6.3. Проектирование профиля и определение высоты сортировочной горки

Определим параметры горки малой мощности (ГММ). Все расчеты производим согласно методике профессора Н.В. Правдина. []

Высота горки малой мощности должна обеспечить 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.

Расчетная высота горки определяется по формуле:

где L_р – расстояние от вершины горки до расчетной точки трудного пути, м;

w₀ – основное удельное сопротивление движению расчетного плохого бегуна при расчетной зимней температуре, Н/кН;

w_ср – удельное сопротивление воздушной среды и ветра для расчетного плохого бегуна при неблагоприятных условиях скатывания, Н/кН;

v₀ – расчетная скорость надвига ( для горок малой мощности 3,5 км/ч);

– энергетическая высота, соответствующая скорости надвига состава на горку.g' для вагона массой 25 т. равно 9,1 м/с².

У нас имеются следующие необходимые параметры для вычисления:

- ветер встречный: V_в= 4 м/с;

- плохой бегун – четырехосный крытый вагон, вес которой q_оп= 25 т;

- хороший бегун – четырехосный крытый вагон q_ох= 70 т;

- угол между направлением ветра и осью участка пути, по которому движется вагон β= 22°;

- среднемесячная температура воздуха зимнего расчетного месяца t ^-о = -15 °C;

Определяем трудный путь сортировочного парка. Трудный расчетный путь головы сортировочного парка тот, на котором работа всех удельных сопротивлений при следовании плохого бегуна от вершины горки до расчетной точки при неблагоприятных условиях наибольшая; лёгкий – соответственно тот, где эта работа наименьшая. Удельную работу сил сопротивления на каждом пути определяем по формуле:

где- расстояние от вершины горки до расчетной точки пути, м.

,– соответственно сумма углов поворота на круговых и переводных кривых, число стрелочных переводов на маршруте скатывания отцепа от вершины горки до расчетной точки пути.

Основное удельное сопротивление принимаем равным 4,5 Н/кН (см. стр.[]). Для расчета удельного сопротивления воздушной среды и ветра необходимо определить среднюю скорость скатывания плохого бегуна от вершины горки до расчетной точки .

гдеl₁ – расстояние от вершины горки до последнего предельного столбика горловины сортировочного парка, м;

l₂ – расстояние от предельного столбика до расчетной точки, м;

– средняя скорость движения расчетного плохого бегуна на спускной части горки, м/с;

– средняя скорость движения расчетного плохого бегуна на подгорочных путях, м/с.

l₁иl₂определяем по плану головы сортировочного парка, аи- по таблице

Чтобы найти угол , определяем:

= 7,8 м/с.

Дополнительное удельное сопротивление движению отцепа от воздушной среды и ветра определяется по формуле:

гдеc_x – коэффициент воздушного сопротивления одиночных вагонов, равный 1,46;

S – площадь поперечного сечения (мидель) вагона, равная 9,7 м²;

t^о– температура наружного воздуха, которая определяется для зимних неблагоприятных условий -15C;

q– вес вагона, плохого бегуна 25 т;

v_р– относительная скорость скатывания с учетом направления ветра.

Значение w₀принимаем равным 4,5[1].

Рассчитываем для каждого пути сортировочного парка показатели и заносим их в таблицу:

Таблица 6.1 - Результаты расчета трудного и лёгкого путей.

№ пути	Расстояние от вершины горки до расчетной точки L, м	Сумма сопротивлений движению основного удельного и дополнительного w0 +wср, Н/кН	Работа сопротивлений основного удельного и дополнительного L( w+wср)	Сумма углов поворота кривых от вершины горки до расчетной точки 	Дополнительная удельная работа сопротивлений в кривых 9, Н м/кН	Число стрелочных переводов на пути от вершины горки до расчетной точки n	Дополнительная удельная работ сил сопротивлений от ударов на стрелках 20n	Удельная работа всех сил сопротивления А, Н м/ кН	Примечание
13	296,2	7,2	2132,64	22,18	199,62	3	60	2392,26
14	292,2	7,2	2103,84	30,76	276,84	3	60	2440,68
15	295,6	7,2	2128,32	24,73	222,57	4	80	2430,89
16	290,2	7,2	2089,44	24,73	222,57	4	80	2392,01
17	295,4	7,2	2126,88	36,13	325,17	3	60	2512,05	трудный путь
18	268,6	7,2	1933,92	35,9	323,1	1	20	2277,02	лёгкий путь

Проведя расчеты, мы выяснили, что путь номер 17 является самым трудным. Принимаем расстояние 387,8 м. как расчетное.

Тогда высота сортировочной горки равна:

При расчете продольного профиля ГММ нет необходимости выполнять расчет параметров скоростного участка для проверки непревышения максимально допустимой скорости входа «очень хорошего» бегуна на вагонные замедлители, так как максимально допустимая скорость входа вагонов на замедлители КНП - 5–7 м/с может быть достигнута только при высоте скоростного участка не менее 2,55 м.

Продольный профиль ГММ следует проектировать из участков с минимальной допустимой крутизной уклонов, начиная от расчетной точки, и концентрируя профильную высоту горки на скоростном участке.

Продольный профиль спускной части горки состоит из следующих элементов: на сортировочных путях – 0,6 ‰, на стрелочной зоне – 2,0 ‰, на горочной тормозной позиции – 7,0 ‰.

Тогда предельная крутизна скоростного участка составит:

где i_тп – уклон горочной тормозной позиции;

l_тп – длина горочной тормозной позиции;

i_сз – уклон стрелочной зоны;

l_сз – длина стрелочной зоны;

i_сп – уклон сортировочных путей;

l_сп – длина сортировочных путей;

l_ск – длина скоростного участка,

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 и запроектировать первый скоростной участок максимально возможной крутизны, при соблюдении следующих ограничений:

1) допустимая разность крутизны уклонов:

2) требуемая длина прямой в профиле части l_ск1(за вычетом длин тангенсовT_В1иT_В2 сопрягающих кривых), должна быть больше 20 м:

Значение тангенса T_В– длина тангенса у вершины горки, определяется по формуле:

гдеR – радиус сопрягающей кривой, м;

Δi – разность уклонов, ‰.

Значение T_В1 определяем по формуле:

В месте сопряжения l_ск1иl_ск2длинаT_В2 составит:

Тогда:

Следовательно:

Вертикальную кривую, сопрягающую вершину горки с началом первого скоростного участка, заменяем двумя прямолинейными участками каждый длиной:

Тогда длина первого скоростного участка будет равна:

Надвижная часть перед сопрягающей кривой горба горки проектируется на подъеме 8-10 ‰ на протяжении 50 м.

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.

Тангенсы вертикальных кривых составят:

Тангенсы вертикальных сопрягающих кривых принимаются за условную площадку на горбе горки:

5.4. Проверка динамичности горки

Целью данной проверки является контроль соблюдения необходимых интервалов между отцепами на разделительных элементах горки, определение возможности остановки хорошего бегуна (ХБ) на тормозных позициях (ТП), а также проверка опасности нагона первого отцепа вторым, скатывающимся за ним.

Данные расчёты производим по методике, указанной в методическом пособии [].

Условия проверки:

1. Первым скатывается плохой бегун (ПБ), вес которого составляет 25 т., вторым – ХБ, весом 70 т.

2. ПБ скатывается на расчетный трудный путь, ХБ – на смежный с ним путь.

3. Условия скатывания – неблагоприятные: расчетная зимняя температура -17С, встречный ветер 4 м/с.

4. ПБ скатывается без торможения, ХБ тормозится с целью остановки в расчетной точке.

Первым этапом проверки указанного выше метода являются аналитические расчёты, результаты которых сводим в таблицы (Таблицы 6.2 и 6.3). Эти таблицы задают алгоритм расчётов – содержание граф и последовательность их заполнения определяют исходные данные, необходимость выполнения расчётов по соответствующим формулам и получение итоговых результатов. Количество строк в таблицах соответствует количеству участков, на которые разбивается план горочной горловины (ППГ) от вершины горки (ВГ) до расчётной точки (РТ) по маршрутам скатывания отцепов, и задаёт количество итераций, выполняемых при заполнении граф таблицы. Методика выполнения расчётов и применяемые формулы в каждой итерации одни и те же для соответствующих граф.

Рассмотрим содержание и порядок заполнения граф таблицы.

Графа 1 - № точки. Нумерация точек участков начинается с 0 и соответствует ВГ. Номер участка равен номеру точки в конце рассматриваемого (текущего участка).

Графа 2 – i_j,‰. Уклонj-го (текущего) участка.

Графа 3 – l_j, м. Длинаj-го участка.

Графа 4 – расстояние от ВГ до конца рассматриваемого участка. В последней строчке значение этой графы должно быть равно расчётной длине горки.

Графа 5 - i_jl_j0,001, м.э.в. Профильная высотаj-го участка.

Графа 6 - i_jl_j0,001, м.э.в. Нарастающий итог графы 5.

Графа 7 – n_j. Число стрелок на участке.

Графа 8 - _j, град. Сумма углов поворота на участке.

Первые восемь граф заполняются по всем строкам до РТ и являются общими как для расчётов ПБ, так и для ХБ.

Графа 9 – v_к, м/c. Скорость отцепа наj-м участке.

Графа 10 – l_jw₀0,001, потерянные энергетические высоты (ПЭВ), эквивалентная работа силw₀на текущем участке,w₀имеет постоянное значение.

Графа 11 – w_ср(j), определяется по формуле 6.17 дляv_кнаj-м участке и заданной скорости ветра.

гдеS– лобовая поверхность отцепа;

– коэффициент аэродинамических свойств отцепа (значение принимаем из методического пособия []);

– скорость отцепа;

– скорость встречного ветра;

Q– вес вагона.

Графа 12 - l_jw_ср0,001, м.э.в. ПЭВ, эквивалентная работе сил сопротивленияw_ср.

Графа 13 – 0,56 n_j0,001. ПЭВ от стрелок наj– м участке и соответствующей скоростина нём.

Графа 14 – 0,23 _j0,001. ПЭВ от кривых.

Графа 15 – l_снw_сн0,001. ПЭВ от снега и инея. Определяется, начиная со стрелочной зоны.

Графа 16 – h_тор. ПЭВ от торможения на замедлителях. ПБ скатывается без торможения. Для ХБ ПЭВ торможения определяем расчётом, и проставляем в строках, соответствующих участкам с вагонными замедлителями (ВЗ), где применяется торможение.

где - суммарная работа всех сил сопротивления при скатывании ХБ.

Графа 17 – суммарная ПЭВ на участке – сумма значений граф 10 и с 12 по 16 включительно для текущей строки.

Графа 18 – то же, но как нарастающий итог значений, начиная от вершины горки по текущую строку включительно, т.е. до конца рассматриваемого участка.

Графа 19 – свободная ЭВ в конце участка – разность значений графы 6 и графы 18 плюс значение h₀для рассматриваемого бегуна.

Графа 20 – - скорость отцепа в конце участка.

Графа 21 - – средняя скорость отцепа на участке. Здесь- скорость входа отцепа на рассматриваемые участок, а- скорость выхода с него.

Графа 22 – - время скатывания на участке.

Графа 23 - – время скатывания от ВГ до конца участка, т.е. нарастающий итог графы 22.

На втором этапе выполняется графическое построение. На чертеже отображаем: продольный профиль горки на расчётной длине; графики изменения скорости и времени скатывания отцепов обоих бегунов.

Графики скорости строим по данным графы 20, а времени – по данным графы 23. Значения в соответствующих точках откладываем вверх по оси Х. Интервал между отцепами на ВГ определяем по формуле:

где l– длина вагона,l= 14,19 м.

Со значения . начинаем построение графика для ХБ.

Таблица 6.2 - Расчёты для плохого бегуна.

№ точки	Уклон текущего участка, ‰	Длина участка, м.	Расстояние от ВГ до конца рассматриваемого участка, м.	Профильная высота участка, м.	Нарастающий итог графы 5, м.	Число стрелок на участке	Сумма углов поворота на участке	Скорость отцепа на участке, м/c	ПЭВ, эквивалентная работе сил w0 на текущем участке	wср	ПЭВ, эквивалентная работе сил wср на текущем участке	ПЭВ от стрелок на участке	ПЭВ от кривых	ПЭВ от снега и инея	ПЭВ от торможения на замедлителях	Суммарная ПЭВ на участке	Нарастающий итог значений	Свободная ЭВ в конце участка	Скорость отцепа в конце участка	Средняя скорость отцепа на участке	Время скатывания на участке	Время скатывания от ВГ до конца участка
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23
(СК)1	26	47,93	47,93	1,25	1,25	0	5,08	1,2	0,192	1,057	0,051	0	0,002	0	0	0,245	0,245	1,005	4,44	2,82	17	17
(ТП)3	7	33,98	81,91	0,24	1,49	0	0	4,44	0,136	2,784	0,095	0	0	0	0	0,231	0,476	1,014	4,46	4,45	7,64	24,64
(СЗ)4	2	163,49	245,4	0,33	1,82	3	19,84	4,46	0,654	2,797	0,457	0,033	0,091	0,028	0	1,263	1,739	0,081	1,26	2,86	57,16	81,8
(СП)5	0,6	50	295,4	0,03	1,85	0	16,35	1,26	0,2	1,081	0,054	0	0,006	0,009	0	0,269	2,008	-0,16	0	0,63	79,4	161,2

Таблица 6.3 – Расчёты для хорошего бегуна.

№ точки	Уклон текущего участка, ‰	Длина участка, м.	Расстояние от ВГ до конца рассматриваемого участка, м.	Профильная высота участка, м.	Нарастающий итог графы 5, м.	Число стрелок на участке	Сумма углов поворота на участке	Скорость отцепа на участке, м/c	ПЭВ, эквивалентная работе сил w0 на текущем участке	wср	ПЭВ, эквивалентная работе сил wср на текущем участке	ПЭВ от стрелок на участке	ПЭВ от кривых	ПЭВ от снега и инея	ПЭВ от торможения на замедлителях	Суммарная ПЭВ на участке	Нарастающий итог значений	Свободная ЭВ в конце участка	Скорость отцепа в конце участка	Средняя скорость отцепа на участке	Время скатывания на участке	Время скатывания от ВГ до конца участка
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23
(СК)1	26	47,93	47,93	1,25	1,25	0	5,08	1,2	0,038	0,377	0,018	0	0,002	0	0	0,058	0,058	1,192	4,84	3,02	15,87	15,87
(ТП)3	7	33,98	81,91	0,24	1,49	0	0	4,84	0,027	1,091	0,037	0	0	0	1,343	1,407	1,465	0,025	0,7	2,77	12,27	28,14
(СЗ)4	2	163,49	245,4	0,33	1,82	3	19,84	0,7	0,131	0,136	0,05	0,001	0,002	0,028	0	0,212	1,677	0,143	1,68	1,19	137,39	165,53
(СП)5	0,6	50	295,4	0,03	1,85	0	16,35	1,68	0,04	0,45	0,023	0	0,011	0,009	0	0,083	1,76	0,09	1,33	1,51	33,11	198,64