Расчет сортировочных горок

КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К РАСЧЕТУ И АВТОМАТИЗАЦИИ СОРТИРОВОЧНЫХ ГОРОК

П. С. ГРУНТОВ, профессор, доктор техн. Наук

В. Г. ХРОМОВ, инженер.

Основные принципы расчета и проектирования сортировочных горок сформулированы более сорока лет назад. Они были продиктованы эксплуатационными условиями и характеристиками подвижного состава и технической оснащенностью горок в те годы. Проектирование плана и профиля горок определялось исходя из существовавших тогда условий.

Техническая реализация задач автоматизации управления горочными процессами с помощью локальных систем типа АРС-ЦНИИ, АРС-ГТСС, АЗСР-ЦНИИ не обеспечила решения задач по повышению перерабатывающей способности и надежности функционирования сортировочных горок. В настоящее время зона полной автоматизации процесса расформирования составляет примерно треть длины путей в голове сортировочного парка. Она ограничивается возможностями прицельного регулирования при трехпозиционном торможении. Таким образом, автоматизация сортировочных горок до настоящего времени не исключила операцию осаживания, а повышение скорости роспуска не привело к значительному увеличению перерабатывающей способности горок. Не удалось пока в достаточной степени реализовать переменную скорость роспуска.

Сейчас особенно актуальной является задача автоматизации процесса полного заполнения путей сортировочного парка. Для обеспечения полного заполнения сортировочных путей при расформировании составов и допустимой для сохранности вагонов и грузов скорости соударения необходимо комплексное использование технических средств для ускорения и замедления движения отцепов. В настоящее время техническая оснащенность сортировочных парков значительно отстает от технической оснащенности сортировочных горок. Средства механического регулирования скорости движения отцепов по путям сортировочного парка (маломощные замедлители, осаживатели, ускорители, заграждающие и предохранительные устройства) отсутствуют и пока ведется только их разработка. Это является одной из причин того, что в существующих условиях эксплуатации станций не получен значительный рост перерабатывающей способности сортировочных горок.

При расчете высоты горки по существующей методике определяющим условием является обеспечение прохода расчетного плохого бегуна до расчетной точки при неблагоприятных климатических условиях. Предполагается, что при роспуске основная масса отцепов проследует вглубь сортировочного парка. Этого условия недостаточно для того, чтобы добиться высокой степени заполнения путей при существующем способе прицельного регулирования.

Современные условия работы по расформированию-формированию составов требуют иного подхода к расчету сортировочных горок с тем, чтобы обеспечить необходимый технологический уровень процесса и ликвидировать операцию осаживания.

Расчет высоты и продольного профиля сортировочных горок должен основываться на комплексном анализе работы по расформированию-формированию поездов на всем протяжении пути следования отцепа от горба горки до выходной горловины сортировочного парка. В связи с этим при расчете технических элементов сортировочной горки и сортировочного парка предлагается исходить из требования проследования плохого бегуна в любую точку пути сортировочного парка при неблагоприятных условиях.

При этом в зависимости от конструкции и технического оснащения сортировочного парка расстоянием до расчетной точки предлагается считать: при отсутствии ускорителей и осаживающих устройств — расстояние до средневзвешенной точки стрелочной зоны выходной горловины сортировочного парка; при наличии ускорителей и осаживающих устройств — расстояние до зоны действия этих устройств. Таким образом, в расчет сортировочной горки включается длина сортировочного парка.

Варианты продольного профиля и технического оснащения

Продольный профиль оказывает решающее влияние на перерабатывающую способность горки, так как определяет основные элементы горочного технологического интервала. Для заполнения путей сортировочного парка без «окон» отцепу нужно сообщить энергию, достаточную для преодоления сил сопротивления на всем пути следования от горба горки до точки прицеливания.

Одним из путей повышения энергии отцепа могло бы быть изменение существующего профиля для того, чтобы реализовать больший перепад высот от горба горки до выходной горловины сортировочного парка. Под действием силы тяжести отцепы будут следовать через весь сортировочный парк без дополнительных затрат энергии на их перемещение.

Основными данными для расчета продольного профиля горки служат: план головы сортировочного парка, высота горки и средства регулирования скорости движения отцепов. Расчетная высота горки, определенная при условии обеспечения проследования плохого бегуна до предельного столбика выходной стрелки сортировочного парка, увеличится примерно е 2 раза и составит в зависимости от длины путей парка 7...9 м.

Такой перепад высот, реализованный в пределах спускной части горки, усложнит конструкцию горки, удлинит горловину, потребует значительного увеличения мощности тормозных средств и усложнит управление ими. Очевидно, что такое решение вопроса является неприемлемым. Поскольку различные варианты продольного профиля предусматривают использование определенных технических средств, необходимо анализировать их совместное влияние на технологию расформирования поездов.

В связи с этим требованием рассмотрим различные варианты продольного профиля и технического оснащения, позволяющие исключить операцию осаживания и увеличить перерабатывающую способность горок. Некоторые из них уже применялись в том или ином виде в разных странах. Так, различные типы осаживающих устройств, маломощных замедлителей и ускорителей находят широкое применение на сортировочных станциях развитых стран Западной Европы, США и Японии.

Варианты профилей и. технического оснащения сортировочных парков показаны на рис. 1—4.

Первый вариант (см. рис. 1). Если длину и профиль спускной части горки оставить в пределах существующих норм, то необходимый перепад высот (7...9 м) может быть реализован за счет увеличения уклона путей сортировочного парка. Увеличение уклона путей до 3...4 %о обеспечит докатывание подавляющего большинства отцепов до конца парка. При низких скоростях движения суммарное удельное сопротивление движению для 90...95 % отцепов не будет превышать 40 Н/кН. При полном переводе подвижного состава на роликовые подшипники это значение снизится до 20...25 Н/кН и, следовательно, уклон путей сортировочного парка также может быть уменьшен до 2,5 % Учитывая эффект «проталкивания» преждевременно остановившихся отцепов последующими, следует ожидать практически полного заполнения путей.

Для замедления хороших бегунов потребуется установить значительное количество замедлителей, размещенных вдоль всего пути следования отцепе. Замедлители устанавливаются, начиная с точки, где очень хороший бегун, выпущенный с третьей тормозной позиции со скоростью 0,1 м/с, достигнет скорости 1,5 м/с. Замедлитель уменьшит его скорость до 0,1 м/с, затем под действием силы тяжести отцеп вновь увеличит скорость до 1,5 м/с, где устанавливается следующий замедлитель. Расстояние между замедлителями составит около 30 м. При стандартной длине путей сортировочного парка потребуется не менее 25 замедлителей на каждый путь.

Значительное количество замедлителей, действующих автоматически, позволяет повысить точность регулирования скорости движения отцепов при условии обеспечения высокой надежности их действия. Учитывая, что доля плохих бегунов составляет 0,05...0,2 % от объема перерабатываемого вагонопотока, торможению будет подвергаться большинство отцепов, а в летнее время — почти все. Это приведет к большому расходу энергии на торможение и интенсивному износу тормозных средств. Кроме того, при укладке путей должна учитываться опасность продольного смещения пути.

Реализация такого уклона в условиях действующих станций сопряжена с большими капитальными затратами и усложнит проектирование профиля сортировочной системы в целом. Разность отметок начала и конца сортировочной системы составит 12...14 м, поэтому для размещения последовательно расположенных парков при больших полезных длинах путей в парках приема и отправления необходимы особые естественные условия местности.

Для предотвращения ухода вагонов за пределы сортировочного парка потребуется предохранительная зона на обратном уклоне, оснащенная мощными задерживающими устройствами, так как по мере заполнения пути вагонами будет увеличиваться сила, выталкивающая вагоны за пределы парка. Эффективность и экономичность предохранительной зоны можно повысить, распределив вдоль отрицательного уклона замедлители, используемые в парке. Лишняя кинетическая энергия отцепа будет поглощаться общим сопротивлением движению, подъемом, преодолеваемым отцепом и приведенными в действие замедлителями. Размещение сортировочного перка не постоянном уклоне будет целесообразным только при благоприятных условиях местности. При увеличении числа вагонов на роликовых подшипниках и уменьшении сопротивления движению возрастет количество станций, на которых реализация данного варианта станет приемлемой.

Горочный технологический интервал уменьшится за счет ликвидации операции осаживания, но выполнение других маневровых операций в парке будет затруднено и потребует дополнительных затрат энергии.

Вторым возможным вариантом продольного профиля сортировочного парка является устройство паркового ускоряющего уклона 7…8 % в первой трети сортировочного парка с постепенным переходом к уклону 1 %. (см. рис. 2). При таком профиле вагоны по путям перка будут двигаться более динамично по сравнению с парком не постоянном уклоне. Для ограничения и регулирования скорости хороших бегунов необходимо размещение регулировочных замедлителей аналогично первому варианту, но в меньшем количестве.

Ускоряющий уклон в парке можно расположить непосредственно за зоной, в пределах которой возможно обеспечение полного заполнения путей с использованием существующих систем автоматизации. С третьей тормозной позиции хороший бегун должен выпускаться с такой скоростью, чтобы он достиг зоны регулировочных, замедлителей со скоростью, не превышающей допустимую скорость соударения.

Высота и профиль спускной части горки должны обеспечивать добегание плохого бегуна до паркового ускоряющего уклона, а парковый ускоряющий уклон должен обеспечивать добегание плохого бегуна до расчетной точки в хвостовой горловине сортировочного парка. Замедлители следует устанавливать в точках, где очень хороший бегун будет достигать скорости 1,5 м/с. В хвостовой части парка необходимо устройство предохранительной зоны.

В условиях существующих сортировочных станций такой профиль реализовать легче, чем строить весь сортировочный парк на постоянном уклоне. Размещение замедлителей с переменной плотностью в зависимости от паркового уклона и управление ими потребуют большей их мощности, высокой надежности и более сложного алгоритма управления, чем в первом варианте, так как отказ одного замедлителя на парковом ускоряющем уклоне может привести к недопустимому увеличению скорости движения отцепа и повреждению вагонов при нагонах и соударениях. Если в первом варианте замедлители могут быть несложной конструкции, действующими автоматически в зависимости только от скорости отцепа, то во втором варианте необходимы замедлители, которые учитывают полную энергию движущегося отцепа, т. е. весовые замедлители малой мощности.

Поскольку на существующих сортировочных станциях полное заполнение путей сортировочного парка при роспуске посредством значительного изменения профиля путей осуществить трудно, необходимо рассмотреть варианты применения различных технических средств ускорения и осаживания отцепов.

Третий вариант (см. рис. 3). Решение проблемы полного заполнения путей возможно путем применения вагоноосаживателей на путях сортировочного парка. Различные типы осаживателей определяют различия и в технологии работы, однако общие принципы проектирования продольного профиля и технических средств обусловливают и общие черты технологических процессов расформирования-формирования при использовании вагоноосаживателей.

При этом способе проследование всех отцепов в любую точку сортировочного парка обеспечивается почти без изменения существующего профиля. Функции замедлителей на спускной части горки упрощаются, так как прицельное торможение выполняется либо в упрощенном варианте, либо вовсе отсутствует на горочных тормозных позициях. Принудительное перемещение отцепов в парке облегчает, а в некоторых случаях и полностью заменяет функцию прицельного регулирования. Осаживающее устройство может подключаться к отцепу, нуждающемуся в принудительном перемещении, в достаточно широком диапазоне скоростей.

В зависимости от принятой технологии и конструкции осаживающих устройств осаживанию может подвергаться каждый отцеп, поступающий на сортировочный путь, или группа отцепов, скопившаяся в процессе роспуска в начале пути. В первом случае рабочий орган вагоноосаживателя совершает рейсы переменной длины, чтобы успеть к моменту поступления очередного отцепа занять исходную позицию, во втором случае осаживание производится на полную длину свободного участка пути.

Согласно статистическим данным, более 15% отцепов летом и не менее 50 % отцепов зимой не обладают достаточной энергией, чтобы самостоятельно проследовать в нужную точку сортировочного парка, поэтому затраты энергии на полное заполнение путей таким способом будут значительными, а к осаживающим устройствам предъявляется требование высокой надежности. Темп работы горки по расформированию поездов во многом будет определяться быстродействием осаживающих устройств.

Применение ускорителей на путях сортировочного парка позволит решить проблему быстродействия, так как ускоритель не сопровождает отцеп на всем пути его следования по путям парка. Время приведения ускорителя в исходное состояние во всех случаях значительно меньше, чем у осаживателя. Мощность ускорителя должна обеспечивать увеличение скорости отцепа до 1,5 м/с, а интервалы установки должны быть несколько меньше пути, который способен пройти плохой бегун, выпущенный из предыдущего ускорителя со скоростью 1,5 м/с при неблагоприятных условиях. Это позволит избежать его преждевременной остановки. В зависимости от уклона путей плотность размещения ускорителей будет различной. На уклоне 1...1,5%о их потребуется около 20 на один путь.

Использование ускорителей не исключает возможность «проталкивания» и «боя» вагонов при нагоне хорошим бегуном плохого, поэтому более целесообразно использовать устройства двойного действия типа «ускоритель-замедлитель», который сочетает преимущества ускорителей и замедлителей (четвертый вариант) (см. рис. 4).

Аналогичный результат может быть получен при совместной установке ускорителей и замедлителей, плотность размещения которых определяется профилем путей парка. При наличии достаточно мощного ускорителя количество их может быть уменьшено до 1—2 на один путь. В этом случае в зависимости от ходовых свойств отцепа и длины свободного участка пути парка отцепу сообщается энергия, достаточная для преодоления работы всех сил сопротивления на пути его следования до точки прицеливания. Необходимую информацию о ходовых свойствах отцепов можно получать из системы, управляющей роспуском на спускной части горки. Зона действия устройств контроля заполнения путей должна охватывать весь парк.

Комплексное совершенствование технико-эксплуатационных условий работы сортировочных горок

При проектировании сортировочных горок, учитывая различные факторы, влияющие на производительность работы горок, необходимо проводить комплексное исследование, включающее разработку новых требований к профилю горки и сортировочного парка, как единой системе, обеспечивающей расформирование и формирование поездов; разработку эффективных и экономичных технических средств регулирования скорости движения отцепов на всем протяжении от головы до хвоста сортировочного парка; разработку систем управления, охватывающих весь процесс расформирования-формирования поездов.

При определении новых требований к профилю горки и сортировочного парка необходимо исходить из их функциональной взаимосвязи. Поэтому следует проводить совместный расчет профиля горки и сортировочного парка от зоны надвига до выходных стрелок парка. Оптимальный профиль должен обеспечить полное заполнение путей сортировочного парка при минимальных энергетических затратах на регулирование скорости движения отцепов техническими средствами.

Для решения этой задачи потребуется оптимизировать структуру технических средств на всем пути следования отцепа. В связи с этим особенно актуальной становится проблема ускоренного создания и оборудования путей сортировочных парков маломощными ускорителями и замедлителями. Конструкция этих устройств должна обеспечивать торможение и ускорение в пределах 1...3 м/с и обладать мощностью 0,1 ...0,3 м эн. в. Торможение и ускорение должны осуществляться в автоматическом режиме в зависимости от веса и скорости движения отцепа. Применение ускорителей и замедлителей будет наиболее эффективным в парках, расположенных на уклоне 2,5...3 %о, так как воздействию технических средств будет подвергаться минимальное количество отцепов.

Важным элементом технического комплекса сортировочных горок являются средства управления и автоматизации. Применение современных средств вычислительной техники позволит более полно охватить весь процесс расформирования-формирования поездов, повысит надежность функционирования управляющего комплекса, обеспечит увязку с другими подсистемами АСУЖТ. При разработке систем АСУ сортировочных горок необходимо исходить из требования охвата АСУ всего процесса расформирования-формирования поездов на всем протяжении от зоны надвига до хвоста сортировочного парка. Возможно поэтапное внедрение управляющих подсистем, наращивание их управляющей мощности по мере оборудования путей сортировочных парков новыми техническими средствами.

Создание комплекса технических средств для механизации и автоматизации процессов расформирования-формирования поездов в целом является высокоэффективным и назревшим мероприятием. Окупаемость новых технических средств обеспечивается за счет исключения повреждений подвижного состава, обеспечения сохранности грузов и значительного роста перерабатывающей способности станций.

Звоните!
8(926)353-03-60