Размещено на http://allbest.ru

Размещено на http://allbest.ru

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Совершенствование работы сортировочной станции за счёт уменьшения коммерческих браков из-за нарушения креплений грузов

Специальность 05.22.08 - Управление процессами перевозок

Рыков Андрей Леонидович

ЕКАТЕРИНБУРГ - 2007

Работа выполнена на кафедре «Управление эксплуатационной работой» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования “Уральский государственный университет путей сообщения” (УрГУПС)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Туранов Хабибулла Туранович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Николашин Владимир Михайлович

кандидат технических наук, профессор Вальт Эрвин Брунович

Ведущее предприятие: Российский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи Министерства путей сообщения Российской Федерации (ВНИИАС МПС России)

Защита диссертации состоится “___”_________ 2007 г. в назаседании диссертационного совета Д 218.013.01 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования “Уральский государственный университет путей сообщения” по адресу:620034, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66, ауд. 283.

Fax: 8 (343) 358 55 91

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского государственного университета путей сообщения.

Автореферат диссертации разослан “___”_________ 2007 г.

Отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенный печатью организации, просим направить в адрес ученого совета Университета.

Ученый секретарь

диссертационного совета Асадченко В.Р.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные условия эксплуатации железных дорог характеризуются высокой степенью износа локомотивного и вагонного парка. В предыдущие годы в недостаточной степени осуществлялся текущий и капитальный ремонты железнодорожных путей.

В результате более остро стоит проблема надёжного крепления грузов на открытом подвижном составе, т.к. возрастают колебательные движения вагонов. Количество вагонов с нарушениями требований технических условий размещения и крепления грузов в вагонах ежегодно увеличивается, и в 2006 г составило 832 вагона. Наблюдается рост случаев расстройства креплений груза на открытом подвижном составе в пути следования при отсутствии нарушений правил погрузки, в 2006 г произошло 1579 таких случаев.

Нарушения креплений груза ухудшают технологические параметры работы сортировочной станции, затрудняют процесс расформирования и формирования составов, требуется дополнительная маневровая работа.

Корректный расчет уменьшения перерабатывающей способности сортировочной станции, увеличения времени нахождения вагонов в парках, межоперационных простоев, производительное использование локомотивов и путей и ухудшения других технологических параметров из-за такого рода коммерческих браков имеет большое значение, так как это отражается на стратегии развития железнодорожной инфраструктуры и техническом нормировании на железнодорожном транспорте.

В действующих правилах расчета не достаточно отражены сложные случаи, такие, как перевозка тяжеловесных грузов со смещенным центром тяжести. При этом необходимо учитывать одновременное действие продольных, поперечных и вертикальных сил, особенно при движении в кривой и «галопировании» вагона из-за неровностей пути. Таким образом, задачи исследования важны для теории и практики и актуальны.

Цель исследования. Целью исследования являются:

- анализ характера и частоты появления коммерческих браков из-за нарушения крепления груза и связанного с этим ухудшения работы сортировочных станций;

- разработка методики оценки влияния выявленных на сортировочной станции коммерческих браков на технологические параметры её работы;

- выбор наиболее опасных для технологии перевозок и наиболее сложных для расчёта вариантов крепления груза;

- разработка методики расчёта способа крепления для выбранного варианта, полагая, что для менее сложных случаев методику можно применять с введением упрощающих предположений.

В соответствии с поставленной в диссертации целью сформулированы следующие задачи:

1) выбрать метод расчёта технологических параметров железнодорожных станций для оценки влияния коммерческих браков на показатели их работы;

2) разработать методику построения имитационных моделей сортировочных станций, ориентированных на оценку эффективности работы по снижению числа коммерческих браков;

3) разработать методику работы с алгоритмом имитационного моделирования и провести вычислительные эксперименты с целью оценки влияния на показатели работы станции коммерческих браков вследствие нарушения крепления груза;

4) рассчитать реакцию комплектов пружин тележек вагона при его растущих вертикальных колебаниях для сложного случая размещения груза с боковым смещением центра тяжести, при движении по прямому участку пути;

5) построить математическую модель крепления груза для выбранного варианта, которая позволит рассчитать перемещение груза и натяжения в креплениях при одновременном действии продольных, вертикальных и поперечных сил при движении в прямых и кривых участках. Провести на модели комплекс расчётов.

Объект исследования. Груз, закреплённый на открытом подвижном составе с гибкими элементами креплений. Технология работы сортировочной станции.

Предмет исследования. Влияние коммерческих браков из-за нарушения креплений грузов на технологические параметры работы сортировочных станций. Нагруженность комплектов пружин тележек вагона в механической системе «груз-рама вагона-надрессорная балка-комплект пружин», усилия в гибких элементах крепления груза со смещённым поперек вагона центром тяжести в механической системе «путь-вагон- груз-крепление».

Методика исследования. Для оценки влияния коммерческих браков на показатели работы сортировочных станций применялись методы имитационного моделирования, математического программирования и системного подхода.

Аналитическое исследование по определению реакции комплектов пружин тележек при смещении центра тяжести груза поперёк вагона выполнены с использованием теоремы Вариньона и понятия центра масс механической системы «грузрама вагонанадрессорная балка-комплект пружин». Аналитические исследования по определению перемещений и натяжений в гибких упругих элементах креплений груза базируются на основных положениях теоретической механики, сопротивления материалов. Вычислительные эксперименты реализованы в среде MathCAD с широким использованием метода итераций.

На защиту выносится: методика расчета влияния коммерческих браков на технологические параметры сортировочных станций на основе имитационного моделирования;

математическая модель крепления груза с поперечным смещением центра тяжести при одновременном действии вертикальных, продольных и поперечных сил, позволяющая рассчитать усилия в креплениях и возможные смещения груза в прямых и кривых участках пути;

методика расчёта с помощью предложенной модели натяжений в креплениях для различных случаев совместного действия сил и для разных участков пути, позволяющая выбрать необходимый вариант крепления.

Научная новизна. Научная новизна диссертации состоит в разработке методики оценки влияния коммерческих браков на технологические параметры работы сортировочных станций, дальнейшем развитии основ теории размещения и крепления грузов на открытом подвижном составе. В том числе получены следующие результаты:

1) предложен метод расчёта технологических параметров железнодорожных станций для корректной оценки влияния коммерческих браков на показатели их работы;

2) разработана методика построения имитационных моделей сортировочных станций, ориентированных на оценку эффективности работы по снижению числа коммерческих браков;

3) предложена методика работы с алгоритмом имитационного моделирования, проведения экспериментов и анализа результатов с целью оценки влияния на показатели работы станции числа коммерческих браков;

4) выведены аналитические формулы для определения реакции комплектов пружин тележек при несимметричном размещении груза;

5) построена математическая модель креплений размещенного со смещением тяжеловесного груза при одновременном действии продольных, поперечных и вертикальных сил и в результате решения статически неопределимой задачи предложен способ определения перемещения груза и натяжения креплений при движении подвижного состава по кривому участку пути.

Практическая ценность. Практическую ценность представляют:

1) методика оценки влияния коммерческих браков на показатели работы сортировочной станции;

2) составленные программы расчёта перемещений и натяжений гибких упругих элементов креплений груза при несимметричном размещении центра масс поперёк вагона, на которые получены 4 Свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (№ 2006612668 от 28.07.06, №2006613665 от 20.10.2006, №2006613890 от 13.11.2006, № 2007613925 от 13.09.2007). Программы в последующем могут быть использованы грузоотправителями при разработке непредусмотренного техническими условиями (НТУ) способа размещения и крепления груза на вагоне;

3) рекомендации о внесении корректив в таблицу 11 ТУ в части смещения общего центра тяжести груза.

Эффект от снижения коммерческих браков при совершенствовании крепления грузов будет значительным за счёт повышения безопасности движения, снижения непроизводительной маневровой работы, сокращения межоперационных простоев и увеличения маневренности станции в целом.

Реализация результатов работы. Разработанные практические рекомендации приняты к использованию Службой коммерческой работы в сфере грузовых перевозок Южно-Уральской железной дороги филиала ОАО «Российские железные дороги» для проверки разработанных грузоотправителями способов размещения и крепления грузов на открытом подвижном составе. Разработанная методика расчёта креплений грузов реализована в виде 2-х пакетов программ для ПК. Программы и имитационная модель работы сортировочной станции используются в научных исследованиях и учебном процессе кафедр «Управление эксплуатационной работой» и «Станции, узлы и грузовая работа» УрГУПС. Программы могут быть использованы при совершенствовании технологии перевозочного процесса созданием нормативноправовой базы, относящейся к разработке новых технических условий размещения и крепления груза.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Шестой научн. практич. конф. «Безопасность движения поездов» (Москва: МИИТ, 2005 г.), на VII междунар. научн. - конф. «Кибернетика и технологии XXI века» (Воронеж: ВГТУ, 2006 г.), на Междунар. научн. практич. конф. «Наука, техника, высшее образование: проблемы и тенденции развития» (г. Поречь, Хорватия, 2006), Седьмой научн. практич. конф. «Безопасность движения поездов» (Москва: МИИТ, 2006 г.), на Междунар. научн. практич. конф. «Наука, инновация и образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России)» (Екатеринбург: УрГУПС, 2006 г.) и на объединенном научном семинаре кафедр «Станции, узлы и грузовая работа», «Управление эксплуатационной работы» (Екатеринбург: УрГУПС, 2007 г.)

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 18 научных работах в виде статей (из них 11 статей написаны в соавторстве) и материалов конференции регионального и международного уровней.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами в каждой из них, общих выводов и рекомендации, библиографического списка, включающего 135 наименований, 187 страниц текста, 21 рисунка, 13 таблиц, трех приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности темы и общую характеристику работы.

В первой главе диссертации выполнен анализ положения с обеспечением безопасности движения в хозяйстве коммерческой работы в сфере грузовых перевозок (на примере Свердловской железной дороги). Характерным браком при перевозке машин, оборудования и железобетонных изделий является растяжение и разрыв растяжек и, как правило, продольный сдвиг, как всего груза, так и отдельных единиц погрузки.

Обобщая результаты анализа расстройства крепления грузов, можно отметить, что нарушения крепления грузов по ТУ и неточность методики п.10.5.3 главы 1 ТУ, связанная с раздельным вычислением усилий в растяжках от действия продольных и поперечных сил инерции, сочетается с человеческими факторами.

Это приводит к расстройству размещения и крепления в пути следования и является причиной несохранной перевозки грузов, которые могут привести к угрозе безопасности движения поездов. Безопасная и сохранная перевозка грузов в пути следования может быть достигнута разработкой более точных и совершенных методик расчёта креплений грузов.

Крепления грузов в вагоне с использованием действующей методики расчёта крепления грузов (ТУ) изучены в работах докторов технических наук А.Д. Малова, В.К. Бешкето, П.С. Анисимова, Львова А.А., кандидатов технических наук Г.П. Ефимова, В.И. Шинкаренко и других, а с использованием усовершенствованной методики расчёта крепления грузов изучены в работах докторов технических наук В.Б. Зылева и Х.Т. Туранова, проф. В.А. Болотина, кандидатов технических наук Д.Ю. Королевой, М.В. Корнеева, Н.В. Власовой, О.Ю. Чуйковой, Е.Н. Тимухиной и других.

В диссертации обоснована необходимость и актуальность совершенствования методики расчёта натяжений в гибких элементах креплений при перевозке тяжёловесного груза со смещением центра тяжести поперек вагона при воздействии продольных, поперечных и вертикальных сил при движении поезда по кривому участку пути.

Во второй главе приводится анализ существующих методов расчёта технических и технологических параметров железнодорожных станций. Нарушения креплений груза, обнаруженные на станции, влияют не столько на безопасность движения и маневровую работу, сколько ухудшают технологические параметры работы сортировочных станций.

Проблемами расчёта технических и технологических параметров станций занимались учёные С.В.Земблинов, К.К.Таль, И.Г.Тихомиров, П.С. Грунтов, Н.И.Федотов, Н.Н.Шабалин, И.Б.Сотников, В.А.Персианов, Н.С.Усков, П.А.Козлов и др.

Анализ показал, что большинство известных методов расчёта тех или иных параметров сортировочных станций не соответствуют поставленной в исследовании задаче, ибо они не могут одновременно отобразить все важные аспекты технологии.

Для оценки влияния коммерческих браков на показатели работы сортировочных станций, таких как их перерабатывающая способность, полный и расчленённый простой вагонов, степень полезного использования локомотивов и путей, рекомендуется имитационное моделирование. Имитационная модель хорошо отображает соответствие технологии и схемы путевого развития, взаимодействие случайных процессов, влияние диспетчерского управления и выдает исчерпывающий набор результатов для анализа.

В третьей главе изложены результаты аналитических исследований по установлению допустимого значения (ограничения) смещения общего центра тяжести груза поперёк вагона, которое должно быть определено исходя из условия обеспечение минимальной перегруженности комплектов пружин тележек от среднего значения реакции этих пружин. При этом вагон с грузом движется по прямому участку пути с установленной скоростью.

Считая раму вагона, как абсолютно твердое тело (т. е. неизгибаемой), и пренебрегая ее поворотом за счёт горизонтальной деформации комплектов пружин, требуется установить ограничения на значения смещения общего центра тяжести тяжеловесного груза поперёк вагона уМ по критерию вертикальной динамики вагона.

Для решения задачи воспользовались теоремой о равнодействующей плоской системы сил и понятием центра тяжести механической системы «грузрама вагонанадрессорная балка-комплект пружин», поскольку устойчивость вагона определяется положением центра тяжести системы ЦМ_с, а не груза ЦТ^о_гр. Начало координат О считали, совпадающим с центром пересечения осей симметрии вагона, т. е. в центре пола вагона. Ось Ох направили вдоль вагона, Оу поперёк вагона, Оz так, как показана на рис. 1.

Рис. 1. Динамическая модель рамы вагона с комплектами пружин тележек: 1 рама вагона; 2 и 3 надрессорные балки; 4 - 7 комплекты пружин

Пусть общий центр тяжести груза ЦТ^о_гр имеет координаты и . Силы упругости комплектов пружин тележек в виде реакции связей , , и определили для случая, когда общий центр тяжести системы «грузрама вагонанадрессорная балка-комплект пружин» имеет координаты и (которые на рис. 1 не показаны), а общий центр тяжести груза ЦТ^о_гр смещён поперёк вагона на величину .

Общий вес груза (для штучных грузов вес груза) c учётом вертикальной переносной силы инерции , учитывающей ускоренность вертикального движения любой точки рамы вагона из-за волны неровности пути, равен .

Вес механической системы «грузрама вагонанадрессорная балка-комплект пружин»:

,

где вес рамы вагона; вес надрессорной балки; и вертикальные переносные силы инерции соответственно рамы вагона и надрессорной балки. Здесь знак соответствует случаю, когда вертикальное переносное ускорение направлено вверх, а знак соответствует случаю, когда вертикальное переносное ускорение направлено вниз.

Рама платформы с грузом через пятники опирается на подпятники передних 2 и задних 3 надрессорных балок тележки.

Вес груза, рамы вагона и надрессорных балок являются весом механической системы «грузрама вагонанадрессорная балка-комплект пружин» в виде . сортировочный железнодорожный груз

В этом случае, на систему будут действовать силы , точка приложения которой определяется координатами и и реакции комплектов пружин тележки 4 7 в виде , , и .

Такой метод рассмотрения центра тяжести механической системы «груз рама вагонанадрессорная балка-комплект пружин» более общий, поскольку устойчивость вагона определяется положением центра тяжести системы ЦМ_с, а не груза ЦТ^о_гр.

Рассматривая условия равновесия пространственной системы параллельных сил, получили

;

;

; (1)

.

В диссертации уравнения (1) решены несколькими способами с представлением их в виде макет-документов способом итераций, матричным способом, аналитическим (символическим) решением в вычислительной среде MathCAD. Результаты решения можно представить в виде конечных аналитических формул для определения реакции комплектов пружин тележек и , что равносильны совместным решениям уравнений (1):

, . (2)

Поперечная устойчивость вагона с грузом, согласно ТУ, в зависимости от веса груза и высоты его центра тяжести относительно уровня головок рельса (УГР) требует более жестких ограничений. Поэтому, потребовав, чтобы отклонения реакции и , и не превосходили бы средние значение в соответствии с допустимой величиной коэффициента вертикальной динамики с использованием выведенных конечных аналитических формул, можно установить ограничения на значения сдвига груза поперёк вагона в зависимости от его веса при фиксированном значении и вертикального переносного ускорения , т. е. .

Таким образом, на основе проведенных аналитических исследований выведены аналитические формулы для определения реакции комплектов пружин тележек при несимметричном размещении общего центра тяжести груза поперёк вагона в зависимости от среднего значения веса системы «грузрама вагонанадрессорная балка-комплект пружин» с учетом значения смещения груза поперёк вагона, базы вагона и вертикального переносного ускорения .

Результаты расчётов реакции комплектов пружин тележки при вариации сдвига груза поперёк вагона в пределах от 0 до 0.3 м с шагом 0.02 м в графическом виде представлены на рис. 2 .

Согласно данным таблицы 11 ТУ, допустимое значение смещения центра тяжести груза (весом = 30 тс (300 кН) и высотой общего центра тяжести относительно УГР = 2.05 м) поперёк вагона 0.291 м.

Значения реакции комплектов пружин при этом значении смещения груза равны = 132.1 и =174.1 кН при среднем значении реакции кН. Коэффициент вертикальной динамики составляет , что не соответствует его допустимому значению . Смещения общего центра тяжести груза весом = 30 тс (300 кН) поперёк вагона до расстояния 0.291 м приводит к нарушению безопасности движения.

Таким образом, смещения центра тяжести груза поперёк вагона ( = 30 тс и = 2.05 м) до расстояния 0.22м является необходимым условием размещения груза в вагоне, поскольку коэффициент вертикальной динамики находится в пределах, при котором обеспечивается безопасность движения.

В диссертации изложены результаты аналитических исследований по усовершенствованию методики расчёта непосредственного определения перемещений груза и натяжений гибких элементов креплений тяжеловесного груза, размещенного со смещением общего центра тяжести поперек вагона как в статической неопределимой механической системе «путь-вагон-груз-крепление».

Рис. 2. Графические зависимости и

Рассмотрели случаи совместного приложения на груз переносных продольных, поперечных, нормальных и вертикальных сил инерции, возникающих от воздействия нормативных значений переносных ускорений вагона, а также ветровых нагрузок с учётом действия сил инерции от виляния груза относительно пола вагона при движении подвижного состава с грузом по кривому участку пути (рис. 3).

На рис. 3 показаны силы, воспринимаемые гибкими элементами креплений в виде поперечной _у и нормальной силы инерции _n, ветровой нагрузки W и момента сил инерции от виляния груза относительно вагона при движении подвижного состава по кривому участку пути.

Рис. 3. Физическая модель размещения груза

На рисунке обозначены: 2S расстояние между кругами катания колесной пары вагона колеи 1520 мм, равное 1.580 м; h возвышение наружной рельсовой нити, угол наклона наружной рельсовой нити относительно внутренней, определяемый как арктангенс отношения h к 2S.

Здесь возвышение наружной рельсовой нити h определяется в зависимости от заданной скорости движения и радиуса кривизны траектории в данной точке кривого участка пути.

Динамическую модель креплений тяжеловесного груза, размещённого со смещением уM общего центра тяжести поперёк вагона при движении подвижного состава по кривому участку пути при одновременном действии на механическую подсистему «грузкрепление» продольных и поперечных и вертикальных сил, представим в виде, показанном на рис. 4.

Рис. 4. Динамическая модель размещения и крепления груза

На динамической модели показаны переносная продольная сила _х =, возникающая из-за наличия упругих элементов (пружин) в конструкции автосцепного устройства; переносная поперечная сила _у = , возникающая из-за наличия упругих элементов (комплектов пружин) в конструкции тележек вагона, а также от бокового относа вагона из-за наличия бокового зазора между гребнями колес и рельсами; переносная вертикальная сила _z = , возникающая из-за наличия упругих элементов в конструкции тележек вагона, а также от подпрыгивания вагона с грузом при прохождении волны неровности пути; моменты сил инерции от виляния груза относительно вагона .

Для построения математической модели исходные данные представлены в виде геометрических размеров гибких элементов креплений и координаты точки их закрепления к стоечным скобам вагона и монтажным петлям груза для определения неизвестных натяжений в этих элементах креплений S_i (например, - количество таких элементов крепления), нормальной и касательной составляющей реакции связи N и F_тр, которые приложены к точке с координатами у_N x_N так же подлежащими нахождению, совместно с определяемыми значениями малых, но возможных перемещений груза x по оси Ox, y по оси Oy и его поворота вокруг оси Oz.

Задача решена составлением системы алгебраических уравнений с использованием проекций гибких элементов креплений на оси координат, которые могут быть решены методом итераций с использованием возможности вычислительной среды MathCAD.

В четвёртой главе изложены методические основы по определению перемещений и натяжений в гибких элементах креплений груза, размещённого в вагоне со смещением общего центра тяжести относительно продольной оси симметрии вагона при одновременном действии продольных, поперечных и вертикальных сил при движении поезда по кривому участку пути.

Приведены результаты вычислительных экспериментов по определению несущих способностей гибких упругих элементов креплений груза, размещённого в вагоне со смещением центра тяжести поперёк вагона при движении поезда по кривому участку с учётом того, что на систему «грузкрепление» одновременно действуют продольные (Фх и Wх), поперечные (Фу, Фn и Wу) и вертикальные (Фz) переносные силы инерции, а также момент инерции от виляния Мz груза относительно вагона.

В диссертации приводится обоснование выбора рационального значения присваиваемых начальных значений натяжений в креплениях груза при составлении программы расчёта при значениях aex = 0.25g , аеу = 0.38 g и aez = 0.46g; проверка адекватности составленных программ расчета натяжений в креплениях груза при действии продольных и поперечных сил в отдельности с методикой П8 ТУ, разработанной проф. Зылевым В.Б., где получено качественное совпадение результатов таких исследований.

В диссертации приведены результаты вычислительных экспериментов, выполненных в среде MathCAD при вариации различных значении смещений центра тяжести груза поперёк вагона (в пределах от о до 0.292 м) и кинематических параметров пути.

Графические зависимости S₇ = f(уМ) представлены на рис. 5.

Анализируя полученные результаты исследований по установлению зависимости S₇ = f(уМ), можно отметить, что при смещении центра тяжести груза в сторону внутренней рельсовой нити до уМ = -240 мм значение натяжения в гибком элементе крепления 7 находится в пределах допустимого, а свыше этой величины превышает допустимое значение (38.7 кН).

Для практики можно рекомендовать ограничить смещение груза весом 30 тс и высотой общего центра тяжести вагона с грузом над УГР 2050 мм, закреплённого гибкими элементами 6 мм и числом нитей 6, до значения уМ = 220 мм (вместо 290 мм по табл.11 ТУ) в пользу повышения надежности этих креплений. В связи с этим смещения центра тяжести груза поперек вагона до расстояния 0.220 м является достаточным условием размещения груза в вагоне.



Рис. 5. Графические зависимости S₇ = f(уМ)

Смещение центра тяжести груза поперёк вагона в сторону возвышения наружной рельсовой нити (+уМ) приводит к уменьшению поперечных сдвигов груза и снижению натяжений в гибких элементах креплений, предназначенных для удержания груза от сдвига поперёк вагона, и, соответственно этому, к повышению нагрузочных способностей этих элементов креплений.

В то же время, смещение центра тяжести груза поперёк вагона в сторону внутренней рельсовой нити (-уМ) приводит к увеличению поперечных сдвигов груза и увеличению натяжений в гибких элементах креплений и, соответственно этому, к снижению нагрузочных способностей этих элементов креплений.

В пятой главе выполнено построение имитационной модели на примере нечётной системы станции Свердловск - сортировочный.

Модель построена с помощью имитационной системы ИСТРА, представляющей собой абстрактную модель, которая при задании параметров структуры и технологии превращается в модель конкретного объекта.

Абстрактная модель S представляет собой упорядоченную тройку

, (3)

где - множество элементов,

- множество операций,

- оператор управления.

Структура абстрактной модели выбрана таким образом, чтобы получить наиболее адекватное описание транспортных процессов и наиболее экономную реализацию на ЭВМ.

В имитационной системе операция формально определяется таким образом, чтобы она максимально соответствовала существующему содержательному значению.

Техническая структура моделируемого объекта представляется при помощи элементов. По своим свойствам элементы подразделяются на числовые и логические. Числовые элементы используются для отображения устройств, имеющих свойства бункера (или емкости).

Логические элементы не имеют свойства накопления и могут принимать только два состояния - «занято» и «свободно». С их помощью отображаются пути, стрелки, локомотивы, бригады осмотра и т.п. Логические элементы включают в себя подмножества базисных, промежуточных и параллельных элементов.

Технология работы моделируемого объекта в имитационной системе отображается при помощи операций. По характеру моделируемых процессов все операции модели условно можно разделить на три группы - технологические, информационные и управляющие.

Технологические имитируют операции по работе с грузопотоком и, как следствие, продвижение какого-либо потока в пространстве и времени.

Информационные и управляющие операции в модели служат для имитации передачи информации и принятия управляющих решений диспетчерским персоналом.

Последовательность выполнения всех технологических, информационных и управляющих операций в имитационной системе устанавливает оператор управления.

Операции модели условно делятся на внешние и внутренние.

Внешние моделируют процессы, поступающие в систему из внешней среды, например, прием поезда, поступление груза на склад.

Внутренние - процессы, возникающие непосредственно в моделируемой системе. Потоки внешних и внутренних операций формируются по разным алгоритмам.

Имитационная модель строится по-разному в зависимости от цели моделирования.

В диссертационной работе сформулированы общие принципы построения модели, позволяющей оценить влияние выявленных на сортировочной станции коммерческих браков на параметры её работы.

Всего в модели создано 1050 элементов: 189 логических, 233 бункерных, 628 элементов управления.

Отличительными особенностями созданной модели являются следующие:

- модель подробно описывает схему путевого развития, так как она существенно влияет на конечные результаты работы;

- технологический процесс представлен в виде логической последовательности операций, при этом в каждой операции отображены все варианты выполнения;

- продолжительность операций задана со случайным разбросом, соответствующим фактическому. В противном случае будет существенное искажение реальности;

- в числе результатов отображаются межоперационные простои и причины, их вызывающие, отображается полезное и непроизводительное использование локомотивов, путей и других устройств на станции.

Выдаваемые результаты обеспечивают детальный анализ влияния коммерческих браков. Построенная модель наглядно показывает «узкие места» структуры и технологии сортировочной системы при заданном уровне коммерческих браков.

Занятость локомотивов дополнительной работой по выбрасыванию вагонов с коммерческим браком приводит к тому, что из-за них возникают большие задержки и снижается маневренность станции, значительные задержки возникают и из-за других элементов (табл. 1). Значительные задержки возникают также при выполнении операций расформирования (табл. 2).

Ухудшается полезное использование путей в парках, из-за разного рода межоперационных простоев. При сокращении количества коммерческих браков на 50% снижается уровень задержек из-за локомотивов и других устройств (табл. 3) и уровень межоперационных простоев при выполнении технологических операций (табл.4)

Таблица 1.Уровень задержек на технических устройствах станции

Таблица 2. Уровень задержек при выполнении технологических операций

Таблица 3. Уровень задержек на технических устройствах станции

Таблица 4. . Уровень задержек при выполнении технологических операций

Таким образом, снижение числа вагонов с коммерческими браками увеличивает перерабатывающую способность сортировочных станций (рис. 6) за счет уменьшения излишней маневровой работы и улучшения использования локомотивов и путей. При этом уменьшаются простои вагонов на станции и в парках.

Эксперименты на модели показали, что наличие коммерческих браков существенно влияет на технологические параметры работы. Для нечётной системы ст. Свердловск - сортировочный были получены следующие результаты:

- при снижении числа браков на 50 % производительность системы возросла с 4948 до 5028 вагонов в сутки;

- при снижении их на 30 % (осторожный процесс) снизились простои - с 5,25 час до 4,44 час в целом по станции, с 3,51 час до 3,23 час в сортировочном парке из-за уменьшения задержек в окончании формирования и с 1,24 до 0,48 час в парке приема из-за снижения числа выбросок, не подлежащих к роспуску вагонов;

- существенное снижение непроизводительной маневровой работы благотворно отразилось на работе всей станции - снизилось число межоперационных простоев, возросло полезное использование локомотивов и путей и увеличилась маневренность станции в целом.

Укрупнённый эффект от снижения уровня коммерческих браков на 50 % можно оценить следующим образом. В нечетной системе ст. Свердловск - сортировочный экономия составит примерно 4023 вагоно-часов в сутки, для всей станции это будет около 7000 вагоно-часов в сутки.

При стоимости вагоно-часа около 10 рулей возможный экономический эффект только по одной крупной сортировочной станции составит 70 тыс. руб. в сутки, т. е. в год будет свыше 32 млн. руб. Учитывая, что крупных сортировочных станций на сети 51, а всего их 76, можно сделать вывод, эффект от снижения коммерческих браков за счёт совершенствования крепления грузов будет значительным и этой проблемой следует заниматься не только с позиций безопасности движения, но и с экономической точки зрения.

ВЫВОДЫ

В результате проведенных исследований разработана методика оценки влияния коммерческих браков на параметры работы сортировочных станций с использованием имитационного моделирования. Предложено развитие теории расчёта крепления грузов на открытом подвижном составе, в особенности для современных сложных условий эксплуатации (изношенный подвижной состав и не «идеальное» содержание пути). Основное внимание уделено сложным случаям перевозке тяжёловесного груза со смещенным центром тяжести. В том числе получены следующие результаты:

1. С помощью имитационной системы ИСТРА построена подробная модель крупной сортировочной станции и проведен необходимый ряд вычислительных экспериментов.

2. Доказано с помощью расчётов на модели, что снижение уровня коммерческих браков повышает перерабатывающую способность сортировочных станций, улучшает использование локомотивов и путей, снижает межоперационные простои и уменьшает время нахождения вагонов в парке приема и сортировочном и на станции в целом.

3. Выведены ранее неизвестные в теории размещения и крепления грузов аналитические формулы для определения реакции комплектов пружин тележек при несимметричном размещении груза.

4. Установлено предельное значение сдвига груза поперёк вагона, с тем, чтобы отклонения реакции комплектов пружин тележек не превышали допустимых.

5. Построена математическая модель креплений размещённого со смещением тяжёловесного груза при одновременном действии продольных, поперечных и вертикальных сил и в результате решения статически неопределённой задачи предложен способ определения перемещения груза и натяжения креплений при движении подвижного состава по кривому участку пути.

6. Доказано, что чем меньше длина креплений при перевозке несимметрично размещённого в вагоне груза, тем больше они нагружены, т. е. обладают большей несущей, но меньшей нагрузочной способностью.

7. Установлено, что при одновременном действии на подсистему «креплениегруз» различных сил возможен разрыв коротких креплений, удерживающих груз от сдвига вдоль вагона, сдвиг центра тяжести тяжёловесного груза в боковую сторону приводит к уменьшению натяжений в креплениях, удерживающих груз от смещения поперёк вагона.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Туранов Х.Т., Ситников С.А., Рыков А.Л. Моделирование натяжений в гибких элементах креплений тяжеловесного груза при движении поезда по кривому участку пути / Наука и техника транспорта, 2007, №1. С. 19-24.

2. Рыков А.Л. К определению натяжений в гибких элементах креплений тяжеловесного груза при движении поезда по кривому участку пути на спуск // Материалы VII междунар. научн. конф. «Кибернетика и технологии XXI века». Воронеж: ВГТУ, 2006. Т.1. С. 198-201.

3. Рыков А.Л. К подбору присваиваемых начальных значений натяжений при разработке программы расчета гибких элементов креплений груза // Материалы Междунар. научн.практич. конф. «Наука, техника, высшее образование: проблемы и тенденции развития». Ростов на Дону: Изд-во Рост. унта, 2006. Вып.2. С. 164168.

4. Рыков А.Л. К адекватности составленной программы расчета натяжений в креплениях груза при действии поперечных сил // Материалы Междунар. научн.практич. конф. «Наука, техника, высшее образование: проблемы и тенденции развития». Ростов на Дону: Изд-во Рост. унта, 2006. Вып.2. С. 169172.

5. Рыков А.Л. О необходимости установления ограничения на смещения центра тяжести тяжеловесного груза в зависимости от нагруженности комплектов пружин тележек вагона // Материалы Междунар. научн.практич. конф. «Наука, техника, высшее образование: проблемы и тенденции развития». Ростов на Дону: Изд-во Рост. унта, 2006. Вып.2. С. 173176.

6. Рыков А.Л. Влияния смещения центра тяжести груза поперек вагона на его поперечный сдвиг // Материалы Междунар. научн. практич. конф. «Наука, инновации и образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России». Екатеринбург: УрГУПС, 2006. С. 353-354.

7. Рыков А.Л. Крепления груза при его несимметричном размещений поперек вагона при движении поезда по кривому участку пути // Материалы Междунар. научн. практич. конф. «Наука, инновации и образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России». Екатеринбург: УрГУПС, 2006. С. 355-356.

8. Рыков А.Л. Исследование влияние смещения общего центра тяжести тяжеловесного груза на натяжения элементов креплений при движении поезда по кривому участку пути // Труды Седьмой научн. практич. конф. «Безопасность движения поездов» (Дополнение). М.: МИИТ, 2006. С. 59-61.

9.Рыков А.Л., Мясникова Н.А. Результаты исследований по определению усилий в гибких элементах креплений грузов при движении поезда по прямому участку пути // Материалы Шестой научн. практич. конф. «Безопасность движения поездов». М.: МИИТ, 2005. С. I 30-32.

10. Рыков А.Л., Белкина Н.С., Власова Н.В. О влиянии уклона пути на нагруженность креплений груза при движении поезда по кривому участку пути // Материалы Шестой научн. практич. конф. «Безопасность движения поездов». М.: МИИТ, 2005. С. I32, 33.

11. Рыков А.Л., Белкина Н.С., Корнеев М.В. Исследование нагруженности креплений груза при движении поезда по кривым участкам пути // Материалы Шестой научн. практич. конф. «Безопасность движения поездов». М.: МИИТ, 2005. С. I38,39.

12. Туранов Х.Т., Власова Н.В., Рыков А.Л. Математическая модель натяжений в гибких элементах креплений тяжеловесного груза при движении поезда по кривому участку пути на спуск // Материалы VII междунар. научн. конф. «Кибернетика и технологии XXI века». Воронеж: ВГТУ, 2006. Т.1. С. 202-207.

13. Туранов Х.Т., Ситников С.А., Рыков А.Л. Математическое описание системы «груз крепление вагон путь» при одновременном действии на нее продольных и поперечных сил // Материалы Междунар. научн.практич. конф. «Наука, техника, высшее образование: проблемы и тенденции развития». Ростов на Дону: Изд-во Рост. унта, 2006. Вып.2. С. 154163.

14. Туранов Х.Т., Ситников С.А., Рыков А.Л., Рыкова Л.А. Программа для ЭВМ «Расчет натяжений в гибких элементах креплений тяжеловесного груза при смещении общего центра тяжести поперек вагона при движении поезда по кривому участку пути на спуск». Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006612668 от 28.07.06 Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам по заявке №2006611780 от 31.05.2006.

15. Туранов Х.Т., Ситников С.А., Рыков А.Л., Рыкова Л.А. Программа для ЭВМ «Расчет параметров креплений тяжеловесного груза, размещенного согласно Техническим условиям размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах». Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006613665 от 20.10.2006 Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам по заявке №2006611869 от 07.06.2006 г.

16. Туранов Х.Т., Ситников С.А., Рыков А.Л., Волков Д.В. Программа для ЭВМ «Расчет параметров гибких элементов креплений по допускаемым значениям перемещений груза вдоль и поперек вагона и по принятым значениям количества креплений в зависимости от веса груза». Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006613890 от 13.11.2006 Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам по заявке №2006613170 от 21.09.2006 г.

17. Туранов Х.Т., Тимухина Е.Н., Рыков А.Л. Программа для ЭВМ «Нормирование смещений центра масс груза поперек вагона по коэффициенту вертикальной динамики». Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007613925 от 13.09.2007 Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам по заявке № 2007612957 от 17.07.2007г.

18. Рыков А.Л., Тимухина Е.Н., Чуйкова О.Ю. О влиянии вариации смещения общего центра тяжести тяжеловесного груза на натяжения элементов креплений при движении поезда по кривому участку пути // Труды Седьмой научн. практич. конф. «Безопасность движения поездов» (Дополнение). М.: МИИТ, 2006. С. 58-59.

Размещено на Allbest.ru

...