Станционные системы горочной автоматики

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Российский университет транспорта (МИИТ)

Факультет: «Транспортные средства»

Кафедра: « Железнодорожная автоматика, телемеханика и связь»

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: «Станционные системы автоматики и телемеханики (дополнительные разделы)»

Тема:

Станционные системы горочной автоматики

Выполнил: Борняков А.А.

студент 6-го курса

Проверил: к.т.н.,

доцент Савченко П.В.

Москва 2017 г



Содержание

Введение

1. Задача 1

2. Задача 2

3. Задача 3

Список используемой литературы



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.



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

Исходные данные	Номер варианта (последняя цифра шифра)
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Маршрут скатывания отцепа	12	15	21	26	28	33	37	44	48	17
Количество вагонов в отцепе	10	19	11	18	12	17	13	16	14	5

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.

Рис. 1. Схема формирователя задания системы ГАЦ-КР

Таблица 2

Номер фазы	Состояние реле схемы формирователя заданий
ввода МЗ и КВ	Схема ФЗ1	Схема ФЗ2
	С	Е	С	Е	Д	К	Ф1	Ф2	Ф3
1	2С					К3	+	+	+
2							-	+	+
3		4Е				К7	-	+	+
4							-	-	+
5			1С			К1	-	-	+
6							-	-	-
7				1Е, 2Е		К3	-	-	-
8							-	-	-
“Пострелочный” код маршрута отцепа	01001

В нашем случае набирается маршрут скатывания отцепа на 37 путь с количеством вагонов в отцепе 13.

В первой фазе действий по набору маршрута при нажатии кнопки 3 (соответствует номеру пучка) возбуждается реле К3 и через его фронтовой контакт возбуждаются реле 2С в блоке ФЗ1. Тыловыми контактами реле 2С выключается защитное реле З в этом блоке, которое своим тыловым контактом готовит цепь возбуждения фиксирующего реле Ф1. При отпускании кнопки 3 (вторая фаза) возбуждается вне блочное реле Ф1, фиксируя первое нажатие кнопки 3К, что позволяет при втором ее нажатии задать номер пути в пучке.

Третья фаза - набор номера пути, полюс питания ГПС поступает на контакты кнопок через фронтовой контакт реле ФЗ1 (повторитель защитного реле З1 блока ФЗ1). При нажатии кнопки 7 (номер пути в пучке) возбуждается реле К7 и через его фронтовой контакт реле 4Е в блоке ФЗ1. Тыловыми контактами реле 4Е выключается защитное реле З1 в этом блоке и его внешний повторитель ФЗ1, которое своим контактом готовит цепь возбуждения фиксирующего реле Ф2.

При отпускании кнопки 7 (четвертая фаза) полюс питания ГПС проходит через контакты всех 10 кнопок от 0 до 1 и поступает на первую обмотку реле Ф2. По второй обмотке через собственный фронтовой контакт реле Ф2 удерживает свой якорь.

В пятой фазе при задании КВ оператор нажатием кнопки 1 задает десяток вагонов в отцепе - 1 (возбуждается реле К1), что фиксируется в блоке ФЗ2 срабатыванием реле 1С и выключением реле З, которое своим тыловым контактом готовит цепь возбуждения фиксирующего реле Ф3. После отпускания кнопки 1 (шестая фаза) становится под ток реле Ф3.

Седьмая фаза - набор единиц числа количества вагонов, полюс питания ГПС поступает на контакты кнопок поступает через фронтовой контакт защитного реле З1 блока ФЗ2. При нажатии кнопки 3 (единицы) возбуждается реле 1Е,2Е в блоке ФЗ2. По второй обмотке через собственный фронтовой контакт реле 1Е, 2Е удерживают свой якорь. Тыловыми контактами реле 1Е, 2Е выключается защитное реле З1 в этом блоке, которое своим тыловым контактом готовит цепь включения реле ПМ (передачи маршрута).

После отпускания кнопки 3 (восьмая фаза) срабатывает реле ПМ в блоке ФЗ2, с помощью которого осуществляется передача сформированных МЗ и КВ в маршрутном режиме (реле 4ПВПГ выключено) в блок РЗ или в программном режиме - в блок 11Н накопителя (реле 4ПВПГ включено).

На период возбужденного состояния реле ПМ фиксирующие реле Ф1, Ф2 и Ф3 получают питание через фронтовой контакт этого реле. Во время передачи маршрута отцепа и количества вагонов в блоке регистратора РЗ возбуждаются соответствующие сортировочные реле (С и Е), через тыловые контакты которых выключается защитное реле блока регистратора. Защитное реле З блока регистратора имеет замедление на отпадание якоря. При размыкании фронтового контакта реле З блока регистратора схема формирования отключается от полюса питания ГПС. Фиксирующие реле Ф1, Ф2 и Ф3, реле в блоках ФЗ1 и ФЗ2 отпускают свои якоря. Защитные реле З и З1 блоков ФЗ1 и ФЗ2 через свои фронтовые контакты подают полюс ГПС на контакты кнопок. Схема формирования готова к набору нового маршрута.

Пострелочный код маршрута 01001. 3 и 37 стрелки в минусовом положении, 1, 31, 33 стрелки - в плюсовом положении.

Задача 2

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

Исходные данные для расчета V_з 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 пункту 2.2.

Таблица 3

Исходные данные	Номер варианта (последняя цифра шифра)
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Количество вагонов в отцепе, Nв	1	2	3	1	5	1	1	3	2	1
Тип отцепа (фактический)	Х	П	С	Х	П	С	Х	С	П	Х
Длина участка L до ПТП, м	125	112,5	112,5	100	100	112,5	112,5	125	137,5	137,5
Время движения Т отцепа по участку L, с	32,25	25,15	26,50	25,95	22,40	26,50	29,15	29,40	30,70	35,40
Скорость входа отцепа на ПТП-Vв, км/ч	14,5	16,0	15,5	14,5	16,0	15,5	14,5	15,5	16,5	14,5
Количество свободных участков КЗП - Lкзп	10	3	5	8	14	9	7	12	7	14
Фактическая длина свободной части сортировочного пути - Lсв, м	280	90	140	235	410	260	205	370	220	430

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

Таблица 4

Исходные данные	Тип отцепа
	П	С	Х
Среднее значение основного удельного сопротивления движению отцепа, Wо, Н/кН	1,75	1,40	1,23
Ускорение свободного падения с учетом инерции вращающихся масс бегуна, g', м/с2	9,16	9,51	9,58
Расчетное значение базовой скорости выхода отцепа из ПТП, Vбаз, км/ч	9,0	6,5	5,0
Коэффициент изменения расчетной скорости отцепа в точке прицеливания, k	1,0	0,86	0,7
Максимально-допустимая скорость соударения отцепов, Vс, м/с	1,4	1,4	1,4
Значение уклона профиля сортировочного пути в зоне КЗП, Iс, ‰	1	1	1
Значение ускорения движения отцепа в зоне перед ПТП, а, 10-3, м/с2	4,12	4,126,70	6,70

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 V_с, 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 V_вых отцепа от заданного значения - V_з.

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 В_т 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 - b_т.

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].

Формула для определения V_з принимает следующий вид:

V_з = [(kVс.д) ²+ V_баз² L_кзп / 15]. (6)

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:

V_ср = L / T, м/с, (7)

где L - длина участка перед ПТП, м;

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

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

V_ср = 112,5 / 29,15 = 3,859 м/с.

Из теории равноускоренного движения известно, что:

V_ср = (V_н + V_к) / 2. (8)

Здесь: V_н - скорость в начале равноускоренного движения отцепа с ускорением a; V_к - конечная скорость движения отцепа.

V_н = V_к - a•T (9)

Подставив V_н из формулы (9) в (8), получим:

V_ср = V_к - aT/2,

откуда находим расчетную формулу для вычисления ускорения

a = 2(V_к-V_ср) / 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(V_вх - V_ср) / T, м/с². (10)

Система КГМ, измерив значение скорости входа V_вх 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 = 14,5 км/ч и производим расчет ускорения a по формуле (10):

a = 2•(0,278 14,5 - 3,859) / 29,15 = 11,8 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).

Для расчетного хорошего бегуна выбираем из табл. 4 расчетные значения базовой скорости V_баз выхода отцепа из ПТП (V_баз=5 км/ч), и коэффициента k (k = 0,7).

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 одном вагоне в отцепе:

L'_кзп = L_кзп - 1 = 10 - 1 = 9.

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

V_з = [(0,7 1,4)² + (0,278 5)² 10 / 15] = (0,960 + 1,03) = 1,99 =

= 1,41м/с.

Переводя значение V_з 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

Вариант задания	Vср, м/с	а, 10-3м/с2	Расчетный тип отцепа	Фактический тип отцепа	L'кзп	Lкзп	Vз, км/ч	Vс.факт, м/с
Расчет	3,859	11,8	Х	Х	9	10	5	0,703

Определение фактической скорости соударения отцепов

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

V_c= (V_з² + 2a_срL_п) = [V_з² + 2a_ср(L_св - L_отц)], 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:

a_ср = g'(i_с - w_о)10^-3, м/с² (12)

Значения величин g', i_с и w_о выбираются из табл. 4 для заданного фактического типа отцепа. Длину отцепа L_отц вычисляем как произведение числа вагонов в отцепе N_в на условную длину одного 4-х осного вагона, равную 14 м. Значения L_св и N_в выбираются из табл.3.

Индекс "х" при g' и w_о указывает на фактическую принадлежность отцепа к классу хороших бегунов (Х).

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

a_ср = 9,58(1 - 1,23)10^-3 = -2,2 10^-3, м/с² ;

V_с = V_с.факт = [(0,278 5,0)² + 2(-2,2)•(280 - 14)•10^-3 = 0,494 = 0,703 м/с.

Фактическое значение V_с.факт получилось меньше расчетного значения прицельной скорости:

V_с = k V_с.д. = 0,7 1,4 = 0,98 м/с.

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.факт получает отрицательное значение, имеет место преждевременная остановка отцепа с образованием "окна" длиной L_о, которая может быть определена по формуле:

L_о = (V_з² + 2a_срL_п)/2a_ср (13)

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.

Рис. 4. График изменения скорости движения отцепа вдоль сортировочного пути

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

Расчетная (нормативная) погашаемая высота отцепа hт 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 h_т.ф можно определить по формуле:

h_т.ф = (V_вх² - V_вых²) / 2g' , м.э.в. (14)

Подставляя в уравнение (14) данные из примера расчета при V_вых = V_з, получим:

h_т.ф = [(0,278 14,5)² - (0,278 5,0)²] / 2 9,58 = 0,747 м.э.в

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

Задача 3

автоматический телеуправление скорость горочный локомотив

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 V_вых из ПТП при реализации расчетной программы торможения и построить график, иллюстрирующий изменение скорости отцепа при движении по замедлителю парковой тормозной позиции.

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

Расчет программы торможения отцепа на ПТП

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

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 V_з необходимо давать команду на оттормаживание несколько раньше, чем фактическая скорость отцепа V_ф достигнет заданного значения V_з, когда V_ф = V_у> V_з.

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

V_у =V_з - a_o•t_от, (15)

где a_o - замедление движения отцепа за время оттормаживания t_от (при торможении a_o имеет отрицательное значение и часто называется интенсивностью торможения отцепа).

Для замедлителя типа КНП-5, t_от = 1,2 с.

Чтобы уменьшить значение разности скоростей (V_у - V_з), называемой упреждением по скорости, и тем самым снизить погрешность реализации заданной скорости V_з 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 b_т при торможении хорошего бегуна (полногрузного 4-осного вагона) при максимальной (четвертой) ступени торможения, как b_х. Тогда в общем случае при произвольном числе вагонов N_в в отцепе величину b_т для хороших, средних и плохих бегунов можно выразить через величину b_х следующим образом

b_тх= b_х/ N_в; b_тc = 2•b_х/ N_в; b_тп = 3•b_х/ N_в. (16)

Из выражения (16) следует, что чем легче отдельный вагон, тем большее значение имеет величина b_т по 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 Q_х, и на неё воздействует тормозная сила B_т. В этом случае удельное сопротивление движению отцепа от торможения можно представить, как:

b_тх = B_т / (N_в•Q_х) = b_х / N_в.

Если принять, что Q_х = 2•Q_с = 3•Q_п, то для среднего и плохого бегунов, стоящих также из N_в вагонов одного и того же веса, соответственно Q_с и Q_п, можно написать

b_тс = B_т / (N_в•Q_с) = 2•B_т / (N_в•Q_х) = 2•b_х /N_в;

b_тп = B_т / (N_в•Q_п) = 3•B_т / (N_в•Q_х) = 3•b_х /N_в.

Значение b_х при известном значении b_т 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

b_х = h_т •10³ / l_т = h_т •10³ / (l_тп + l_ос), Н/кН. (17)

Умножение числителя дроби (17) на 10³ необходимо для перевода размерности тормозной силы B_т 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

b_х = 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. Наш отцеп является расчетным хорошим бегуном, состоящим из 1-ого вагона. Для данного отцепа с учетом соотношений (16), определим значение b_тх для каждой из 4-х ступеней торможения, исходя из допущения, что снижение на одну ступень приводит к уменьшению удельной тормозной силы b_т на 25%

b₄ = b_тх = b_х /1 = 51,06 Н/кН; b₃ = 0,75•b₄ = 38,3 Н/кН;

b₂ = 0,5•b₄ = 25,53 Н/кН; b₁ = 0,25•b₄ = 12,77 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 = 6,38 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 V_ст, уменьшаемой с понижением номера ступени торможения.

Значения скоростей для каждой ступени определяются блоком 8 по следующему алгоритму

V_ст1 = V_у; V_ст2 = V_з + 1; V_ст3 = V_з + 2; V_ст4 = V_з + 4, км/ч.

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

V_ст1 = V_у = 5,232 км/ч;

V_ст2 = 5,232+1 = 6,232 км/ч;

V_ст3 = 5,232+2 = 7,232 км/ч;

V_ст4 = 5,232+4 = 9,232 км/ч, км/ч.

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

a_o = g'•(i_пт - w_o - b_o)•10^-3, м/с². (18)

Здесь: i_пт - приведенный уклон профиля на пути торможения отцепа, значение которого при расчетах принимаем равным 2^о/_оо.

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

a_o = 9,58•(2 - 1,23 - 6,38)•10^-3 = - 53,74•10^-3, м/с².

Тогда, в соответствии с формулой (15)

V_у =5 + 3,6•(1,2•53,74•10^-3) = 5 + 0,232 = 5,232 км/ч.

Следовательно, V_ст1 = V_у = 5,232 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.

Рис. 6 Расчетная программа торможения отцепа на ПТП

Расчет фактической скорости выхода отцепа V_вых из ПТП

Для определения пути l_тр, проходимого отцепом за время его торможения от скорости входа V_вх на ПТП до заданной скорости V_з, 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).

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'_х•(i_пт - w_oх - b₄)•10^-3 = 9,58•(2 - 1,23 - 51,06)•10^-3 = - 0,482 м/с²;

a₃ = g'_х•(i_пт - w_oх - b₃)•10^-3 = 9,58•(2 - 1,23 - 38,3)•10^-3 = - 0,36 м/с²;

a₂ = 9,58•(2 - 1,23 - 25,53)•10^-3 = - 0,237 м/с²;

a₁ = 9,58•(2 - 1,23 - 12,77)•10^-3 = - 0,115 м/с²;

a_о = 9,58•(2 - 1,23 - 6,38)•10^-3 = - 0,054 м/с².

Так как упреждение по скорости V_у, равное произведению a_о•t_от, система АРС определяет для расчетного бегуна (в нашем случае - для хорошего бегуна), а фактически тормозится реальный бегун, то скорость отцепа V_отц после оттормаживания, на момент начала его свободного скатывания без торможения, будет отличаться от V_з и равна

V_отц = V_у + a_о•t_от = 5,232 - 3,6•(0,054•1,2) = 4,99 км/ч.

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

l_j = 0.5•(V²_кj - V²_нj) / a_j, м. (19)

Здесь: V_нj, V_кj - скорости отцепа, соответственно, в начале и в конце торможения j-й ступенью;

a_j - интенсивность торможения отцепа j-й ступенью.

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

l₄= 0.5•(V²_ст4 - V²_вх) / a₄ =

= - 0,5•[(0.278•9,232)² - (0,278•14.5)²] / 0.482 =10.02 м;

l₃= 0.5•(V²_ст3 - V²_ст4) / a₃ =

= - 0,5•[(0.278•7,232)² - (0,278•9,232)²] / 0.36 =3.53м;

l₂= 0.5•(V²_ст2 - V²_ст3) / a₂ =

= - 0,5•[(0.278•6,232)² - (0,278•7,232)²] / 0.237 =2.19 м;

l₁= 0.5•(V²_ст1 - V²_cт2) / a₁ =

= - 0,5•[(0.278•5,232)² - (0,278•6,232)²] / 0.115 =3.85 м;

l_о= 0.5•(V²_ст0 - V²_cт1) / a_o =

= - 0,5•[(0.278•5)² - (0,278•5,232)²] / 0.054 =1.7м.

Далее определяем суммарный тормозной путь отцепа l_тр

l_тр = 10.02 + 3.53 + 2.19 + 3.85 + 1.7 = 21.29 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 + 1•14 - 3 = 24,5 м, откуда

l_св = l_т - l_тр = 24,5 - 21,29 = 3,21 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 = = 5,057 км/ч.

Ошибка в реализации скорости выхода Vвых составляет

?V = V_вых.св-V_з= 0,057 км/ч.

После определения l_тр блок 11 схемы алгоритма производит сравнение полного тормозного пути l_т и фактического l_тр. Если l_тр ? l_т, то выполняется операция вычисления l_св в блоке 12 и вычисляется значение скорости V_вых.св в блоке 13. В противном случае, блоком 14 осуществляется вычисление фактической скорости выхода V_вых.т из заторможенного замедлителя.

По результатам расчета фактической скорости выхода V_вых 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 V_з, V_ст и V_вых в соответствии с полученными расчетными данными.

Рис. 7. График изменения скорости отцепа при движении по замедлителю ПТП



Список используемой литературы

1. Задание на курсовую работу с методическими указаниями “Станционные системы автоматики и телемеханики (дополнительные разделы)” - М.: МГУПС, 2012 г.

2. Сапожников Вл.В. и др. Станционные системы автоматики и телемеханики. М.: Транспорт, 1997.

3. Модин Н.К. Механизация и автоматизация станционных процессов. М.: Транспорт, 1985.

4. Фонарев Н.М. Автоматизация процесса расформирования составов на сортировочных горках. М.: Транспорт, 1971.

Размещено на Allbest.ru

...