АСУ та математичні методи в інженерних задачах

Навчальне видання

Бондаренко Ірина Олександрівна, Курган Дмитро Миколайович

АВТОМАТИЗОВАНІ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ

Методичні вказівки до лабораторних робіт

Редактор М. О. Долгов Комп’ютерна верстка Т. В. Шевченко

Підписано до друку 01.02.2007. Формат 60х84 1/16. Папір для множних апаратів. Ризограф. Ум. друк. арк. 1,2. Обл.-вид. арк. 1,3.

Тираж 60 прим. Зам. № 191. Вид. № 35.

Видавництво Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна

ДК № 1315 від 31.03.2003

Адреса видавництва та дільниці оперативної поліграфії: 49010, Дніпропетровськ, вул. Лазаряна, 2 www.diitrvv.dp.ua

admin@diitrvv.dp.ua

22

Лабораторна робота № 1

ФОРМУВАННЯ СХЕМАТИЧНИХ ПЛАНІВ СТАНЦІЇ

Мета роботи: Отримати навички роботи зі схематичними планами станцій у середовищі спеціалізованого програмного забезпечення АІС «Полігон».

1.Порядок виконання роботи

1.Ознайомитись, які дані складають схематичний план станції та які особливості має представлення такої інформації в цифровому вигляді.

Інформацію, з якої складається схематичний план станції, можна поділити на два види:

– графічна інформація – безпосередньо схематичний малюнок розташування різних об’єктів (світлофорів, стрілочних переводів, залізничних колій та ін.) показаних установленими умовними позначеннями;

– чисельно-текстова інформація – технічні параметри об’єктів, що показані на плані станції (марка та номер стрілочного переводу, назва світлофору та ін.). Деякі з таких параметрів вказуються безпосередньо на плані станції, а деякі зводяться в окремі таблиці (наприклад, відомість стрілочних переводів станції).

Таким чином, програмне забезпечення, що розроблено для роботи з такими даними, має властивість поєднувати в собі як функціональність графічного редактора, так і бази даних.

2.Вивчити, які об’єкти вказуються на схематичному плані станції.

З точки зору графічного відображення об’єкти, з яких складається схема станції, можна умовно поділити на три види:

–вузлові об’єкти – це такі, що показуються на схемі станції умовними позначеннями, розміри яких, як правило, не залежать від параметрів об’єкта, і ділять коліюнаокремі фізичні(стрілочніпереводи) абологічні(світлофори) ділянки;

–ребра – це об’єкти, які поєднують між собою вузлові об’єкти і характеризуються довжиною (колії на станції);

–інші – додаткові об’єкти, що вказуються на схемі станції, але не підпадають під два попередніх визначення (платформи, будівлі та ін.).

Список основних об’єктів, що застосовуються для формування схематичного плану станції, наведено в табл. 1.

Зважаючи на те, що схема формується з окремих об’єктів, які мають індивідуальне графічне відображення й індивідуальний набір даних, зручно використовувати векторну графіку. Тоді кожен об’єкт є окремим ще й з точки зору графічної роботи з ним. Він складається з набору точок, які з’єднуються між собою

взалежності від виду об’єкту і таким чином малюється на схемі. Кількість і положення таких точок однозначно визначають вигляд об’єкту. Слід зазначити, що кількість точок для вузлового об’єкту одного типу є постійною, а для інших об’єктів може змінюватися в залежності від графічного вигляду.

3. За вихідними даними, виданими викладачем, сформувати схематичний план станції у цифровому вигляді (рис. 1).

Більш детально питання формування схематичного плану станції викладено в інструкції ЦП-0125 [1].

3

Таблиця 1

Основні об’єкти, що вказуються на схематичному плані станції

2.Зміст звіту

Уякості звіту треба надати складений схематичний план станції в цифровому вигляді з усіма необхідними об’єктами та зв’язками між ними.

3.Контрольні запитання

1.З яких об’єктів складається схематичний план станції?

2.У чому особливості роботи з такими документами як схематичний план станції у цифровому вигляді.

3.Яке програмне забезпечення може бути використане для формування розглянутих документів?

4.Які умовні позначення використовуються для графічного відображення на схемі об’єктів?

5.До складу яких документів дистанції колії входить схематичний план станції?

4

ЗМІСТ

21

Таблиця 3

Вихідні дані до лабораторної роботи № 6

20

Рис. 1. Схематичний план станції

5

Лабораторна робота № 2

СКЛАДАННЯ ВІДОМОСТЕЙ КОЛІЙ І СТРІЛОЧНИХ ПЕРЕВОДІВ СТАНЦІЇ

Мета роботи: На прикладі складання відомостей колій і стрілочних переводів отримати навички роботи з документами, які формуються як вибірки з загальної бази даних у середовищі спеціалізованого програмного забезпечення АІС «Полігон».

1.Порядок виконання роботи

1.Ознайомитись, які дані складають відомість залізничних колій та відомість стрілочних переводів станції.

У попередній лабораторній роботі було складено схематичний план станції. При використанні спеціалізованого програмного забезпечення об’єкти, що показані на схемі, мають, окрім графічного відображення, набір параметрів, які складають технічні характеристики даного об’єкту (рис. 2).

2.Сформувати технічні параметри

даного, що вводиться, так і відношення його значення до інших даних. Технічна інформація, що введена по кожному з об’єктів, є базою для

отримання документів з аналізу роботи та стану системи вцілому (в розглянутому випадку – залізничній станції).

3. Скласти відомість залізничних колій станції.

Відомість залізничних колій станції складається в табличному вигляді та відображає основні технічні параметри колій на станції. Форма такої відомості відповідно до [1] наведена у табл. 2.

4. Скласти відомість стрілочних переводів.

6

Таблиця 2

Вихідні дані до лабораторної роботи № 5

19

Додаток ВИХІДНІ ДАНІ ДЛЯ САМОСТІЙНИХ РОЗРАХУНКІВ

Таблиця 1

Вихідні дані до лабораторних робіт № 3, 4 і 7

1800, 2500, 3000 м.

2. Місто і фактична температура проведення робіт вказуються викладачем.

18

Таблиця 2

Відомість залізничних колій станції_________________________

Форма відомості стрілочних переводів на станції відповідно до [1] показана у табл. 3.

Таблиця 3

Відомість стрілочних переводів станції___________________

Докладно питання складання відомостей колій і стрілочних переводів розглянуто в інструкції ЦП-0125 [1].

2.Зміст звіту

Уякості звіту треба надати складені відомості колій і стрілочних переводів у цифровому вигляді для схематичного плану станції, що був сформований у попередній лабораторній роботі.

3.Контрольні запитання

1.Які характеристики колій входять до відомості?

2.Якіхарактеристикистрілочнихпереводівпотрібнідляскладаннявідомості?

3.Яке програмне забезпечення може бути використане для формування даних у табличному вигляді?

4.Наведіть приклади програмного контролю за інформацією, що вводиться для об’єктів схематичного плану станції.

7

Лабораторна робота № 3

РОЗРАХУНОК ПІДВИЩЕННЯ ЗОВНІШНЬОЇ РЕЙКИ В КРИВИХ ЗА РІЗНИМИ КРИТЕРІЯМИ

Мета роботи: На прикладі задачі визначення величини підвищення зовнішньої рейки колії при заданій структурі поїздів, швидкості руху та радіусах кривих отримати навички виконання інженерних розрахунків за допомогою сучасного програмного забезпечення загального призначення.

1.Порядок виконання роботи

1.Обчислити значення підвищення зовнішньої рейки за техніко-еконо- мічним критерієм.

При проході рухомого складу по кривих ділянках колії виникають відцентрові прискорення та відповідні їм відцентрові сили.

Відцентрові сили викликають також додаткову дію на колію, перерозподіл вертикальних навантажень на рейки обох рейкових ниток та, зокрема, перенавантажують зовнішню нитку. Це у свою чергу викликає підвищення зносу рейок зовнішньої нитки. Крім того, відцентрована сила може привести до зсуву рейко-шпальної решітки або рейкової нитки по шпалах, порушуючи таким чином правильне положення колії у плані.

Із метою врівноважити дію відцентрових сил створюють підвищення зовнішньої рейки у кривих ділянках колії. За рахунок цього підвищення утворюється доцентрове прискорення та відповідна йому доцентрова сила. Розрахунком підвищення домагаються компенсації відцентрової сили, чим зводять до мінімуму різницю навантажень на рейкові нитки, та покращують комфортабельність їзди пасажирів.

При встановленому радіусі кривої визначення підвищення повинно проводитись за техніко-економічними критеріями, тобто треба забезпечувати найменш динамічну взаємодію колії та рухомого складу за умови рівномірності зносу обох рейкових ниток

R

де hp – розрахункове підвищення, мм;

R – радіус кривої, м;

Vсер – середньозважена квадратична швидкість руху поїздів, км/год, ви-

значається за фактичною швидкістю руху всіх категорій пасажирських і вантажних поїздів різної ваги.

Швидкості пасажирських і вантажних поїздів, що проходять по кривій, визначаються за даними швидкостемірів або за тяговими розрахунками, відкоригованими з метою наближення їх до фактичних швидкостей. Середньозважена квадратична швидкість визначається за формулою

8

при розриві стикових болтів зрівнюваних прольотів в холодну погоду.

3. Побудувати графік інтервалу закріплення з нанесенням оптимальної температури закріплення.

За результатами виконаних розрахунків будується графік інтервалу закріплення (рис. 6).

4. Зробити висновки та оформити звіт.

Для виконання розрахунку потрібні такі вихідні дані: тип локомотива, категорії колії (головні чи станційні), тип рейок, епюра шпал, швидкість руху, план лінії, тип шпал, тип баласту, розрахункові температури. Відповідно до варіанту вихідні дані наведені у табл. 1 додатку.

2.Зміст звіту

Уякості звіту треба представити результати визначення температури закріплення рейок безстикової колії. Для формування звіту може бути використане програмне забезпечення загального призначення.

3.Контрольні запитання

1.Як вимірюється температура рейок?

2.Виходячи з яких критеріїв визначається необхідний інтервал закріплення?

3.Як залежить подальша експлуатація пліті безстикової колії від температури її закріплення?

4.В якому документі дистанції колії фіксується температура закріплення безстикової колії?

БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК

Е. І. Даниленко, В. О. Яковлєв, А. М. Орловський, М. І. Карпов та інші. – К.: Транспорт України, 2006. – 314 с.

4. Технічні вказівки щодо оцінки стану рейкової колії за показниками колієвимірювальних вагонів та забезпечення безпеки руху поїздів при відступах від норм утримання рейкової колії. - К., 2005. – 48 с.

17

тів верхньої будови колії, підвищує надійність рейкових ланцюгів у системі автоблокування, зменшує опір руху поїздів і, як наслідок, знижує витрати на тягу поїздів, атакожзнижуєрівеньшуму, щовиникаєпідчасїхрухутощо.

Переваги безстикової колії, а також широке використання на залізницях України як підрейкової основи залізобетонних шпал, роблять її основною конструкцією залізничної колії незалежно від розмірів вантажонапруженості.

Головною ознакою в роботі безстикової колії, яка обумовлює особливості її укладення та утримання, є те, що добре закріплені рейкові пліті при підвищенні або зниженні температури не можуть змінювати свою довжину. Через це в них виникають значні повздовжні сили, які в жарку літню погоду можуть призвести до втрати стійкості (викиду) колії, а в холодну зимову – до перенапруження в підошві рейки й зламу з утворенням небезпечного зазору або розриву рейкового стику в зрівнювальному прольоті через зріз болтів. Ці особливості безстикової колії вимагають дотримання норм і правил стосовно температури її укладення та утримання в процесі експлуатації.

2. Розрахувати межі інтервалу і оптимальну температуру закріплення. При визначенні можливості укладення безстикової колії та способу її експлуатації фактична температурна амплітуда TA – найбільша, що спостері-

галась в даній місцевості, порівнюється з амплітудою допустимих змін температури рейок

Фактична температурна амплітуда визначається як алгебраїчна різниця найвищої та найнижчої температур рейки, які спостерігались у даній місцевості (найбільша температура рейки на 20 °С перевищує температуру повітря).

Допустима температурна амплітуда визначається за формулою

де [∆tз] – мінімально допустимий інтервал температур, в якому остаточно за-

кріплюються пліті; приймається, як правило, 10 °С, але якщо передбачати закріплення плітей в час, коли температура рейок в процесі закріплення змінюється повільно (восени, в похмуру погоду, в ранкові або вечірні години), його можна зменшити до 5 °С.

Межі інтервалу закріплення, тобто найнижча ( mint3) та найвища ( maxt3) визначаються за формулами:

де [∆tc ] , [∆tp ] – значення допустимих температурних діапазонів рейкових

плітей порівняно з температурою їх закріплення, відповідно в сторону підвищення і в сторону зниження, визначаються для найбільш поширених сучасних типових конструкцій безстикової колії та умов її експлуатації. Також при розрахунку враховується те, що закріплення плітей при дуже високих температурах в окремих випадках може привести до утворення великого зазору при наскрізному зламі пліті або до великого розходження кінців рейок

16

2. Обчислити значення підвищення зовнішньої рейки за критерієм комфортабельності руху пасажирського поїзда.

Відцентрові прискорення викликають втому пасажирів. Підвищення повинно забезпечувати комфортабельність їзди пасажирів. Умова комфортабельності їзди пасажирів визначається не перевищенням непогашеного прискорення рівня 0,7 м/с2

де hmin пас – мінімальне підвищення зовнішньої рейки, при якому в даній

кривій можлива реалізація необхідної максимальної швидкості руху без порушення комфортабельності проїзду пасажирів, мм;

Vmax пас– максимальна швидкість, що розвивається пасажирськими поїз-

дами на даній кривій, км/год; 115 – величина максимального недопідвищення, розрахована за умовою

не перевищення допустимого непогашеного прискорення для пасажирських поїздів αнп =0,7 м/с2.

3. Обчислити значення підвищення зовнішньої рейки за умови недопущення перенавантаження колії вантажними поїздами.

Мінімальне підвищення, яке потрібне з точки зору дії вантажних поїздів на зовнішню рейкову нитку, визначається за формулою

де 49 – величина максимального недопідвищення, розрахована за умовою неперевищення допустимого непогашеного прискорення для вантажних поїздів αнп =0,3 м/с2.

Підвищення зовнішньої рейки необхідно також перевіряти за умовою недопущення перевантаження вантажними поїздами внутрішньої рейкової нитки при русі зі швидкістю нижче середньозваженої квадратичної.

Максимальне підвищення, при якому забезпечується робота внутрішньої ниткибезперевантаженняприрусівантажнихпоїздів, визначається заформулою

де 49 - величина максимального перепідвищення (мм), розрахована за умовою не перевищення встановленої норми непогашеного прискорення для вантажних поїздів αнп = −0,3 м/с2.

4. Виконати розрахунки підвищення за всіма критеріями для семи варіантів кривих, зробити висновки та оформити звіт. Вихідні дані за варіантами наведено у додатку (табл. 1).

Детально питання розрахунку підвищення зовнішньої рейки в кривих за різними критеріями викладено в інструкції ЦП-0056 [2].

2.Зміст звіту

Уякості звіту треба надати розрахунок підвищення, який виконаний у табличному вигляді за допомогою програмного забезпечення загального призначення, яке орієнтоване на табличні розрахунки, наприклад Microsoft Office Exсel. Формат таблиці вільний, але вона повинна вміщати всі вихідні дані та результати розрахунків підвищення за різними критеріями. Для зручності таблиця може мати проміжні розрахункові дані, або розрахунок можна поділити на декілька таблиць.

3.Контрольні запитання

1.Заякимикритеріямивизначаєтьсяпідвищеннязовнішньоїрейкивкривих?

2.Як для визначення підвищення враховується наявність поїздів з різною вагою та з різними швидкостями руху?

3.Як на результат розрахунків впливає значення допустимого непогашеного прискорення?

4.З яких документів дистанції колії можна отримати вихідні дані стосовно параметрів кривих?

Лабораторна робота № 4

ВИБІР РЕКОМЕНДОВАНОГО ПІДВИЩЕННЯ РЕЙКИ ТА ШВИДКОСТІ РУХУ

Мета роботи: На прикладі задач вибору величини рекомендованого підвищення зовнішньої рейки на базі розрахованих за кількома критеріями в попередній лабораторній роботі та встановлення швидкості руху по кривій отримати навички вирішення розрахункових задач та побудови графіків за допомогою сучасного програмного забезпечення загального призначення.

1.Порядок виконання роботи

1.Скластиалгоритмрозрахункурекомендованогопідвищеннязовнішньоїрейки. Із чотирьох значень підвищення зовнішньої рейки, що одержані у попе-

редній лабораторній роботі, треба вибирати те, що рекомендується встановити в колії, hрек . При цьому hрек повинно дорівнювати або по можливості бу-

ти близьким до розрахункового hp . Воно не повинне перебільшувати hmax і не повинне бути менш ніж hmin .

10

вати в напрямку від початкового стику до кінця пліті. Якщо накопичення виміряних зазорів випереджає накопичення нормальних (пересунення зі знаком «плюс»), тонавпаки– плітьнеобхіднопересувативідкінцевогодопочатковогостику.

2.Визначення величини зазорів, які повинні бути встановлені по правій та лівій рейкових нитках.

Розрахунок виконується у вигляді відомості по регулюванню та розгонці рейкових зазорів до відповідного значення температури, довжини рейки та типу клімату. Результати отримаємо як у табличному, так і у графічному вигляді. На графіку вказуються виміряні та розрахункові пересунення для кожної нитки.

3.Визначення довжини рубок та місце їх розташування по правій та лівій рейкових нитках.

Зміна величин зазорів повинна відбуватися так, щоб на початку та наприкінці ділянки зберігався нормальний зазор. Може бути два методи вирішення цієї задачі:

– зміна величини нормального зазору, що встановлюється на ділянці, у допустимих межах;

– визначення величини рубок та місце їх розташування.

4.Результати розрахунку навести в табличному та графічному виді.

2.Зміст звіту

Розрахунки виконуються відповідно до свого варіанту за вихідними даними (табл. 3, дод.). У якості звіту треба представити результати визна-чення величини пересунення рейок. Для формування звіту може бути використане програмне забезпечення загального призначення.

3.Контрольні запитання

1.Як вимірюється величина існуючого зазору в стиках рейок?

2.Від чого залежить нормальна величина зазору?

3.Чим відрізняється розгонка зазорів від регулювання?

4.Як може здійснюватися пропуск поїздів під час виконання регулювання або розгонки зазорів?

Лабораторна робота № 7

РОЗРАХУНОК ТЕМПЕРАТУРНИХ УМОВ УКЛАДКИ ТА ЕКСПЛУАТАЦІЇ БЕЗСТИКОВОЇ КОЛІЇ

Мета роботи: Визначити величини меж інтервалу закріплення й оптимальну температуру закріплення пліті безстикової колії при заданих умовах експлуатації задопомогоюпрограмногозабезпеченняспеціальногопризначення.

1.Порядок виконання роботи

1.Ознайомитись з методикою розрахунку температури укладення та експлуатації безстикової колії.

Безстикова колія має цілий ряд переваг порівняно з ланковою конструкцією. Її укладення покращує плавність руху поїздів, продовжує термін служби елемен-

15