторон плоскости, перпендикулярной направлению скатывания. Направление скатывания принимается по оси спускной части горочной горловины.}

_{wсв ij определяют по формуле (11) , согласно [5], с.14}

_{wсв ij = C * Vот}² _{( 11 )}

_{где C - приведенный коэффициент воздушного сопротивления;}

_{Vот - относительная (результирующая) скорость вагона (отцепа) с учетом направления ветра, м/с.}

_{Значение коэффициента С для одиночных вагонов определяется по формуле (12), согласно [5], с.14}

_{С= 17.8 * Cх * S / ( 273 + t ) * q ( 12 )}

_{где Сх - коэффициент воздушного сопротивления одиночных вагонов;}

_{S - площадь поперечного сечения одиночного вагона, м}²_;

_{q- вес вагона, тс;}

_{t - температура наружного воздуха.}

_{Коэффициент Сх принимается в зависимости от рода вагона и угла α (угол между результирующим вектором относительной скорости Vот и направлением скатывания отцепа).}

_{Скорость Vот, м/с, определяется по формуле (13), согласно [5], с.15}

_{Vот = V}² _{+ Vв}² _{+ 2 * V * Vв * cosβ ( 13 )}

_{где V - средняя скорость скатывания отцепа на участке, м/с;}

_{Vв - скорость ветра , м/с;}

_{β - угол между направлением ветра и осью участка пути, по которо­му движется вагон.}

_{На основании исходных данных вычерчивается роза ветров, определяющая основные направления сопротивления воздушных масс от среды и ветра:}

_{Таблица 1 – Значения скорости ветра по румбам расчетного месяца в неблагоприятных условиях.}

№ п/п	Наименование румбов	Средняя скорость м/с	Повторяемость, %
1	Север	2.7	10
2	Северо-Вос.	2.2	12
3	Восток	5.3	16
4	Юго-Восток	3.6	14
5	Юг	5.2	12
6	Юго-Запад	2.7	16
7	Запад	2.2	18
8	Северо-Запад	2.8	2

_{Азимут направления роспуска 360 градусов.}

_{Расчетная температура для зимних условий =-26°С.}

_{На рисунке 13 приведена роза ветров и направление роспуска.}

_{На схему наносят средние скорости ветра по каждому румбу. От се­верного направления по часовой стрелке откладывают азимут направле­ния роспуска и наносят его на схему, проводят перпендикулярно ему линию, тем самым отделяют встречные направления ветра от попутных. Встреч­ными являются следующие направления: С,СВ,В,ЮВ,З,СЗ. Затем определяют углы βi которые составляют 1-й румб с заданным направлением роспуска.}

_{Углы βi для этих румбов составляют:}

_{С-β = 90}⁰ _{; СВ– β = 45}⁰ _{; В – β = 0}⁰ _{; З – β = 85}⁰ _{; СЗ – β = 45}⁰_.

_{Рисунок 13 – Роза ветров}

_{Румбы участвующие в расчете wсв i : С,СВ,В,ЮВ,З,СЗ.}

_{Расчет wсв i приведен для северного румба для 1-го расчетного участка горки:}

_{V1 = 4.2 м / с; Vв = 2.2 м/с; q = 25 тс; t = - 26 ; β = 90}⁰

_{Отностительная скорость на первом участке рассчитывается по формуле (9)}

_Vот² _{= 4.2}² _{+ 2.2}² _{+ 2 * 4.2 * 2.2 * cos 90}⁰ _{= 22.12 м/с}

_{Угол α рассчитывается по формуле (14), согласно [5], с.15}

_{α = arsin ( Vв * sin β / √Vот ) (14)}

_{α = arsin 2.2 * 1 / √22.12 = 27.911}

_{Коэффициент воздушного сопротивления C х определяется по формуле (15), согласно [5], с.16}

_{При угле α1 = 20}⁰ _{- C х = 1.64 , а при угле α2 = 30}⁰ _{- C х = 1.58.}

_{C х = C х1 + (C х2 - C х1) / (α2 - α1) ( 15 )}

_{C х = 1.64 + 1.58 – 1.64 / 30 -20 * (27.9 – 20 ) = 1.59}

_{Площадь поперечного сечения для вагона принимается S =9.7 м}² _{, тогда приведенный коэффициент воздушного со­противления составит:}

_{С = = 0,00444582}

_{св ij = 0,00444582 * 22.12 = 0,98}

Для остальных румбов расчет производим аналогично, результаты вычислений заносим в таблицу 2.

Расчет удельных работ сил сопротивления движению приведен в таблицу 3.

Таблица 3 - Определение величин удельных работ сил сопротивления движению расчетного бегуна

№ участка	Длина участка, м	Крытый 4-х осный, q = 25тс, w0 = 1,75 кгс/тс, V0 = 1,7 м/с, t = -26 0С
		w0, кгс/тс	hосн, м.э.в.	Wсв, кгс/тс	hсв, м.э.в.	Vр, м/с	n	∑αi	hск, м.э.в.
1	73.86	1.75	0.129	1.39	0.102	4.2	3	10.97	0.074
2	78.74	1.75	0.138	2.19	0.172	5.5	1	13.98	0.114
3	181.28	1.75	0.317	1.94	0.351	5.0	4	38.57	0.277
4	66.1	1.75	0.116	0.68	0.044	2.0	-	8.76	0.081

Зона действия инея и снега l_сн, м, определяется по формуле (16) согласно [5], с.18

l_сн = l₃ + l₄ - l_2ТП ( 16 )

l_сн = 181.28 + 66.1-(12.475+ 1.0+ 12.475) = 221.43 м.

Удельное сопротивление движению расчетного бегуна от снега и инея принимается: при t = -20°С w_си = 0.30 кгс/гс ; при t=-30°С w_сц = 0.50кгс/гс.

Удельное сопротивление движению расчетного бегуна от снега и инея при t = -26°С составит:

w_си = 0.30 + 0.50 – 0.30 / -30 – (-20) * ( -26 – (-20)) = 0.42

Удельная работа сил сопротивления движению от снега и инея рассчитывается по формуле (5)

h_си = 0.42 * 221.43 * 10^-3 = 0.093

Удельная энергия h₀, м, соответствующая установленной скорости роспуска, определяется по формуле (17), согласно [5], с.19

h₀ = v²₀ / 2g^' ( 17 )

Скорость роспуска определяем в зависимости от типа сортировочного устройства. Для ГБМ V₀ равна 1.7 м/с.

Ускорение свободного падения с учетом инерции вращающихся масс g^', м/с², определяется по формуле (18) согласно [5], с.19

g^' = g / 1 + 0.42 * n_осей / q ( 18 )

где g – ускорение свободного падения, g=9.81 м/с²;

n_осей – количество осей отцепа;

q – масса отцепа.

Для расчетного бегуна ускорение свободного падения с учетом инерции вращающихся колесных пар составит:

g^' = 9.81 / 1 + 0.42 * 4 / 25 = 9.19 м/с²

Удельная энергия рассчитывается по формуле (13):

h₀ = 1.7² / 2 * 9.19 = 0.157

Таким образом высота горки определится по формуле (1)

Н_р = 1.75 * (0.7 + 0.669 + 0.546) + 0.093 - 0.157 = 3.344 м.э.в.

4 Проектирование продольного профиля спускной части сортировочной горки

4.1 Требование к профилю спускной части горки

Скоростной элемент спускной части горки проектируется наиболее крутым (до 50‰ ) для получения потребных интервалов на вершине горки при свободном скатывании отцепов. Длина прямого участка между тангенсами вертикальных сопрягающих кривых должна быть не менее 20 м. Что касается нижнего ограничения крутизны скоростного участка, то желательно, чтобы она была не менее 40‰ на ГБМ и ГПМ, 30-40%о на ГСМ и 25-30‰ на ГММ. Разница крутизны скоростного элемента и следующего за ним допускается не более 25‰

Рисунок 14 – Размещение 1ТП за первым разделительным стрелочным переводом.

Радиусы вертикальных кривых при сопряжении элементов продольного профиля на спускной части горки должны быть не менее 250 м. IТП горок повышенной, большой и средней мощности необходимо размещать на спуске крутизной не менее 12‰, а на ГММ (с одной тормозной позицией на спускной части) - более 7‰. ПТП необходимо проектировать на спуске крутизной, обеспечивающей в неблагоприятных условиях трогание с места расчетных плохих бегунов, но не менее 7‰, а в холодных температурных зонах - не менее 10‰.

Крутизна участка стрелочной зоны должна проектироваться в пределах от 1 до 1.5‰, в крайних пучках - до 2‰ для горок с числом путей до 30 и до 2.5‰ для горок с числом путей более 30 и в холодных температурных зонах. Парковая тормозная позиция при оборудовании ее замедлителями и расположении в кривой проектируется на уклоне до 2%о, на прямой до 1.5‰. Сортировочные пути за парковой тормозной позицией следует проектировать на равномерном спуске крутизной 0.6‰.