Станционные системы автоматики и телемеханики М1

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

СОГЛАСОВАНО:

Выпускающей кафедрой

УТВЕРЖДАЮ:

«Железнодорожная автоматика, телемеханика
и связь»

Проректор – директор Российской открытой
академии транспорта

Зав. кафедрой ________Горелик А.В.

(подпись, Ф.И.О.)

«___»______________20__г.

___________________Апатцев В.И.

(подпись, Ф.И.О.)

«___»______________20__г.

Кафедра: «Железнодорожная автоматика, телемеханика и связь»
(название кафедры)

Авторы: Боровков Ю.Г., к.т.н., доц., Савченко П.В., асс. Веселова А.С.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮРАБОТУ С МЕТОДИЧЕСКИМИ УКАЗАНИЯМИ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

«Станционные системы автоматики и телемеханики (дополнительные
разделы)»
(название дисциплины)

Направление/специальность: 190901.65 Системы обеспечения движения поездов

Профиль/специализация: «Автоматика и телемеханика на железнодорожном
транспорте (СА)

Квалификация (степень) выпускника:Специалист

Форма обучения: Заочная

Одобрена на заседании Учебно-
методической комиссии РОАТ

Протокол №_____

• «___»______________20__г.

Председатель УМК ________

(подпись, Ф.И.О.)

Одобрена на заседании кафедры
«Железнодорожная автоматика,
телемеханика и связь»

Протокол №_____

• «___»______________20__г.

Зав. кафедрой ________Горелик А.В.

(подпись, Ф.И.О.)

Москва 2015г.

ВВЕДЕНИЕ

Современные технические средства механизации и автоматизации
сортировочных горок предназначены для повышения эффективности и
качества процесса расформирования и формирования составов на
сортировочных станциях. Сортировочные горки средней, большой и
повышенной мощности относятся к числу наиболее технически оснащенных
объектов станции и отличаются спецификой управления всем многообразием
горочных технологических операций.

Состав при расформировании надвигается маневровым локомотивом на
горку, где при достижении ее вершины расцепляется на отдельные группы
вагонов (отцепы), которые под действием силы тяжести своего веса
скатываются по ускоряющему уклону спускной части горки и направляются
на различные пути сортировочного парка в соответствии с конечной
станцией назначения груза.

По скорости скатывания отцепы делятся на хорошие бегуны, к
которым относятся тяжелые груженые вагоны, средние и плохие бегуны, к
последним следует отнести порожние вагоны. Высоту горки рассчитывают
на плохие бегуны, а так как при этом хорошие бегуны могут развить
значительные скорости, то их затормаживают с помощью вагонных
замедлителей, устанавливаемых на спускной части горки в нескольких
местах (тормозных позициях).

Автоматическое управление быстродействующими стрелочными
электроприводами, осуществляющими перевод стрелок по маршрутам
следования отцепов, производят системы горочной автоматической
централизации (ГАЦ), среди которых большое распространение получила
система ГАЦ с контролем роспуска (ГАЦ-КР).

Автоматическое задание скорости надвига состава при роспуске,
управление горочными светофорами и напольными указателями числа
вагонов в отцепах осуществляют системы автоматического задания скорости
роспуска (АЗСР). Автоматическая реализация заданий по скорости роспуска
осуществляется с помощью систем телеуправления горочным локомотивом
(ТГЛ), состоящих из устройств горочной автоматической локомотивной
сигнализации (ГАЛС) и бортовых устройств автоматического регулирования
скорости тепловоза (УБА РСТ).

Автоматический ввод маршрутных заданий отцепов в ГАЦ производят
горочные программно-задающие устройства (ГПЗУ).

Для автоматического регулирования скорости скатывания отцепов
используются системы АРС, которые осуществляют расчет скоростей и их
автоматическую реализацию посредством управления вагонными
замедлителями на тормозных позициях.

Для механизированной передачи документов, в соответствии с
которыми осуществляется оперативное планирование и управление
расформированием составов, применяется пневмопочта.

В настоящее время значительное количество сортировочных горок
оборудовано системами ГАЦ-КР и ГПЗУ, в меньшей степени - устройствами
ГАЛС, АЗСР и АРС, которые подробно рассмотрены в [2-4]. Эти системы

(кроме ГПЗУ) выполнены преимущественно на релейной и электронной
элементной базе. Однако уже в 80-е годы начались интенсивно вестись
работы по созданию и внедрению нового поколения горочных систем
автоматического управления различного назначения с широким
применением микропроцессорных комплексов и в частности, промышленных
компьютеров.

Общее представление о них можно получить из [1. гл.18], а также из [2,
6.3, и 6.5].

Целью выполнения настоящей курсовой работы является анализ и
исследование станционных систем горочной автоматики, реализующих
функции ГАЦ и АРС.

Прежде, чем приступить к её выполнению, необходимо изучить
соответствующие разделы рекомендованной литературы.

Решения по каждой задаче задания курсовой работы должны содержать
соответствующий графический материал, расчетные формулы и результаты
расчета, оформленные в виде таблиц, с краткими пояснениями хода решения
указанного в задании варианта задачи. При этом не следует приводить общие
сведения, имеющиеся в литературе по исследуемым системам и отдельным
функциональным блокам.

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ СТАНЦИОННЫХ
СИСТЕМ ГОРОЧНОЙ АВТОМАТИКИ

Задание

Для заданной схемы путевого развития сортировочной горки и заданных
технических средств механизации сортировочного процесса произвести
анализ и исследование работы отдельных устройств системы ГАЦ-КР и
комплекса горочного микропроцессорного - КГМ.

Задача 1

На основе анализа функционирования схемы формирователя задания
системы ГАЦ-КР, представленной на рис.1, указать состояния и
последовательность возбуждения реле при задании маршрута скатывания
отцепа и количества вагонов в нем, указанных в табл. 1. Вариант задачи
выбирается по последней цифре шифра студента. Результаты анализа занести
в табл. 2.

Таблица 1

J Схем «рийромтгля здйднмй системы ГАЦ-КР

Таблица 2

Задача 2

• 2.1. Для автоматизированной сортировочной горки, схематический
  план которой представлен на рис. 2, выполнить расчет задаваемого системой
  КГМ значения скорости выхода Vз отцепа из парковой тормозной позиции
  (ПТП).

Исходные данные для расчета Vз приведены в табл. 3. Тип
замедлителя, установленного на ПТП, - КНП-5.

C вычислительным алгоритмом по расчету V_з предварительно следует
ознакомиться в[1, гл. 18].

• 2.2. Определить фактическую скорость соударения отцепов V_c на
  путях сортировочного парка или длину "окна" L_о в случае точной реализации
  системой КГМ заданного значения скорости выхода отцепа V_з из ПТП,
  используя исходные фактические данные, представленные в табл. 3 и табл. 4
• 2.3. Построить график, иллюстрирующий изменение скорости
  движения отцепа вдоль сортировочного пути, используя данные расчета,
  полученные при выполнении задания по п. 2.2.

Таблица 3

Примечание: Вариант значений L_кзп и L_св должен выбираться по
предпоследней цифре шифра.

Таблица 4

птп

птп

11 12

Стрелочные '

пралции '-Я

3-Я 4-Я 5-Я

Рис. 2

Задача 3

• 3 .1. Выполнить расчет программы торможения отцепа для
  автоматической отработки заданного значения скорости выхода отцепа V_з из
  ПТП, используя вычислительный алгоритм, описание которого дано в
  настоящих методических указаниях. Результаты расчета представить в
  графическом виде.
• 3 .2. Произвести оценку фактической скорости выхода отцепа Vвых из
  ПТП при реализации расчетной программы торможения и построить график,
  иллюстрирующий изменение скорости отцепа при движении по замедлителю
  парковой тормозной позиции.

Методические указания к выполнению задачи 1

На автоматизированных сортировочных горках используются
маршрутный, программный и автоматический режимы работы системы ГАЦ-
КР. Выбор режима осуществляется дежурным по горке (ДСПГ) нажатием
соответствующей кнопки на пульте (М, П или А), а последующее
переключение цепей - автоматически посредством включающих реле ВГ,
ВПГ и его повторителей 1 . . . 4ПВПГ.

В маршрутном режиме ДСПГ последовательным нажатием кнопок 0 .
. . 9 формирует в блоке ФЗ1 маршрут скатывания отцепа (маршрутное
задание - МЗ) в виде двухзначного номера пути. Ввод МЗ в режиме М
состоит из четырех фаз:

• 1 - нажатие кнопки с номером задаваемого пучка сортировочных
  путей;
• 2 - отпускание кнопки;
• 3 - нажатие кнопки с номером задаваемого пути в выбранном пучке;
• 4 - отпускание кнопки.

В схеме формирователя заданий каждой фазе ввода МЗ соответствует
определенное состояние реле, фиксирующих требуемую последовательность
действий оператора.

Затем теми же кнопками ДСПГ задает количество вагонов КВ (не
более 19) в отцепе, которое преобразуется схемой формирователя заданий в
двоично-десятичное число и передается в блок ФЗ2 для временного
хранения.

Ввод КВ также состоит из четырех последующих шагов (фаз):

• 5 - нажатие кнопки десятков (0 или 1);
• 6 - отпускание кнопки;
• 7 - нажатие кнопки единиц (0 ... 9);
• 8 - отпускание кнопки.

При окончании ввода КВ (на шаге 8) информация о МЗ и КВ
передается в блок регистрации задания РЗ, а затем - в запоминающее
устройство ЗУ.

Если в отделившемся от состава отцепе фактическое КВ меньше
заданного (неправильный расцеп), то в ЗУ записывается фактическое КВ,
подсчитанное счетчиком устройства контроля головной зоны УКГЗ. Семь

ячеек памяти в ЗУ позволяют хранить оперативную информацию о семи
отцепах, находящихся в каждый момент времени на спускной части горки.
Кроме МЗ и КВ в ЗУ записывается порядковый номер отцепа (НО), также
поступающий из УКГЗ. Адрес ячейки кодируется в двоичном исчислении, а
затем осуществляется его трансляция по блокам активных зон в виде задания
(ТЗ). В каждой послестрелочной зоне из ЗУ в блок поступает информация о
том, в какое положение должна быть переведена следующая стрелка по
маршруту. После прохождения последней стрелки информация о
фактическом и заданном маршрутах, количестве вагонов и номере отцепа
выдается на печать.

В программном режиме ДСПГ в соответствии с сортировочным
листком последовательным нажатием кнопок на пульте через блоки ФЗ1 и
ФЗ2 вводит МЗ и КВ в блоки 11Н . . . 1Н накопителя (не более 11 заданий),
откуда они автоматически передаются в блоки РЗ, ЗУ и ТЗ. По мере
освобождения ячеек памяти накопителя оператор имеет возможность
добавлять задания.

В автоматическом режиме задания вводятся от горочного
программно-задающего устройства ГПЗУ в блоки 8Н . . . 1Н накопителя и
затем, по мере реализации, - в блоки РЗ, ЗУ и ТЗ. ГПЗУ может представлять
собой автономное устройство (например, ГПЗУ-В) или реализовано в виде
одной из функций более сложной автоматизированной системы управления
расформированием составов.

На рис. 1 показана схема формирования заданий системы ГАЦ-КР.
Шифрация маршрута производится пострелочным кодом, число разрядов
которого определяется максимальным числом стрелок (стрелочных позиций)
на маршруте скатывания отцепа, которое в нашем случае (см. рис. 2) равно 5
(две позиции головных стрелок обеспечивают возможность распределения
отцепов по 4-м пучкам сортировочных путей и три позиции пучковых
стрелок в распределительной зоне спускной части горки обеспечивают
распределение отцепов по 8 путям любого из пучков).

В блоке ФЗ1 каждой позиции головных стрелок соответствует свое
сортировочное реле 1С, 2С и пучковых стрелок - 1Е, 2Е, 4Е, т.е. команда на
перевод любой из стрелок в маршруте скатывания отцепа фиксируется
определенным реле блока ФЗ1 в соответствии с позиционным номером
данной стрелки. При этом, возбужденному состоянию реле соответствует
команда на перевод стрелки в минусовое (-), а выключенному - в плюсовое
(+) положения. В тех случаях, когда все головные или пучковые стрелки по
маршруту скатывания отцепов находятся в плюсовом положении
(соответствующие сортировочные реле выключены) в блоке ФЗ1 с целью
обеспечения определенности работы схемы формирователя заданий
предусмотрено возбуждение дополнительных реле: 4С - для головных
стрелок и 8Е - для пучковых стрелок. Количество вагонов шифрируется
двоично-десятичным кодом с помощью аналогичных реле в блоке ФЗ2.

Вначале оператор задает МЗ, а затем - КВ. Первой при задании МЗ
нажимается кнопка, номер которой соответствует номеру пучка (фаза 1), в
результате чего срабатывает одно из кнопочных реле К1 . . . К8 и включается
соответствующее реле 1С . . . 4С в блоке ФЗ1, при срабатывании которого

выключается защитное реле З в том же блоке. При отпускании кнопки (фаза
2) возбуждается внеблочное реле Ф1, фиксируя первое нажатие одной из
кнопок К, что позволяет при втором их нажатии задать номер пути в пучке
(фаза 3) и возбудить соответствующее реле 1Е . . . 8Е, при срабатывании
которого выключается реле З1 в том же блоке. Отпускание кнопки (фаза 4)
приведет к возбуждению реле Ф2 через замкнутые фронтовой контакт реле
Ф1 и тыловой контакт реле ФЗ1(повторитель реле З1 блока ФЗ1).

При третьем нажатии кнопок К (фаза 5) оператор задает ноль или
один десяток вагонов в отцепе, что фиксируется в блоке ФЗ2 срабатыванием
реле 4С или 1С и выключением реле З, а затем после отпускания кнопки
(фаза 6) - возбуждением реле Ф3. Наконец, четвертое нажатие кнопки (фаза
7), соответствующее заданию числа единиц вагонов, фиксируется реле 1Е . . .
8Е, 1Д и З1.

После отпускания кнопки (шаг 8) срабатывает реле ПМ в блоке ФЗ2, с
помощью которого осуществляется передача сформированного МЗ и КВ в
маршрутном режиме (реле 4ПВПГ выключено) в блок РЗ или в программном
режиме - в блок 11Н накопителя (реле 4ПВПГ включено).

Перед выполнением задачи 1 следует изучить работу схемы
формирователя заданий [2, c. 43-52]. Используя схему (см. рис.1) и
схематический план горки (см. рис. 2), для каждой фазы ввода заданных в
табл. 1 маршрута и количества вагонов вотцепе показать в табл. 2 состояние
реле Д, Ф1 . . . Ф3, («- " - реле под током; " + " - реле без тока) и
наименование включенных кнопочных реле К и реле С, Е блоков ФЗ1 и ФЗ2
(например, К1, 1С, 4Е). В последней строке табл. 2 записать в пострелочном
коде положение каждой стрелки в маршруте, руководствуясь состоянием
реле в блоке ФЗ1. Например, 10110 - вторая и пятая стрелки по ходу
движения отцепа в плюсовом, а первая, третья и четвертая - в минусовом
положениях. Начертить и кратко описать работу схемы при формировании
заданного варианта МЗ и КВ.

Методические указания к выполнению задачи 2

Одной из важнейших задач,подлежащих решению при автоматизации
сортировочной горки, является автоматическое регулирование скорости
движения отцепов при их скатывании с горки на пути сортировочного парка.

Системы, предназначенные для этой цели, - системы АРС
осуществляют торможение отцепов посредством автоматического
управления усилием и продолжительностью нажатия тормозных шин
вагонных замедлителей на боковые поверхности колес скатывающегося
отцепа. Замедлители первой (горочной) тормозной позиции - I ТП
устанавливаются перед (см. рис. 2) или после первой (головной) стрелки
спускной части горки. Замедлители второй (пучковой) тормозной позиции -
II ПТ устанавливаются перед первыми пучковыми стрелками
распределительной зоны спускной части горки. Замедлители третьей
(парковой) тормозной позиции - ПТП устанавливаются в начале каждого
сортировочного пути. На рис. 2 показан один из возможных вариантов
размещения вагонных замедлителей на сортировочной горке, имеющей 4

пучка сортировочных путей и один спускной путь после вершины горки
(ВГ), ограждаемый горочным светофором Г.

Замедлители I ТП предназначены для интервального регулирования
скорости скатывания отцепов с целью обеспечения гарантированного
разделения на последующих стрелках маршрутов следования смежных
отцепов, что, в свою очередь, обеспечивает условия для нормального
функционирования устройств ГАЦ при реализации заданной программы
роспуска.

Замедлители ПТП предназначены для прицельного регулирования
скорости движения отцепов с целью обеспечения безопасного соединения
вагонов на путях сортировочного парка со скоростью, не превышающей
допустимого ее значения Vс, равного 1,4 м/с (5км/ч).

Замедлители II ТП предназначены как для интервального, так и
прицельного регулирования скорости движения отцепов.

При автоматическом регулировании скорости скатывания отцепов
устройствами АРС на каждой ТП решаются следующие задачи:

• 1) вычисляется требуемая по условиям скатывания отцепа скорость
  его выхода из тормозной позиции (значение заданной скорости) - V_з;
• 2) определяется программа (алгоритм) торможения отцепа как
  функция скорости его входа на ТП - V_вх и скорости V_з, которая должна
  обеспечить при ее реализации минимальное отклонение фактической
  скорости выхода Vвых отцепа от заданного значения - Vз.

Практическая реализация функций системы АРС требует применения
развитых вычислительных средств для расчета задаваемых значений
скоростей Vз и определения исходных данных для расчетных формул на
основе численной обработки данных измерения параметров отцепов и
прогнозирования текущих параметров замедлителей.

К числу измеряемых параметров отцепа относятся:

• - осевая нагрузка вагонов в отцепе, измеряемая посредством индикатора
  осевой нагрузки (весомера), устанавливаемого на спускной части горки перед
  I ТП;
• - ускорение движения отцепа, определяемое на измерительном участке ИЗУ
  спускной части горки и используемое для количественной или качественной
  оценки ходовых свойств отцепов (например: Х - хороший бегун; С - средний
  бегун; П - плохой бегун);
• - число осей n_о и вагонов N_в в отцепе, определяемое посредством установки
  путевых датчиков счета осей на скоростном уклоне спускной части горки или
  использования сигналов весомера;
• - скорость V и ускорение(замедление) b движения отцепа в тормозных
  позициях, измеряемые посредством установленных в зоне ТП
  радиолокационных индикаторов скорости (РИС);
• - длина свободного пробега отцепа L_св по сортировочному пути до
  соединения с впередистоящими вагонами, определяемая с помощью
  устройств контроля заполнения путей КЗП, устанавливаемых на каждом
  подгорочном пути.

К числу прогнозируемых параметров замедлителей ТП относятся:

• - тормозные усилия Вт замедлителей на каждой из 4-х ступеней торможения
  (уровней давления воздуха в тормозных цилиндрах);
• - среднее время t_от оттормаживания замедлителей;
• - среднее тормозное усилие B_от замедлителя в течение t_от;
• - удельное, отнесенное к одной оси отцепа, сопротивление движению отцепа
  при торможении - b_о;
• - приведенное удельное сопротивление движению отцепа при торможении -
  bт.

Прогнозирование осуществляется на основе использования
нормативных значений параметров замедлителя или на основе накопления и
последующей статистической обработки данных фактического торможения
отцепов конкретными замедлителями.

Кроме указанных выше данных в памяти системы АРС хранятся
значения длин и уклонов профиля отдельных участков спускной части горки
и сортировочных путей.

Объем и специфика решаемых системами АРС задач потребовали для
их технической реализации применения микропроцессорных средств и
создания единого комплекса вычислительных средств для автоматизации
процесса расформирования составов на горках.

К числу первых отечественных микропроцессорных систем
автоматизации работы сортировочных горок относится комплекс горочный
микропроцессорный КГМ, который выполнен на базе применения
элементной базы микроДАТ и реализует функции систем ГАЦ, АЗСР, ГПЗУ
и АРС. При наличии на горке систем блочной ГАЦ или ГАЦ-КР, последние
используются в качестве резервных систем в случае временного отказа
устройств КГМ.

Расчет заданной скорости выхода отцепа из ПТП - Vз

На рис. 3 представлена блок-схема алгоритма расчета скорости выхода
отцепов V_з из ПТП, которая используется в системе КГМ [1].

Требуемая скорость выхода отцепа Vвых из ПТП зависит от длины Lп
свободного пробега отцепа до соединения с впередистоящими вагонами,
среднего ускорения равноускоренного движения отцепа a_ср на участке длиной
L_св, значения скорости движения в конце участка L_св - прицельной скорости
V_с, которая не должна превышать допустимую скорость соударения вагонов
V_с.д., и определяется по следующей формуле:

Здесь: Lп = Lсв - L

Vвых= √(Vс² - 2aсрLп)

(1)

отц;

где Lсв - длина свободной части пути от ПТП до последнего стоящего на пути
вагона, ограниченная длиной зоны L_кзп, контролируемой устройствами КЗП;

L_отц - длина отцепа.

Для каждого типа отцепа (бегуна) можно заранее определить базовую
скорость V_баз выхода отцепа из ПТП, при которой данный отцеп остановится
в конце участка свободного пробега максимальной длины: L_п = L_п.макс, т.е., V_c
= 0:

Vбаз= √ ( -2aсрL

п.макс

) (2)

Представим формулу (1) в следующем виде:

Vвых= √ ( Vс² - 2aсрL

п.макс·

L п/ Lп.макс)

(3)

Подставляя V_баз из формулы (2) в (3), получим:

Vвых= √ (Vс² + Vбаз²

L п/ Lп.макс)

(4)

Аналитическое выражение (4) принято в системе КГМ за основу при
определении заданного значения скорости V_з выхода отцепа из ПТП.

Устройства КЗП, используемые в КГМ для определения величины L_св,
измеряют по запросу системы число свободных участков пути
фиксированной длины ∆L = 30 м на выбранном сортировочном пути. При
максимальной длине Lкзп.макс = 450м контролируемой устройствами КЗП зоны
сортировочного пути максимальное возможное число свободных участков
составит - 15.

С учетом вышесказанного из выражения (4) получим расчетную

формулу для определения V_з:

Vз= √ (Vс² + Vбаз² L кзп/ Lкзп.макс).

(5)

Так как длина ∆L контрольных участков КЗП постоянна и известна, то
в формуле (5) под L_кзп будем понимать число свободных участков,
измеряемое устройствами КЗП за парковой тормозной позицией ПТП, а под
Lкзп.макс - максимальное возможное число свободных участков в зоне КЗП,
равное 15.

С целью уменьшения вероятности соударения отцепов с повышенными
скоростями прицельные скорости Vс выбираются различными для бегунов
различного типа с помощью коэффициента k: Vс = k·Vс.д., где Vс.д = 1,4 м/с -

максимально допустимая скорость соударения отцепов на сортировочных
путях. Коэффициент k (см. табл. 4) может зависеть от типа отцепа (бегуна) и
длины L_п. Чем выше ходовые свойства отцепа (лучше бегун) или чем больше
длина пробега, тем меньшее значение должен иметь коэффициент k.
Коэффициент k определяется экспериментально, а затем уточняется и

корректируется в процессе эксплуатации системы.

Окончательно формула для определения V_з принимает следующий вид:

Vз= √ [(kVс.д) ²+ Vбаз² Lкзп / 15]. (6)

Рассмотрим пример расчета скорости V_з для условного отцепа
(среднего бегуна - С), состоящего из двух вагонов.

Для определения в соответствии с алгоритмом (см. рис. 3) значения
V_баз, которое выбирается из таблицы предварительно рассчитанных системой
КГМ для различных бегунов значений базовой скорости, необходимо
вначале определить расчетный тип бегуна (отцепа).

С этой целью алгоритмом КГМ (см. рис. 3, блок 3) предусмотрено
вычисление среднего значения ускорения a равноускоренного движения
отцепа по участку длиной L от последней разделительной стрелки до
рельсовой цепи, контролирующей свободность (занятость) участка пути с
замедлителем на ПТП.

При вступлении отцепа на рельсовую цепь ПТП запускается
программа, реализующая алгоритм вычисления V_з.

Блок 2 алгоритма вычисляет среднюю скорость движения отцепа по
участку L. Для равноускоренного движения отцепа справедливо:

Vср = L / ∆T, м/с, (7)

где L - длина участка перед ПТП, м;

∆T - измеренное время движения отцепа по участку L, c.

При выполнении студентами задания значения L и ∆T выбираются из
табл. 3.Для приводимого примера расчета принимаем: L= 72 м; ∆T = 17,05 c.

Примечание: условно считаем, что измерение временных интервалов
производится с абсолютной погрешностью, не превышающей 25 мс.

Подставляя значения L и ∆T в формулу (7), получим:

Vср = 72 / 17,05 = 4,223 м/с.

Из теории равноускоренного движения известно, что:

Vср = (Vн + Vк) / 2. (8)

Здесь: Vн - скорость в начале равноускоренного движения отцепа с
ускорением a; Vк - конечная скорость движения отцепа.

Vн = Vк - a·∆T (9)

Подставив V_н из формулы (9) в (8), получим: V_ср = V_к - a∆T/2, откуда
находим расчетную формулу для вычисления ускорения a=2(Vк-Vср) / ∆T.

В нашем случае, конечная скорость V_к есть не что иное, как скорость
входа V_вх отцепа на участок ПТП, т.е.:

a = 2(Vвх - Vср) / ∆T, м/с². (10)

Система КГМ, измерив значение скорости входа Vвх отцепа на ПТП,
осуществляет в соответствии с формулой (10) вычисление значения a (блок 3
алгоритма). Измерение скорости производится радиолокационным
скоростемером типа РИС-В2 (РИС-В3) в км/ч, при этом ошибка при
округлении значения скорости не превышает по модулю - 0,25 км/ч.

Значения скорости V_вх для различных вариантов задания приведены в
табл. 3. Для нашего примера принимаем значение V_вх = 15,5 км/ч и
производим расчет ускорения a по формуле (10):

a = 2·(0,278 ⋅ 15,5 - 4,233) / 17,05 = 10,09 ⋅ 10^-3 м/с² .

Расчетный тип отцепа (бегуна) выбираем из табл. 4 по граничным
значениям ускорения a в зоне перед ПТП. Так как a > 6,7 ⋅ 10^-3 м/с², то
данный отцеп по результатам расчета следует отнести к хорошему бегуну
(Х), в то время, как по заданию он относится к классу средних бегунов.
Ошибки в определении типа расчетных бегунов могут быть связаны,

главным образом, с инструментальными ошибками измерения и
последующего округления скорости входа отцепа на ПТП (V_вх.ф_акт≠ V_вх) или
с методической ошибкой, обусловленной принятым допущением о
равноускоренном движении отцепов в зоне перед ПТП, в то время, как в силу
ряда случайных или объективных, но неучитываемых системой факторов,
фактическое движение отцепов будет отличаться от равноускоренного, т.е.: a
≠ const.

Для расчетного хорошего бегуна выбираем из табл. 4 расчетные
значения базовой скорости V_баз выхода отцепа из ПТП (Vбаз=5 км/ч), и
коэффициента k (k = 0,7). Сравнивая аналогичные параметры для среднего
бегуна, можно заранее предположить, что заданное значение скорости Vз
выхода отцепа будет занижено, что может привести к преждевременной
остановке отцепа.

Для определения V_з в соответствии с формулой (6) данные о L_кзп
берутся из табл. 3 по предпоследней цифре шифра студента. Для нашего
примера используем следующие данные: L_св = 250 м; L_кзп = 9.

Приведенные в табл. 4 значения L_кзп есть показания устройств КЗП до
выхода отцепа из ПТП, поэтому эти значения следует уменьшать на целую
часть частного от деления числа вагонов в отцепе на 2, т.е. при двух вагонах
в отцепе:

L _кзп = L_кзп

1 = 9 -1 = 8.

Подставляя полученные данные в формулу (6), определим значение
Vз:

Vз =√ [(0,7 ⋅ 1,4)² + (0,278 ⋅ 5)²⋅ 8 / 15] =√ (0,960 + 1,03) = √ 1,99 = 1,41м/с.

Переводя значение Vз в км/ч и округляя его с абсолютной
погрешностью по модулю не более 0,25 км/ч, получим: V_з = 1,41 / 0,278 = 5,0
км/ч. Результаты расчета скорости V_з следует оформить в виде табл.5.

Таблица 5

Результаты расчета

Определение фактической скорости соударения отцепов

Для определения фактической скорости V_с соударения отцепов
используем формулу (1), которую преобразуем к следующему виду:

Vc= √ (Vз² + 2aсрLп) = √ [Vз² + 2aср(Lсв - Lотц)], м/с

(11)

При этом, с целью упрощения расчетов допускаем, что фактическая
скорость V_вых отцепа из ПТП равна заданной V_з, т.е. устройства системы
КГМ точно отрабатывают значение V_з. Усредненное по пути пробега L_п
отцепа значение ускорения движения a_ср определяем по формуле:

aср = g'(iс - wо)10^-3, м/с² (12)

Значения величин g', iс и wо выбираются из табл. 4 для заданного
фактического типа отцепа. Длину отцепа Lотц вычисляем как произведение
числа вагонов в отцепе Nв на условную длину одного 4-х осного вагона,
равную 14 м. Значения Lсв и Nв выбираются из табл.3.

Из табл. 4 для нашего примера имеем: iс = 1‰; g' = g^'(С) = 9,51 м/с²; wо
= w_о(_с) = 1,4 Н/кН. По условию задачи: L_св=250м; L_отц=2⋅14=28м.

Индекс "с" при g' и wо указывает на фактическую принадлежность
отцепа к классу средних бегунов (С), в отличие от расчетного типа бегуна
(Х), полученного при определении Vз.

Подставим значения известных переменных в формулы (12) и (11):

aср = 9,51(1 - 1,4)10^-3 = -3,8 ⋅ 10^-3, м/с² ;

Vс = Vс.факт= √ [(0,278 ⋅ 5,0)² + 2(-3,8)·(250 - 28)·10^-3 = √0,245 = 0,495 м/с.

Фактическое значение Vс.факт получилось практически в два раза
меньше расчетного значения прицельной скорости:

Vс = k ⋅ Vс.д. = 0,7 ⋅ 1,4 = 0,98 м/с.

Последнее объясняется тем, что по причине ошибки измерения
фактических параметров движения отцепа значение Vз определялось для
хорошего бегуна, в то время, как средний бегун, имея более высокое
сопротивление движению (1,4 > 1,23 Н/кН), снизит свою скорость в конце
участка пробега Lп на большую величину, чем прогнозировалось при расчете
Vз.

В данном конкретном случае ошибка определения V_з не привела, как
мы ожидали ранее, к преждевременной остановке отцепа. Однако, в тех
случаях, когда подкоренное выражение при вычислении V_с.ф_акт получает
отрицательное значение, имеет место преждевременная остановка отцепа с
образованием "окна" длиной L_о, которая может быть определена по формуле:

Lо = (Vз² + 2aсрLп)/2aср (13)

Допустим, например, что в нашем случае был бы фактически не
средний бегун, а плохой, т.е.: g' = g'(п) = 9,16 м/с²; wо = wо(п) = 1,75 Н/кН.
Тогда, в соответствии с формулами (11) и (12):

aср = 9,16(1 - 1,75)10^-3 = - 6,87 ⋅ 10^-3 м/с²;

Vс.факт =√ (1,932 - 3,05) = √(-1,118), м/с,

т.е. имеет место "окно", длину которого определяем по формуле (13):

Lо = (-1,118) /2(- 6,87 ⋅ 10^-3) = 81,4 м.

При наличии "окна" его значение вносят в табл. 5, предварительно
заменив заголовок соответствующего ее столбца с Vс.факт_, м/с на L_о, м.
Преждевременная остановка отцепов на сортировочных путях приводит к
недоиспользованию полезной длины путей для накопления вагонов. Чтобы
устранить "окна" необходимо выполнить маневровые операции по
осаживанию вагонов, что требует увеличения интервала между роспусками и
приводит к дополнительным эксплуатационным затратам.

Результаты выполнения расчета V_с.ф_акт(или L_о) занести в табл.5.

По полученным данным построить график, иллюстрирующий
изменение скорости движения отцепа вдоль сортировочного пути (в
координатах: скорость - путь).

При построении графика допускается отрезки пути показывать
условно не в масштабе, в то время, как при изображении скорости следует
придерживаться масштаба, выбираемого произвольно по усмотрению
студента.

На рис. 4 показан пример построения графика изменения скорости
движения отцепа вдоль пути для рассмотренного выше случая.

Г рафик изменения скорости движения отцепа вдоль сортировочного пути

Произвести расчет удельной работы, затраченной замедлителем ПТП
на торможение отцепа, (погашаемой энергетической высоты отцепа - hт.ф.,
м.э.в.), и сравнить ее с расчетным нормативным значением - hт , которое для
замедлителя типа КНП-5 равно 1,2 м.э.в.

Расчетная (нормативная) погашаемая высота отцепа h_т характеризует
максимальную удельную работу, совершаемую замедлителем при
торможении одного 4-х осного полногрузного вагона и нормативном
давлении в тормозной магистрали, равном 0,65 МПа. Измеряется величина h_т
в метрах энергетической высоты (м.э.в.).

Значение hт.ф можно определить по формуле:

hт.ф = (Vвх² - Vвых²) / 2g' , м.э.в.

(14)

Подставляя в уравнение (14) данные из примера расчета при Vвых=Vз,
получим: hт.ф = [(0,278 ⋅ 15,5)² - (0,278 ⋅ 5,0)²] / 2 ⋅ 9,51 = 0,87 м.э.в

Следовательно, можно сделать вывод о том, что потребная удельная
тормозная мощность замедлителя для реализации Vз не превышает значения
hт.

Методические указания к выполнению задачи 3

После вычисления значения скорости Vз требуется ее реализовать с
минимальной погрешностью путем реализации соответствующего
торможения отцепа.

Расчет программы торможения отцепа на ПТП

На рис. 5 представлен вычислительный алгоритм программы
торможения отцепа на ПТП, которая в графическом виде представлена на
рис. 6 для расчетного хорошего бегуна из предыдущего примера.

Алгоритм определения программы торможения отцепа на ПТП

Рис. 5.

Рис. 6

Замедлитель типа КНП-5, установленный на ПТП, является
замедлителем нажимного типа и имеет 4 ступени торможения (4 градации
усилий нажатия тормозных шин замедлителя под воздействием давления
воздуха в тормозных цилиндрах), которые устройства АРС могут
использовать в процессе автоматического торможения отцепов.

Вагонный замедлитель как исполнительный механизм обладает
инерционностью, т.е. после подачи команды на оттормаживание (выпуск
воздуха из тормозных цилиндров) тормозные шины некоторое время (время
оттормаживания замедлителя) еще находятся в прижатом состоянии до тех
пор, пока давление не снизится практически до нуля, при котором
произойдет «развал» шин и освобождение колес отцепа.

Для снижения погрешности вытормаживания отцепа до требуемой
скорости Vз необходимо давать команду на оттормаживание несколько
раньше, чем фактическая скорость отцепа Vф достигнет заданного значения
Vз, когда Vф = Vу> Vз.

Здесь V_у – значение уставки по скорости, при достижении которого
дается команда на оттормаживание замедлителя и которое определяется по
формуле:

Vу =Vз - ao·tот, (15)

гдеao – замедление движения отцепа за время оттормаживания tот
(при торможении ao имеет отрицательное значение и часто называется
интенсивностью торможения отцепа). Для замедлителя типа КНП-5, tот = 1,2
с.

Чтобы уменьшить значение разности скоростей (Vу - Vз),
называемой упреждением по скорости, и тем самым снизить погрешность
реализации заданной скорости Vз в случае ошибки при прогнозировании
величины a_o, оттормаживание отцепа желательно производить на самой
низкой (первой) ступени торможения, т.е. при минимальной интенсивности
торможения.

Удельное сопротивление движению отцепа b_т от воздействия
тормозящей силы B_т зависит как от установленной ступени торможения, так
и от веса Q отцепа и числа осей в нем.

Обозначим величину bтпри торможении хорошего бегуна
(полногрузного 4-осного вагона) при максимальной (четвертой) ступени
торможения, как bх. Тогда в общем случае при произвольном числе вагонов
Nвв отцепе величину bтдля хороших, средних и плохих бегунов можно
выразить через величину bх следующим образом

bтх= bх/ Nв; bтc = 2·bх/ Nв; bтп = 3·bх/ Nв. (16)

Из выражения (16) следует, что чем легче отдельный вагон, тем
большее значение имеет величина b_тпо отношению к b_х, и, в то же время, чем
больше вес отцепа (число вагонов), тем меньше величина b_т.

Действительно, допустим, что в замедлителе находится одна
колесная пара хорошего бегуна, состоящего из N_в вагонов одного и того же

веса Qх, и на неё воздействует тормозная сила Bт. В этом случае удельное
сопротивление движению отцепа от торможения можно представить, как:

bтх= Bт / (Nв·Qх) = bх / Nв.

Если принять, что Q_х = 2·Q_с = 3·Q_п, то для среднего и плохого
бегунов, стоящих также из N_ввагонов одного и того же веса, соответственно
Qс и Qп, можно написать

bтс= Bт / (Nв·Qс) = 2·Bт / (Nв·Qх) = 2·bх /Nв;

bтп= Bт / (Nв·Qп) = 3·Bт / (Nв·Qх) = 3·bх /Nв.

Значение bх при известном значении bт замедлителя можно
определить, используя следующее соотношение: h_т = b_х·(l_тп + l_ос)·10^-3 =
b_х·l_т·10^-3, где h_т – удельная работа, совершаемая замедлителем при
торможении хорошего бегуна на всем протяжении его нахождения в
замедлителе, т.е. на тормозном пути l_т, равном сумме длин тормозной
позиции (замедлителя) - l_тп и отцепа по крайним осям – l_ос (рис. 7). Из
данного соотношения следует

bх = hт ·10³ / lт = hт ·10³ / (lтп + lос), Н/кН.

(17)

Умножение числителя дроби (17) на 10³ необходимо для перевода
размерности тормозной силы Bт от кН к Н.

Рис. 7

Принимая расстояние от центра автосцепки вагона до ближайшей
оси равным в среднем 1,5 м, считаем, что l_ос = l_отц – 3.

Рабочая длина замедлителя КНП-5 по тормозным балкам равна 12,5
м, т.е. l_тп = 12,5 м. Подставляя исходные данные в формулу (17), определяем
значение величины b_х

bх = 1,2·10³ / (12,5 + 14 – 3) = 51,06 Н/кН.

При вступлении отцепа на р.ц. ПТП запускается программа
торможения отцепа, определяемая в соответствии со схемой алгоритма,
представленной на рис. 5. Блок 2 на схеме анализирует тип отцепа,
вступившего на р.ц. ПТП по результатам проведенного ранее расчета V_з. В
нашем примере отцеп является расчетным хорошим бегуном, состоящим их
2-х вагонов. Для данного отцепа с учетом соотношений (16), определим
значение bтх для каждой из 4-х ступеней торможения, исходя из допущения,
что снижение на одну ступень приводит к уменьшению удельной тормозной
силы bт на 25%

b4=bтх = bх /2 = 25,53 Н/кН; b3= 0,75·b4 = 19,15 Н/кН;

b2 = 0,5·b4 = 12,77 Н/кН; b1 = 0,25·b4 = 6,38 Н/кН.

Величину b_о определяем, как среднее значение удельной тормозной
силы при линейном законе изменения b_т от b₁ до нуля за время
оттормаживания t_от, т.е. b_о = 0,5·b₁ = 3,19 Н/кН. На схеме алгоритма эту
задачу решает блок 3.

В основу рассматриваемого варианта программы торможения
положен следующий принцип. Если отцеп является хорошим бегуном, то
начало торможения осуществляется с 4-й ступени торможения независимо от
числа вагонов. Если отцеп относится к классу средних бегунов, то начало его
торможения производиться 3-й ступенью (см. блок 4 на схеме алгоритма)
независимо от числа вагонов в отцепе. Если отцеп относится к классу легких
бегунов, то блок 5 алгоритма производит вначале анализ числа вагонов в
отцепе. Если отцеп состоит из одного вагона, то торможение осуществляется
только первой ступенью (см. блок 6), в противном случае – торможение
начинается со 2-й ступени торможения (см. блок 7).

Примечание: так как все младшие ступени торможения
определяются относительно старшей четвертой ступени торможения, то
расчет величины b4 должен производиться всякий раз независимо от числа
фактически используемых ступеней торможения.

Торможение отцепа на каждой выбранной ступени должно
осуществляться до достижения последним установленного для данной
ступени значения скорости Vст, уменьшаемой с понижением номера ступени
торможения.

Значения скоростей для каждой ступени определяются блоком 8 по
следующему алгоритму

Vст1 = Vу; Vст2 = Vз + 1; Vст3 = Vз + 2; Vст4 = Vз + 4, км/ч.

Применительно к полученным ранее при решении задачи 2 данным
значения скоростей V_ст для расчетного хорошего бегуна будут следующие

Vст1 = Vу; Vст2 = 6; Vст3 = 7; Vст4 = 9, км/ч.

Для определения уставки по скорости V_у по формуле (15)
необходимо первоначально определить значение a_o

ao = g’·(iпт – wo – bo)·10^-3, м/с². (18)

Здесь: iпт – приведенный уклон профиля на пути торможения
отцепа, значение которого при расчетах принимаем равным 2^о/оо.

Подставляя известные данные в формулу (18), вычислим величину ao
для расчетного хорошего бегуна

ao = 9,58·(2 – 1,23 – 3,19)·10^-3 = - 23,18·10^-3, м/с².

Тогда, в соответствии с формулой (15)

Vу =5 + 3,6·(1,2·23,18·10^-3) = 5 + 0,1 = 5,1 км/ч.

Следовательно, V_ст1 = V_у = 5,1 км/ч.

По результатам выполненного расчета необходимо построить в
произвольном масштабе расчетную программу торможения отчета в виде
графика, пример выполнения которого показан на рис. 6.

Расчет фактической скорости выхода отцепа Vвых из ПТП

Для определения пути lтр, проходимого отцепом за время его
торможения от скорости входа Vвх на ПТП до заданной скорости Vз,
необходимо вычислить фактическую интенсивность торможения отцепа на
каждой ступени торможения. Если фактический по заданию тип отцепа
отличается от расчетного типа отцепа, то необходимо для заданного типа
отцепа произвести сначала расчет фактических значений удельных
тормозных сил b_т, используя соотношения (16). Так как в нашем случае
фактический тип отцепа = средний бегун, который отличается от расчетного
типа – хорошего бегуна, то, следовательно, нам необходимо определить
истинное значение bт для среднего бегуна

b4 = bтс = 2·bх / 2 = bх = 51,06 Н/кН; b3 = 0,75·bх =38,30 Н/кН;

b2 = 0,5·bх = 25,53; b1 = 0,25·bх = 12,77; bо = 0,5·b1 = 6,38 Н/кН.

Система АРС имеет полученную тем или иным способом
информацию только о расчетном типе отцепа, поэтому она использует и
соответствующие этому типу отцепа число ступеней торможения. Очевидно,
что реально на каждой из установленных ступеней торможения данный
отцеп будет тормозиться замедлителем с интенсивностью, соответствующей
торможению фактического типа отцепа. При вычислении фактической

интенсивности торможения отцепа (см. блок 9) для каждой ступени
используем формулу, аналогичную (18)

a4 = g’с·(iпт – woс – b4)·10^-3 = 9,51·(2 – 1,4 – 51,06)·10^-3 = - 0,48 м/с²;

a3 = g’с·(iпт – woс – b3)·10^-3 = 9,51·(2 – 1,4 – 38,3)·10^-3 = - 0,359 м/с²;

a2 = 9,51·(2 – 1,4 – 25,53)·10^-3 = - 0,237 м/с²;

a1 = 9,51·(2 – 1,4 – 12,77)·10^-3 = - 0,116 м/с²;

aо = 9,51·(2 – 1,4 – 6,38)·10^-3 = - 0,055 м/с².

Так как упреждение по скорости Vу, равное произведению aо·tот,
система АРС определяет для расчетного бегуна (в нашем случае – для
хорошего бегуна), а фактически тормозится реальный бегун (в нашем случае
– средний бегун), то скорость отцепа V_отц после оттормаживания, на момент
начала его свободного скатывания без торможения, будет отличаться отV_з и
равна

Vотц = Vу+ aо·tот = 5,1 – 3,6·(0,055·1,2) = 4,86 км.

Путь l, проходимый отцепом за время торможения на каждой
ступени торможения, определяется блоком 10 алгоритма по формуле

lj = 0.5·(V²кj–V²нj) / aj, м. (19)

Здесь: Vнj, Vкj – скорости отцепа, соответственно, в начале и в конце
торможения j-й ступенью;

aj – интенсивность торможения отцепа j-й ступенью.

Используя формулу (19), произведем расчет значений ljдля
тормозимого фактического среднего бегуна

l4= 0.5·(V²ст4 – V²вх) / a4 =

= - 0,5·[(0.278·9)² – (0,278·15.5)²] / 0.48 =12.82 м;

l3= 0.5·(V²_ст3 – V²_ст4) / a3 =

= - 0,5·[(0.278·7)² – (0,278·9)²] / 0.359 =3.44м;

l2= 0.5·(V²ст2 – V²ст3) / a2 =

= - 0,5·[(0.278·6)² – (0,278·7)²] / 0.237 =2.13 м;

l1= 0.5·(V²ст1 – V²cт2) / a1 =

= - 0,5·[(0.278·5,1)² – (0,278·6)²] / 0.116 =3.32 м;

lо= 0.5·(V²ст0 – V²cт1) / ao =

= - 0,5·[(0.278·4.86)² – (0,278·5.1)²] / 0.055 =1.64м.

Далее определяем суммарный тормозной путь отцепа lтр

l_тр

J-Я 12.82 + 3.44 + 2.13 + 3.32 + 1.64 = 23.35 м.

Разность между полным тормозным путем отцепа l_т и фактическим
l_тр есть путь l_св, проходимый отцепом без торможения в пределах тормозной
позиции. Для двухвагонного отцепа l_т = l_тп + l_отц – 3 = 12,5 + 2·14 – 3 = 37,5 м,
откуда lсв = lт – lтр = 37,5 – 23,35 = 14,15 м.

Так как i_тп>w_o, то при свободном скатывании на длине l_св отцеп
вновь будет ускоряться, пока не покинет пределы ПТП. Определим
фактическую скорость выхода V_вых.св отцепа из ПТП при свободном
движении после торможения, воспользовавшись формулой (11) и подставив в
нее соответствующие переменные

V

вых.св

86^s + 3.6¹ ■ 12 ■ 9.51 ■ (2 - 14) ■ 0.0142 J = J25.72

= 5,07 км/ч.

Ошибка в реализации скорости выхода Vвых составляет

∆V = Vвых.св–Vз= 0,07 км/ч.

После определения lтр блок 11 схемы алгоритма производит
сравнение полного тормозного пути lт и фактического lтр. Если lтр≤lт, то
выполняется операция вычисления lсв в блоке 12 и вычисляется значение
скорости Vвых.свв блоке 13. В противном случае, блоком 14осуществляется
вычисление фактической скорости выхода V_вых.т из заторможенного
замедлителя.

Допустим, что l_тр>l_т. В этом случае необходимо определить
минимальный номер «n» ступени торможения, при использовании которой
еще выполняется следующее неравенство:

/тр-^-^^Д^о,

где n = 0, 1, … 4.

Тогда ступень торможения с номером «n» будет искомой ступенью,
при торможении которой отцеп покидает ПТП. Значение V_вых.т определяется
по следующей формуле в блоке 14

Vвых.т ⁼ \ Щл» 2’a_n- Ai, м/с. (20)

Например, если а_n = a₂, то отцеп покинет ПТП со скоростью V_вых.т
при торможении второй ступенью торможения, а именно

Vвых.т

По результатам расчета фактической скорости выхода Vвых отцепа
из ПТП необходимо построить график исполненного торможения отцепа
фактического типа, иллюстрирующий изменение скорости движения отцепа
в ПТП и пример выполнения которого показан на рис. 7. На графике следует
выделить все участки торможения, а также скорости Vз, Vст и Vвых в
соответствии с полученными расчетными данными.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

• 1, Сапожников Вл. В. и др. Станционные системы автоматики и телемеханики.
  М.: Транспорт, 1997.
• 2. Модин Н.К. Механизация и автоматизация станционныз процессов. М.:
  Транспорт, 1985.
• 3. Фонарев Н.М. Автоматизация процесса расформирования составов на
  сортировочных горках. М.: Транспорт, 1971.