Системы механизации и автоматизации сортировочных горок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Системы механизации и автоматизации сортировочных горок



Содержание

1. Эксплуатационные основы сортировочных горок

2. Горочная автоматическая централизация

3. Регулирование скорости скатывания отцепов с горки

3.1 Классификация вагонных замедлителей и область их применения

3.2 Теоретические основы конструкций зажимающих вагонных замедлителей

3.3 Устройство и работа зажимающих вагонных замедлителей

3.4 Системы автоматического регулирования скорости скатывания отцепов (АРС)

4. Система автоматического задания скорости роспуска составов (АЗСР)

5. Микропроцессорный горочный комплекс КГМ

Библиографический список



1. Эксплуатационные основы сортировочных горок

сортировочный горка вагонный замедлитель

Классификация сортировочных устройств. Одним из основных элементов сортировочных станций является сортировочное устройство. Оно содержит следующие элементы:

стрелочную горловину, обеспечивающую отцепам маршруты следования на соответствующие пути сортировочного парка;

элементы, сообщающие ускорение отцепу, необходимое для того, чтобы при самых неблагоприятных условиях (встречный ветер, мороз) самый плохой бегун (порожний крытый вагон) достиг расчетной точки пробега;

средства торможения, исключающие нагоны хорошими бегунами (тяжело груженые вагоны на роликовых подшипниках) плохих и обеспечивающие плотное заполнение путей сортировочного парка.

В зависимости от условий работы, объема и характера перерабатываемого вагонопотока в качестве сортировочных устройств применяются горки, полугорки и профилированные вытяжные пути. Сортировочная горка является наиболее совершенным устройством, основанным на использовании силы тяжести вагона. Различают горки большой, средней и малой мощности.

Горки большой мощности предусматриваются при объеме переработки более 5000 вагонов в сутки. Они оборудуются не менее чем двумя надвижными и двумя спускными путями, тремя тормозными позициями и стыкуются с сортировочным парком, имеющим более 32 путей. Верхний предел составляют 64 пути: восемь пучков по восемь путей.

Горки средней мощности сооружаются при объеме переработки от 2000 до 5000 вагонов в сутки. В этом случае предусматриваются два надвижных и один или два спускных пути. Вагонные замедлители устанавливаются на спускной части горки на двух тормозных позициях. Сортировочный парк имеет от 17 до 32 путей.

Горки малой мощности рассчитываются на переработку до 2000 вагонов в сутки, проектируются с одним спускным путем и двумя тормозными позициями: на спускной части и в подгорочном парке, имеющем до 16 путей.

Полугорки и профилированные вытяжные пути сооружаются при объеме переработки до 250 вагонов в сутки и числе путей в сортировочном парке не менее 10. Сортировка вагонов осуществляется толчками. Техническое оснащение полугорок и вытяжных путей обычно ограничивается средствами малой механизации.

Высота и профиль горки. Для определения высоты горки рассмотрим динамику скатывания отцепа с сортировочного устройства (рис. 1).

Рис. 1. Силы, действующие на вагон при скатывании с горки

При спуске по наклонной плоскости на вагон действуют силы F и W, где первая является составляющей силы тяжести Q, а вторая силой сопротивления движению. Имея в виду, что по нормам проектирования уклон горки i = (h/l) 10³ не должен превышать 55%о (3), можно записать:

.(7.1)

Сила сопротивления движению определяется по формуле:

,(7.2)

где общее удельное сопротивление отцепа.

В свою очередь

,(7.3)

где основное удельное сопротивление вследствие трения осей колесных скатов в буксах, трения качения между колесами и рельсами и ударов колес по стыкам;

удельное сопротивление воздушной среды и ветра;

удельное сопротивление от ударов на стрелках;

удельное сопротивление от кривых в пути.

Так как вагон будет скатываться под действием результирующей силы, то она определится как

.(7.4)

Изменение кинетической энергии вагона при скатывании с наклонной плоскости равно работе сил, действующих на него:

,(7.5)

где m = Q/g масса вагона;

g ускорение силы тяжести с учетом вращающихся частей вагона;

, скорость движения вагона в начале и конце рассматриваемого участка;

l длина участка.

Подставив в выражение (7.5) значение R из (7.4), получим:



,

или в пересчете на единицу силы тяжести:

.(7.6)

Выражение (7.6) можно переписать следующим образом:

,(7.7)

где энергетическая высота вагона в конце рассматриваемого участка;

начальная энергетическая высота;

высота наклонного участка (горки);

энергетическая высота, расходуемая на преодоление сопротивлений.

Уравнение (7.7) является основным во всех горочных расчетах. Его графическая интерпретация показана на рис. 2. Здесь отрезок OD представляет собой линию энергетических высот, энергетическую высоту в какой-либо точке участка, энергетическую высоту, расходуемую в какой-либо точке на преодоление всех сил сопротивлений, tg приведенное удельное сопротивление.

Рис. 2. Энергетические высоты горки

Согласно техническим условиям по проектированию сортировочных горок минимальная высота горки должна при неблагоприятных метеоусловиях обеспечить скатывание плохого бегуна на наиболее трудный по сопротивлению путь до расчетной точки остановки, находящейся на расстоянии 100 м от предельного столбика последней стрелки для горок большой мощности, 80 м для горок средней мощности и 50 м для горок малой мощности. Принимая во внимание, что в этом случае конечная скорость V_к = 0, из уравнения (7.7) находим высоту горки, которая в развернутой форме имеет вид:

,(7.8)

где l_р расстояние от вершины горки до расчетной точки, в которую скатывается плохой бегун, обычно l_р 350 м.

При одной и той же высоте сортировочного устройства его профиль может быть спроектирован по-разному. Анализ условий скатывания отцепов с учетом требований по их расцепке, расположения стрелок и тормозных средств определяет следующие элементы профиля и их характеристики (рис. 7.3):

противоуклон, необходимый для сжатия автосцепки состава перед горбом горки ( 8 %о, 50 м);

скоростной уклон, позволяющий ускорить отрыв отцепа от состава и создать достаточный интервал между плохим бегуном и очень хорошим; в то же время скорость последнего не должна превышать значение, определяемое техническими возможностями замедлителя первой тормозной позиции (рекомендуются 55 %о, = 4050 м);

уклон верхней и средней тормозных позиций, обеспечивающий трогание с места плохих бегунов в случае их остановки при торможении ( = 79 %о, = 35 м);

уклон сортировочных путей на протяжении стрелочной зоны и не менее 2/3 полезной длины путей, для очень хороших бегунов он не должен быть ускоряющим ( = 1,5 %о);

противоуклон конца сортировочных путей (1/3 полезной длины, = 0,5 %о, а в хвостовой части = 2 %о).

Сложные элементы горочного профиля сопрягаются вертикальными круговыми кривыми с радиусом не менее 350 м на горбе горки и 250 м на спускной части. В пределах этих кривых не допускается располагать замедлители, остряки и крестовины стрелочных переводов.

Мощность тормозных средств. Согласно техническим условиям по проектированию сортировочных устройств общая мощность тормозных средств, расположенных на спускной части горочного профиля по маршруту скатывания отцепа, должна обеспечивать остановку очень хорошего бегуна на средней тормозной позиции при благоприятных метеоусловиях и использовании 75 % мощности замедлителей верхней тормозной позиции. Как следует из рис. 3,

,(7.9)



где суммарная расчетная мощность тормозных средств;

энергетическая высота, потерянная на преодоление очень хорошим бегуном всех видов сопротивлений;

профильная высота стрелочной зоны в конце средней тормозной позиции.

Рис. 3. Профиль сортировочной горки

Зная мощность одного тормозного средства и значение , можно определить их количество по маршруту и общее количество на сортировочном устройстве.

Распределение мощности между тормозными позициями осуществляется в зависимости от выполняемых ими задач. Верхняя позиция служит для интервального торможения, средняя интервально-целевого, нижняя целевого. Практически на верхней и средней позициях горок большой и средней мощности устанавливаются по два замедлителя на маршрут, благодаря чему создается резерв на случай ремонта одного из них. Парковые тормозные позиции содержат по одному замедлителю на каждом пути.

Средства контроля путевых участков. Основным средством контроля путевых участков в горочных системах является рельсовая цепь. Ее длина должна обеспечивать, с одной стороны, минимальный интервал между отцепами, диктуемый достижением максимальной перерабатывающей способности горки, с другой гарантировать окончание перевода стрелки, если начало перемещения остряков совпадает с моментом вступления отцепа на стрелочный путевой участок. Нормы укладки применяемых на горках стрелочных переводов с маркой

крестовины 1/6 позволяют выделить предстрелочный участок длиной 6 м при общей длине рельсовой цепи , равной 11,4 м (рис. 7.4). Он позволяет реализовать максимальную скорость движения отцепа = 7,5 м/с, если суммарное время реакции рельсовой цепи на вступление отцепа и перевода стрелки

.

По нормам 0,2 с, 0,6 с. Необходимые временные характеристики достигаются применением на горках нормально разомкнутых рельсовых цепей и быстродействующих стрелочных электроприводов с бесконтактным автопереключателем и девятипроводной схемой управления, не имеющей промежуточных ступеней срабатывания. На случай потери шунта стрелочная рельсовая цепь дополняется магнитными педалями, а для фиксации длиннобазных вагонов, у которых расстояние между внутренними осями тележек превышает 11,4 м, фотоэлектрическими устройствами.

Рис. 4. Средства контроля путевых участков

Длина межстрелочных изолированных участков составляет 12,5 м, а изолированных участков, на которых располагаются замедлители, 11,5 м.



2. Горочная автоматическая централизация

В настоящее время на сортировочных горках широкое распространение получила блочная автоматическая централизация стрелок распределительной зоны, получившая название БГАЦ-ЦНИИ. Ее схемное обеспечение позволяет реализовывать 64 маршрута в расчете на полную горку. Различают следующие режимы работы устройств БГАЦ: ручной (Р), маршрутный (М), программный (П) и автоматический (А) (рис. 5).

рис 5

Перевод стрелок вручную является резервным и производится с помощью стрелочных коммутаторов, имеющихся на аппарате управления. В остальных случаях необходимый режим устанавливается нажатием специальных кнопок М, П и А, которые обеспечивают подключение соответствующих схемных узлов, блоков и шин питания. В режиме М набор маршрута осуществляется с помощью восьми маршрутных кнопок в момент подхода очередного отцепа к головной стрелке. При этом первое нажатие определенной из них воспринимается блоком формирования задания ФЗ1 как символ номера пучка, а второе (по счету) блоком ФЗ как символ номера пути в пучке. После зашифровки маршрутного задания в блоках ФЗ и ФЗ1 оно запоминается в блоках регистрации РЗ и РЗ1.

В режиме П с помощью тех же маршрутных кнопок осуществляется заблаговременное накопление маршрутов в соответствии с расположением номеров отцепов в сортировочном листе. С этой целью зашифрованные маршрутные задания передаются в блоки накопителя (БН) и располагаются там в строгой последовательности друг за другом, начиная с первой (выходной) ступени и кончая последней (входной). В случае свободности блоков РЗ первое задание считывается, вызывая продвижение очередных заданий по блокам БН на одну ступень. В режиме А оператор горки в наборе маршрутов не участвует. Маршрутные задания поступают из горочного программно-задающего устройства (ГПЗУ), в котором содержится вся необходимая информация о составе, подлежащем роспуску.

В системе БГАЦ нельзя осуществить одновременный перевод всех стрелок, входящих в маршрут, и их замыкание, как это имеет место в релейных централизациях. Реализация этих принципов резко сократила бы перерабатывающую способность горки. Поэтому здесь каждый отцеп, скатываясь, сам "продвигает" свое маршрутное задание, воздействуя на блоки трансляции ТЗ. Связующим звеном между отцепами и блоками ТЗ являются укороченные нормально разомкнутые рельсовые цепи. Всего для этих цепей разработано четыре вида блоков: I, II и III типы для хранения и продвижения маршрутных заданий, IV тип для их дешифрации, воздействия на пусковой стрелочный блок и выдачи индикации на табло. Первые три типа различаются между собой только объемом передаваемой информации, имея общими принципы ее запоминания и гашения.

Рассмотрим работу БГАЦ в целом. В формировании задания участвуют блоки ФЗ и ФЗ1 типа II, каждый из которых содержит сортировочные реле 1С, 3С, 5С, 7С и защитное З (рис. 6). Сортировочные реле позволяют получить восемь комбинаций их активного состояния, необходимых для шифрации номеров пучков и путей. При этом шифром нечетного номера служит возбужденное состояние одного реле, а четного двух (например, N 1-1С, N 2-1С, 3С, N 3-3С, N 4-3С, 5С и т.д.). Чтобы обеспечить необходимую коммутацию сортировочных реле, подключение кнопок по входам блоков ФЗ и ФЗ1 осуществляется через диодную матрицу и регулируется дополнительной схемой на реле Ф и Ф1, фиксирующих очередность их использования. Нажатие кнопки как пучковой, передается в блок ФЗ1, а как путевой в блок ФЗ (при условии свободности блоков от маршрутных заданий, что контролируется защитным реле). Отпускание кнопки в первом случае ведет к возбуждению реле Ф, во втором Ф1. Для горок, содержащих четыре пучка и менее, шифрация номера пучка осуществляется без использования диодной матрицы (рис. 6, а, б, в, г). Сработав, сортировочные реле самоблокируются по цепи, содержащей фронтовой контакт реле З блока РЗ в маршрутном режиме () и блока последней ступени накопления в программном режиме (ПВПГ). После возбуждения реле Ф1 маршрутное задание считывается в блоки РЗ1 и РЗ. Обесточивание реле З в последнем сбрасывает с цепей самоблокировки сортировочные реле в блоках ФЗ1 и ФЗ, а также отключает питание от схемы формирования. До отпускания вторично нажатой кнопки задание можно отменить нажатием кнопки отмены О. После вступления отцепа на головную стрелку кратковременно исчезает полюс ГПП. Сортировочные реле блоков РЗ и РЗ1 приходят в исходное состояние.



рис 6

рис 7

Для восприятия маршрутных заданий в программном режиме собирается схема из необходимого количества блоков БН, каждый из которых представляет одну ступень накопления (рис. 7). В одном блоке БН содержится по четыре сортировочных (1С, 3С, 5С, 7С) и пучковых (1П, 2П, 3П, 4П) реле, а также защитное и передачи маршрутного задания (ПМ). Возбуждение сортировочных и пучковых реле входной ступени БН происходит через контакты соответствующих реле блоков ФЗ и ФЗ1 при условии свободности ее от задания (Ф1, ). Возбудившись, они самоблокируются по цепи, разветвляющейся на тыловой контакт реле ПМ собственного блока и фронтовой реле З следующего. После обесточивания защитного реле входной ступени кратковременно возбуждается ее реле ПМ, и информация передается в следующий блок, а в исходном гасится. Аналогично протекает работа сортировочных и пучковых реле по всем свободным ступеням накопителя вплоть до выходной. Когда будут заняты маршрутными заданиями все блоки БН, тыловым контактом реле З входной ступени включается индикатор "Накопитель занят".

рис 8

Работа схем трансляции происходит следующим образом (рис. 8). Из блоков РЗ задание поступает в блоки ТЗ, предусмотренные для каждого стрелочного и бесстрелочного участка спускной части горки. Прохождение задания по секциям маршрута происходит с задержкой на каждой стрелке вплоть до ее использования отцепом. Рассмотрим это на примере стрелки 2. Информация о номере пучка, поступившая в блок 2СП1, расшифровывается в блоке 2СП2, после чего формируется команда на перевод стрелки в нужное положение. С выходов "+" или "" она поступает на вход Б или В пускового блока СГ. После состоявшегося перевода стрелки подключение блоков ТЗ в плюсовом или минусовом направлении до следующей стрелки (см. рис. 8, "П" и "М") происходит с момента возбуждения путевого реле 2СП, т.е. после вступления отцепа на стрелочный участок. Поскольку задание в дальнейшем транслируется только для двух пучков, на последующие секции устанавливаются блоки типа I, содержащие четыре сортировочных и два пучковых реле. На предстрелочный и стрелочный участки последней стрелки в пучке, по которым транслируется минимум информации, устанавливается блок типа III (см. рис. 7.5).

Гашение задания в блоках трансляции происходит по мере использования секций отцепом. При вступлении его на путевой участок срабатывает повторитель путевого реле ПП, контактом которого питание самоблокировочных цепей сортировочных реле переключается от полюса ГПО к полюсу ГПС, и они приходят в исходное состояние.

Дальнейшее свое развитие горочная автоматическая централизация получила в системе ГАЦ-КР, разработанной УО ВНИИЖТа и ГТСС. Главное ее отличие заключается в том, что она осуществляет комплексный контроль за роспуском составов, включающий в себя фиксацию прохода длиннобазных вагонов, выявление нагонов и дробления отцепов, запоминание номера отцепа, фактического количества вагонов в нем, маршрута следования и выдачу результатов контроля оператору.

Основным режимом работы системы является автоматический с получением информации от ГПЗУ-В. При формировании задания шифруются номер пучка, номер пути, количество десятков и количество единиц вагонов в отцепе. После проследования отцепом головной части горки эти сведения вместе с его номером поступают в одну из семи свободных ячеек памяти. В дальнейшем, в отличие от БГАЦ, по блокам ТЗ транслируется не маршрутное задание, объем которого потребовал бы значительного расхода элементов для его шифрации, а номер ячейки памяти, записанный в двоичном коде. По мере проследования отцепа по спускной части горки осуществляется обращение к соответствующей ячейке памяти за сведениями о положении очередной разделительной стрелки в маршруте.

С момента вступления отцепа на последнюю стрелку подключается блок-формирователь фактического маршрута. При его совпадении с заданным подается команда на гашение информации, записанной в ячейке памяти. В случае несоответствия заданного и реализованного маршрутов информация поступает в накопитель печати, режим которой устанавливается оператором горки.



3. Регулирование скорости скатывания отцепов с горки

3.1 Классификация вагонных замедлителей и область их применения

Скорость скатывания отцепов с горки и остановка их в нужном месте подгорочных путей регулируются вагонными замедлителями. По способу создания тормозного эффекта они делятся на зажимающие колесные пары вагонов и незажимающие (рис. 9).

Рис. 9. Способы создания тормозного эффекта: а двухсиловой; б трехсиловой; в электромагнитный; г башмачный

Зажимающие вагонные замедлители содержат механизм, действие которого основано на принципе захвата бандажей колес шинами (балками), выступающими над головкой рельсов с обеих его сторон. Нельзя создавать тормозную силу только на одной стороне колеса, так как в этом случае не исключается передача каких-либо изгибающих сил на ось. В горочной технике различают зажимающие вагонные замедлители двух систем: нажимные (двухсиловые) и весовые (трехсиловые). В последнем случае нажатие тормозных шин Р_к создается весом q колеса вагона, катящегося по нижнему выступу тормозной балки, приподнятой над рельсом и поворачивающейся относительно точки О.

К не зажимающим вагонным замедлителям относятся электромагнитные, с упругим тормозным элементом, плунжерные гидравлические, башмачные и др. Электромагнитные замедлители могут иметь различное конструктивное исполнение, в частности, представлять собой магнитопровод, проходящий под подошвой рельса и заканчивающийся с двух сторон его тормозными шинами. Катушки управления, надетые на магнитопровод, создают между тормозными шинами магнитный поток, силовые линии которого разомкнуты, если на замедлителе нет вагона. При вхождении на замедлитель колесной пары контур силовых линий замыкается, резко возрастает магнитный поток. В результате в колесе возбуждаются вихревые токи, которые протекают в массиве колеса в плоскости, перпендикулярной направлению наводящего их потока. Поскольку колесо в задней части пересекает магнитные силовые линии снизу вверх, а в передней сверху вниз, то направление токов Фуко в этих частях будет разное. В передней части колеса магнитные силовые линии токов Фуко ослабляют основное магнитное поле, а в задней усиливают, чем и достигается тормозной эффект.

Электромагнитный замедлитель соленоидного типа представляет собой катушку, диаметр которой позволяет пропускать внутри себя вагоны. Вагоны играют роль ферромагнитного сердечника. При включении тока внутри катушки создается магнитное поле, которое может быть ускоряющим или тормозящим в зависимости от места положения вагона относительно центра катушки.

Плунжерный гидравлический замедлитель представляет собой цилиндр, укрепленный внутри колеи и имеющий выступающий плунжер (шток) с полукруглой головкой. При малой скорости движения отцепа нажатие колеса на плунжер ведет к перемещению жидкости из-под поршня цилиндра через калиброванное отверстие; при большой скорости такое перемещение не может произойти за короткий промежуток времени, поэтому плунжер образует на пути вагона как бы перекатываемую горку.

У вагонных замедлителей с упругим тормозным элементом тормозной эффект создается за счет потерь энергии на сжатие колесом вагона специальной резины и на движение его на подъем.

У башмачных замедлителей тормозной эффект достигается за счет заклинивания колесной пары башмаком и использования трения скольжения башмака и второго колеса.

Большинство механизированных горок в России оборудованы двухсиловыми и трехсиловыми механическими замедлителями. Электромагнитные замедлители находятся в стадии испытаний и поиска оптимального варианта. На горках малой мощности предпочтение на парковых путях отдается башмачным замедлителям с автоматическими или полуавтоматическими башмаконакладывателями.

3.2 Теоретические основы конструкций зажимающих вагонных замедлителей

Для выявления факторов, влияющих на конструкцию зажимающих вагонных замедлителей, рассмотрим расчетную схему, представленную на рис. 10.

Рис. 10. Расчетная схема силы торможения двухсилового нажимного замедлителя



Сила трения, приложенная к любой элементарной площадке d на поверхности давления шины и колеса

,

где f коэффициент трения;

Р_к среднее значение силы нажатия шины на колесо;

площадь поверхности соприкосновения шины и колеса.

Обозначим мгновенный радиус поворота площадки d относительно мгновенного центра качения А через r. Тогда момент трения определится как

,

а полный (для двух заштрихованных полусегментов):

,

где интеграл представляет собой статический момент всей заштрихованной площади относительно точки А. Обозначив расстояние от центра ее тяжести до точки А через r и решая интеграл по частям, получим

.

Из равенства тормозного момента и момента трения имеем:



.

Отсюда легко определяется тормозная сила нажимного замедлителя, отнесенная к одной колесной паре (оси) с учетом четырех шин:

,(7.10)

где коэффициент приведения, который условно "переносит" тормозную силу, создающуюся на ободе колеса, к ее оси.

Коэффициент трения f зависит от рода материала, из которого сделаны шины, состояния трущихся поверхностей (сухие, мокрые, покрытые маслом). В расчетах рекомендуется принимать f = 0,1.

Коэффициент приведения тем больше, чем выше уровень тормозной шины в и меньше ее ширина а. Значение в ограничивается габаритом подвижного состава. С введением в 1994 г. нового пункта в Инструкцию по применению габаритов предельное возвышение тормозных шин над уровнем головки рельса (УГР) устанавливается в пределах 100-110 мм вместо прежних 110-120 мм. Использование для тормозных балок слишком узких шин ускоряет износ последних, поэтому обычно принимают а = 50 мм.

Сила нажатия Р_к зависит от давления воздуха в цилиндрах, связанных с тормозными балками. Однако чрезмерно увеличивать ее нельзя, так как при некоторых критических значениях Р_к может произойти выдавливание (выжимание) вагонных колес или выкрашивание кромки бандажа.

При выжимании вокруг мгновенного центра вращения колеса m имеет место равенство моментов максимальной силы торможения и силы тяжести:

,



откуда

(7.11)

где вес вагона, приходящийся на одну ось.

После подстановки в левую часть выражения (7.11) значения F_онм из (7.10) и решения его относительно максимальной силы нажатия имеем:

.(7.12)

Для существующих вагонных замедлителей расчеты по (7.12) дают значение Р_км < 4q_о.

Зная длину замедлителя l_т, в пределах которой реализуется сила нажатия Р_к, можно определить работу торможения

,(7.13)

а также погашаемую замедлителем энергетическую высоту

,(7.14)

где n число осей в отцепе;

Q вес тормозимого отцепа.



Рис. 11. Расчетная схема силы торможения трехсилового весового замедлителя

Согласно расчетной схеме торможения весового замедлителя (рис. 11) относительно точки поворота тормозной балки О действуют моменты сил

,

где l, h плечи рычага весового замедлителя.

Отсюда

,(7.15)

где коэффициент передачи замедлителя.

Подставляя значение Р_к из (7.15) в (7.10), для рассматриваемого случая получим:

,(7.16)

где = 2f k тормозная характеристика замедлителя.

Таким образом, сила нажатия на колесо прямо пропорциональна нагрузке на него. Работа торможения и погашаемая замедлителем энергетическая высота определяются по формулам:



;(7.17)

.(7.18)

Весовые замедлители мощнее нажимных, что объясняется более высоким значением коэффициента . Кроме того, они принципиально не допускают выжимания вагонов.

3.3 Устройство и работа зажимающих вагонных замедлителей

На начало 1996 г. на сортировочных горках России находилось в эксплуатации 3762 вагонных замедлителя, в том числе Т-50 428, КНП-5 306, КВ 455, РНЗ-2 2400, ВЗПГ-ВНИИЖТ 173.

Двухсиловой замедлитель Т-50 работает по принципу клещей (рис. 12), которые образуются из двух рычагов одноплечего 1 и двуплечего 2, насаженных на общую ось 3, укрепленную на опоре 4. Концы рычагов соединены шарнирно с корпусом 5 и штоком 6 тормозного цилиндра. На площадке рычагов уложены тормозные балки 7 с прикрепленными к ним тормозными шинами 8. Положение тормозной системы по отношению к поверхности рельса регулируется пружинами 9.

Рис. 12. Кинематическая схема замедлителя Т-50

Замедлитель имеет два положения расторможенное, когда в тормозном цилиндре сжатый воздух отсутствует, а тормозные балки разведены на расстояние 172 мм, и заторможенное, при котором под действием сжатого воздуха в цилиндре тормозные балки сближаются на расстояние 118 мм, а верхняя грань тормозных шин поднимается над уровнем головки рельса на 83 мм. При входе колеса вагона в замедлитель балки раздвигаются на ширину бандажа (130 мм), и происходит торможение вагона. Сила торможения зависит от давления сжатого воздуха в тормозном цилиндре.

Замедлитель Т-50 состоит из секций и звеньев. Каждая секция снабжена двумя комплектами клещевидного рычажного механизма. Звеном называется часть вагонного замедлителя между осями двух ближайших секций. Различают четырех- , пяти- и шестизвенные замедлители. Они используются как на спускной части горок, так и на парковых тормозных позициях. Новые вагонные замедлители Т-50 не изготавливаются и при проектировании не предусматриваются.

Клещевидно-нажимной подъемный замедлитель КНП-5-73 в своей конструкции использует то обстоятельство, что с увеличением возвышения тормозных шин над уровнем головки рельса сила торможения повышается. В связи с этим замедлитель кроме тормозной системы по типу замедлителя Т-50 содержит еще и подъемную. Она состоит из расположенного в горизонтальной плоскости дополнительного цилиндра и связанного с его штоком шибера, имеющего наклонную поверхность. По последней перекатывается ролик, насаженный на ось клещей тормозной системы. При перемещении шибера вперед или назад тормозная система поднимается или опускается.

Вагонный замедлитель может иметь следующие положения: отторможенное при нижнем положении тормозной системы, отторможенное при верхнем положении тормозной системы и заторможенное при верхнем положении тормозной системы с доведением высоты шин над уровнем головки рельсов до 110 мм. Во втором и третьем положениях пропуск локомотивов через замедлитель запрещен из-за габаритных ограничений.

Замедлители КНП-5-73 изготавливаются пятизвенными и используются преимущественно на спускной части сортировочных горок при модернизации.

Клещевидно-весовой замедлитель КВ (рис. 13) состоит из внутренней тормозной балки 1 и внешней качающейся 2, объединенных рамой 3. К балкам прикреплены тормозные шины 4. Одноплечий рычаг 5, связанный с корпусом тормозного цилиндра 8, и двуплечий 6, связанный со штоком 9, насажены на общую ось 7 и через посредство промежуточных звеньев 10 соединены с рамой. В отторможенном положении замедлителя подпорная шина качающейся балки расположена ниже головки рельса, чем обеспечивается свободный проход отцепа. При подготовке замедлителя к торможению в тормозной цилиндр подается сжатый воздух. В результате рама поднимается вверх, подпорная шина качающейся балки возвышается над головкой рельса на 43 мм, а тормозные шины сближаются до 140 мм при высоте подъема 120 мм изнутри и 110 мм снаружи колеи. При входе вагона на заторможенный замедлитель его колеса накатываются на подпорную шину качающейся балки и отпускают ее на 31 мм. Вследствие этого тормозные балки поворачиваются и колеса зажимаются тормозными шинами.

Замедлители КВ изготавливаются одно-, двух- и трехзвенными, эксплуатируются на спускной части сортировочных горок и парковых тормозных позициях, при новом строительстве не предусматриваются.



Рис. 13. Кинематическая схема замедлителя КВ

Рычажно-нажимной замедлитель РНЗ-2 состоит из двух независимых тормозных систем, монтируемых на общем шпальном основании. Кинематическая схема системы для одного рельса пути представлена на рис. 14. Она состоит из тормозных балок 1, тормозных шин 2, расположенных по обе стороны рельса 3, большого 4 и малого 5 приводных рычагов, продольной 6 и поперечных 7 тяг, тормозного цилиндра 8, корпус которого шарнирно соединен с опорной площадкой, а шток с большим приводным рычагом.

Рис. 14. Кинематическая схема замедлителя РНЗ-2

При подаче сжатого воздуха через ниппель 9 в полость тормозного цилиндра большого диаметра перемещается свободный поршень 10 до упора его в торец полости меньшего диаметра. При этом ход штока тормозного цилиндра через посредство рычагов и тяг обеспечивает сближение тормозных балок по наклонным профилям основания замедлителя. В результате система занимает поднятое положение. При подаче сжатого воздуха через боковой штуцер 11 поршень малого диаметра 12 перемещает шток цилиндра дальше, приводя систему в заторможенное состояние.

Замедлитель РНЗ-2 изготавливается однозвенным и устанавливается на парковых тормозных позициях.

Вагонный замедлитель с пневмогидравлическим приводом ВЗПГ-ВНИИЖТ (рис. 7.15) состоит из тормозных балок 1 с шинами 2, которые закреплены на рычагах 3, шарнирно связанных между собой и стойкой 4. Один из рычагов шарнирно соединен с корпусом гидроцилиндра 5, а другой со штоком поршня 6. Тормозные балки уравновешиваются пружинами 7. Гидроцилиндр через трубопровод и рукав высокого давления управляется пневмогидравлическим приводом (на рис. 7.15 не показан). Вагонный замедлитель имеет три положения: отторможенное, подготовленное к торможению (тормозная система переводится в верхнее положение) и заторможенное.

Рис. 15. Кинематическая схема замедлителя ВЗПГ-ВНИИЖТ

Замедлители ВЗПГ-ВНИИЖТ изготавливаются в основном пятизвенными и предназначены для установки на спускной части горок.

С введением в 1994 г. ограничений на возвышение тормозных шин вагонных замедлителей над уровнем головки рельса до 100 мм в расторможенном и до 110 мм в заторможенном положении ВНИИЖТом были модернизированы замедлитель РНЗ-2 и находившийся в опытной эксплуатации перспективный замедлитель клещевидно-нажимного типа ВЗП-ВНИИЖТ.

3.4 Системы автоматического регулирования скорости скатывания отцепов (АРС)

Системы АРС предназначены для решения двух задач: поддержания между отцепами необходимых интервалов и обеспечения требуемой дальности пробега отцепов при безопасной скорости соударения их с вагонами, находящимися на подгорочных путях. Первая из них решается устройствами интервального торможения, вторая прицельного.

Для определения требуемой скорости выхода из тормозной позиции согласно основному уравнению горки (7.6) запишем:

.

Учитывая сложный профиль горки и вводя понятие приведенного уклона

,

где i_н начальный уклон;

сумма абсолютных значений углов поворота кривой по пути следования отцепа;

n количество стрелок в маршруте скатывания отцепа, имеем:

,



или:

.

Введя промежуточные обозначения , , , , , запишем:

,(7.19)

где скорость выхода отцепа из тормозной позиции;

расчетная скорость соударения отцепов (5 км/ч);

ускорение движения отцепа в пределах зоны регулирования;

расстояние от тормозной позиции до стоящих на пути вагонов;

дополнительная скорость, которую должен иметь отцеп для преодоления сопротивлений от кривых и стрелок по маршруту своего следования.

Так как скорости и для каждой тормозной позиции известны заранее, то, обозначив , окончательно имеем:

.(7.20)

Уравнение (7.20) является основополагающим в построении систем АРС. В настоящее время эксплуатируются две их разновидности: АРС-ЦНИИ и АРС-ГТСС. В системе АРС-ЦНИИ первая тормозная позиция обеспечивает интервальное торможение, вторая интервально-целевое, третья прицельное. В системе АРС-ГТСС первая и вторая тормозные позиции являются интервальными. Скорость выхода каждой из них задается такой, чтобы все отцепы к следующей тормозной позиции подходили с одинаковой скоростью.

При интервальном торможении из уравнения (7.20) следует:

.(7.21)

Так как ускорение очень зависит от основного удельного сопротивления , а последнее на ускоряющем уклоне прямо пропорционально силе тяжести отцепа Q, то скорость выхода рассчитывается по весовой категории и длине (количеству осей ) отцепа. Значение весовой категории отцепа определяется по формуле:

,(7.22)

где, , , , , весовые градации легкой, легкосредней, средней, среднетяжелой, тяжелой и особо тяжелой категорий отцепов;

, , , , , число осей в соответствующих весовых категориях.

Датчиком весовой градации каждого колеса и числа осей в отцепе является весомер типа ВВ-65-6, который располагается на пути перед первой тормозной позицией. Он относится к разряду точечных датчиков механического действия. В его контактной коробке находится шесть пар вертикально расположенных контактных пружин, связанных с пружинной балкой. Чем сильнее прогибается пружинная балка при накате колеса, тем большее количество контактных пружин воспринимает ее прогиб. Их регулировка соответствует следующим значениям си-лы нажатия колеса, кН: 17, 30, 50, 70, 90, 105.

При целевом торможении из уравнения (7.20) имеем:

;(7.23)

.(7.24)

В обоих случаях необходимо знать ускорение отцепа при движении его по сортировочному пути (зоне регулирования) и длину пробега отцепа . Поскольку ускорение должно быть известно до входа отцепа на вторую или третью тормозные позиции, то встает задача его заблаговременного определения с наименьшими конструктивными затратами. С этой целью сооружают контрольный участок между горбом горки и первой тормозной позицией как наиболее приемлемый в плане и профиле для измерения ускорения , которое в дальнейшем увязывается с ускорением . Соответствующая зависимость устанавливается из выражений:

;

.

Совместное их решение приводит к следующему уравнению:

,

или:

.(7.25)



Таким образом, для расчета скорости выхода отцепа из тормозных позиций можно воспользоваться измеренным ускорением с учетом постоянной поправки, определяемой разностью уклонов. Для измерения ускорения на контрольном участке длиной l располагают три магнитные педали с интервалами l/2. Для получившихся полуучастков можно записать:

;;

;.(7.26)

где V₁, V₂ мгновенные значения скоростей проследования первой колесной парой вагона точек начала и конца контрольного участка;

t₁, t₂ время проследования соответственно первого и второго полуучастков.

Так как , то после подстановки сюда значения скоростей из системы (7.26) и решения получившегося уравнения получим:

.(7.27)

Следовательно, определение ускорения сводится к измерению и фиксации временных интервалов t₁ и t₂ и моделированию выражения (7.27).

Длина пробега отцепа от второй и третьей тормозных позиций определяется из уравнений:

;(7.28)



,(7.29)

где расстояние от третьей тормозной позиции до вагонов, стоящих на маршрутном пути;

длина стрелочной зоны, начиная со второй тормозной позиции;

длина i-го отцепа;

К число движущихся на путь отцепов с учетом распускаемого.

Для определения расстояния l_п система АРС содержит устройства контроля заполнения путей подгорочного парка КЗП. С этой целью каждый путь разбивается на 12 контрольных участков длиной по 30 м каждый, оборудованных бесстыковыми тональными рельсовыми цепями и измерительными трансформаторами ИТ. Первичными обмотками трансформаторы ИТ включаются в магистраль 220 В, а вторичными через контакты путевых реле последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора ВТ. Напряжения, снимаемые с трансформатора ВТ, находятся в пропорциональной зависимости от числа свободных участков подгорочного пути.

Длина стрелочной зоны имеет известное значение, а длина каждого отцепа измеряется подсчетом осей, прошедших через весомер.

Таким образом, система АРС включает в себя средства получения исходной информации и их переработки в удобный для моделирования вид, устройства вычисления скоростей выхода из тормозных позиций и авторегуляторы для реализации расчетных скоростей. Они выполняются с использованием различного рода счетно-решающих устройств, преобразователей аналоговых величин в дискретные, бесконтактных логических элементов, интегральных микросхем, герконовых и обычных реле.

В качестве примера рассмотрим структурную схему АРС-ЦНИИ (рис. 7.16). Здесь исходная информация с контрольного участка в виде временных интервалов проследования отцепом путевых отрезков между педалями П1, П2 и П3 и количества осей весовых категорий, зафиксированных весомером ВМ, поступает соответственно в измеритель ускорения ИЗУ, где моделируется уравнение (7.25), и вычислитель весовой категории и длины отцепа ВВКД, где моделируется уравнение (7.22). Результаты вычислений , и передаются в накопитель Н1 и транслируются устройствами ГАЦ по маршруту следования отцепа.

Информация о весовой категории отцепа используется в блоке ВВКД для решения уравнения (7.21) и последующего воздействия на устройство управления первой тормозной позицией УТП1. Степень торможения отцепа выбирается в УТП1 по результатам сравнения вычисленной скорости V_вых1 с фактической V_ф1, поступающей от радиолокационного измерителя скорости РИС-1. Кроме того, учитывается поправка, которая может поступить от узла интервального регулирования ИР1, фиксирующего местонахождение предыдущего отцепа по отношению к очередному и разделительную стрелку между ними СРО. При уменьшении интервала между отцепами, определяемого количеством свободных между ними рельсовых цепей, скорость выхода из тормозной позиции очередного отцепа снижается; при расхождении отцепов на ближайшей разделительной стрелке скорость повышается, а при расхождении на более дальней понижается.



рис 16

Вычисление скоростей выхода со второй и третьей тормозных позиций осуществляется блоком ВСВ, моделирующим уравнения (7.23) и (7.24). Для этого используется информация, поступающая от накопителя Н1 и устройств контроля заполнения путей подгорочного парка КЗП. Значение вычислительной скорости V_вых2 передается в устройство управления второй тормозной позицией УТП2, где она сравнивается с фактической скоростью отцепа V_ф2, измеренной скоростемером РИС-2. По результатам сравнения выбирается ступень торможения, которая может быть откорректирована определителем сопротивления воздушной среды ОСС, работающим от датчика ветра ДВ, и узлом интервального регулирования ИР2. Последний корректирует скорость V_вых2 в зависимости от интервала между очередным и предыдущим отцепами, а также фактической скорости предыдущего (информация поступает от узла измерения скорости выхода со второй тормозной позиции ИСВ) и скорости последующего (информация поступает от узла ИР1) отцепов. Между узлами ИР1 и ИР2 действует обратная связь, при которой по условиям, складывающимся на второй тормозной позиции, корректируется скорость выхода с первой тормозной позиции.

Значение вычисленной скорости V_вых3 передается в накопитель Н2 и транслируется к устройству управления третьей тормозной позицией УТПЗ. В связи с тем, что на третьей тормозной позиции применяются клещевидно-нажимные замедлители Т-50, в блок УТПЗ передается также информация о весовой категории отцепа q_о и его длине n_о. Ступень торможения выбирается по результатам сравнения скорости V_вых3 с фактической V_ф3, измеренной скоростемером РИС-3.

На каждой из тормозных позиций, кроме автоматического управления замедлителями, предусматривается ручное с пульта управления (ПУ).



4. Система автоматического задания скорости роспуска составов (АЗСР)

Перерабатывающую способность горки можно существенно увеличить, если роспуск составов вести с переменной скоростью в зависимости от сочетания длин смежных отцепов и маршрутов их следования. Рекомендуемая скорость надвига составов 3,6-5,4 км/ч определяется неблагоприятными сочетаниями отцепов, что в практике встречается не так уж часто. При благоприятных же условиях скорость надвига можно повысить до 9-10 км/ч. Поскольку даже опытный оператор не в состоянии быстро выявить и оценить такие условия, требуется автоматизация процессов, связанных с заданием переменной скорости роспуска составов. Соответствующая задача решается системой АЗСР.

В основу ее построения положена зависимость максимально допустимой скорости надвига состава V_о от условий расхождения двух смежных отцепов на разделительной стрелке, из которых первый считается плохим бегуном, а второй хорошим (рис. 7.17).

На горбу горки между смежными отцепами существует временной интервал t_о, определяемый моментами прохода центров их тяжести через горб:

,(7.30)

где l₁, l₂ длины соответственно первого и второго отцепов;

V_о максимально допустимая скорость надвига состава.

Рис. 17. Расположение отцепов на горбу горки и разделительной стрелке

Временной интервал между отцепами , достаточный для перевода разделительной стрелки, определяется выражением:

,(7.31)

где длина рельсовой цепи;

, колесные базы соответственно первого и второго отцепов;

минимальная скорость движения плохого бегуна.

С другой стороны,

,(7.32)

где t разность времени хода плохого и хорошего бегуна до разделительной стрелки.

Решая совместно выражения (7.30), (7.31), (7.32) относительно V_о, получим:

.(7.33)



Вычисление V_о техническими средствами осуществляется всякий раз, когда происходит отделение от состава очередного отцепа. Таким образом, система АЗСР должна содержать источник информации о маршрутах следования отцепов и количестве вагонов в них, устройства обработки ее для двух смежных отцепов и вычисления скорости надвига V_о, а также преобразователь вычисленной скорости в удобный для пользователей вид. Рассмотрим взаимодействие соответствующих узлов системы на примере АЗСР-ЦНИИ (рис. 18).

Программа роспуска состава формируется в технической конторе станции с помощью видеотерминального устройства ВТ-340. По запросу оператора горки она передается на горочный пост через формирователь вызова УФИВ и устройство сопряжения УС и высвечивается на экране ВТ-340. Программа содержит номер состава, число вагонов в нем, время его прибытия, сведения о каждом отцепе: в квадратных скобках порядковый номер отцепа, в последующих пяти цифрах двузначный номер пути, двузначное число вагонов (максималь-ное 19), особый признак (0) или отметку длиннообразного вагона (1). Разделение информации об отцепах осуществляется символом М, а конец ее помечается символом С. Оператор горки при необходимости может скорректировать программу роспуска, записанную на экране видеотерминала. После нажатия клавиши "Пуск" устройства АЗСР и ГАЦ подключаются для ее реализации.

Информация о смежных отцепах считывается в двухступенчатый накопитель НИ: для первого из них в ступень I, для второго в ступень II. В момент отрыва второго отцепа происходит передвижение информации по ступеням с гашением в ступени I сведений о первом отцепе и записью в ступень II сведений о третьем отцепе. Управление накопителем осуществляется блоком УУ, поставленным в зависимость от контрольного блока КО. В последнем сравниваются скорости надвига и свободного скатывания, измеренные радиолокационными скоростемерами РИС1 и РИС2, и улавливается их разница в момент отрыва. Схема сравнения блока КО приводится в исходное состояние для работы в очередном цикле после полного проследования отцепом места установки скоростемера на скоростном уклоне, что фиксируется фотоэлектрическим устройством (ФЭУ).

Рис. 18. Структурная схема АЗСР-ЦНИИ

Информация о разделительной стрелке из блока РС и длине отцепов из накопителя НИ подается в блок вычисления скорости роспуска (ВСР). Последний содержит трансформаторную схему, моделирующую уравнение (7.33). Приняв l₁ + l₂ = в₁ + в₂ + 6 и считая, что скорости V_min и V_о пропорциональны некоторым напряжениям U_min и U_о, а значения l_рц + 0,5 (в₁ + в₂) + V_min t и 0,5 (в₁ + в₂) + 3 пропорциональны виткам трансформатора W₁ и W₂, запишем аналог выражения (7.33) в виде:

.



Коммутация секций трансформатора пропорционально значению V_min осуществляется контактами реле разделительных стрелок, а пропорционально значениям в₁ и в₂ контактами реле, фиксирующими длину отцепов.

Напряжение U_о подается в блок ПСР, где происходит преобразование аналогового значения скорости роспуска в дискретную величину. Здесь же происходит ее усреднение, чтобы исключить резкие перепады в ее значениях. Блок ПСР содержит 15 выходов, соответствующих градациям скорости от 3 до 9 км/ч через каждые 0,5 км/ч. Вычисленное значение скорости фиксируется блоком ФВС. Контактами фиксирующих реле включается стрелочный указатель на пульте управления, подается информация для шифратора системы телеуправления горочным локомотивом (ТГЛ), возбуждаются реле блоков управления световой индикацией УИ, связанных с горочным светофором и указателем скорости роспуска.

Система АЗСР дополняется устройствами контроля за правильностью расцепки состава, устройствами автоматического изменения темпа роспуска, если на спускной части горки возникает опасность нагона одними отцепами других, переключателем режима роспуска ("быстрее медленнее нормально").



5. Микропроцессорный горочный комплекс КГМ

Система КГМ разработана коллективом ученых и конструкторов РИИЖТа и Ростовского филиала ВНИИЖТа. Она решает в комплексе задачи, свойственные системам ГАЦ-КР, АРС, АЗСР, ГПЗУ, и отличается от них расширенными функциональными возможностями, программно-аппаратурной гибкостью, относительно высокой скоростью информации, наличием сервисного оборудования, простотой и удобством обслуживания. Система КГМ осуществляет автоматическую установку стрелок по маршрутам скатывания отцепов, контроль хода роспуска с отображением технологических ситуаций на экранах цветного и черно-белых дисплеев, регулирование скоростей движения отцепов по всем тормозным позициям, расчет переменной скорости роспуска и контроль расцепа отцепов с учетом определения физических вагонов и их инвентарных номеров, непрерывное протоколирование работы системы, регистрацию сбоев и отказов постовых и путевых устройств, включая ручные вмешательства эксплуатационного персонала. Комплекс КГМ задействован в автоматизированную систему управления сортировочной станцией (АСУ СС), что освобождает дежурный персонал от рутинных задач ввода маршрутов и передачи исполненной программы в АСУ СС.

Элементной базой системы КГМ являются микропроцессорные средства диспетчеризации, автоматики и телемеханики МикроДАТ. Конструктивно функциональные элементы выполнены в виде отдельных печатных плат с микросхемами. Их компоновка осуществлена по типу модулей (до 20 разновидностей), размещенных в 11 блоках (каркасах), последние установлены в трех компоновочных шкафах, соответствующих подсистемам "Маршрут", "Скорость", "Диспетчер". Каждый компоновочный шкаф имеет кроссовое поле для подключения внешних кабелей. На кроссовых стативах размещены устройства согласования сигналов, обеспечивающие взаимодействие локальных подсистем с технологическим оборудованием. Примеры выполнения увязки микропроцессорных модулей с релейными устройствами (по вводу дискретных сигналов и их выводу) показаны на рис. 19. Здесь модуль М1 контролирует свободность стрелочной секции, а модуль М3 выдает команды на перевод стрелки. Преобразование сигналов осуществляется с использованием оптронов VE, обеспечивающих гальваническую развязку.

Рис. 19. Схемы увязки микропроцессорных модулей с устройствами СЦБ

Вся спускная часть горки разбивается на ряд зон автоматизации, в пределах которых решается законченная задача по управлению и контролю за технологическим процессом в соответствии с требованиями алгоритмов (рис. 7.20). Каждая зона оборудуется определенным комплектом датчиков и исполнительных устройств.

Головная зона содержит три комплекта спаренных путевых датчиков типа ДП50-80, короткую (3,5 м) рельсовую цепь, весомер и фотоэлектрические устройства. Этот комплекс позволяет надежно фиксировать проход любого отцепа, в том числе при отказах какого-либо датчика и сбоя в счете осей. На стрелках и контрольных участках размещены также датчики ДП50-80, в пределах тормозных позиций радиолокационные измерители скорости РИС-В2. Пути подгорочного парка оборудованы устройствами КЗП-ВНИИЖТ.

...