Исследование тормозной эффективности маневрового локомотива при выполнении технологических операций на сортировочной горке

УДК 629.4.077

Исследование тормозной эффективности маневрового локомотива при выполнении технологических операций на сортировочной горке

И. А. Ролле, А. Г. Брагин, В. О. Иващенко, А. Е. Цаплин

Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, Российская Федерация, 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9

Для цитирования: Ролле И. А., Брагин А. Г., Иващенко В. О., Цаплин А. Е. Исследование тормозной эффективности маневрового локомотива при выполнении технологических операций на сортировочной горке // Бюллетень результатов научных исследований. - 2019. -Вып. 2. - С. 72-80. 001: 10.20295/2223-9987-2019-2-72-80

Аннотация

Цель: Исследование тормозной эффективности тепловоза ТЭМ7 при выполнении технологической операции расформирования грузового поезда с вагонами, запрещенными к роспуску. Выработка критерия оценки обеспечения маневровых составов тормозами. Методы: Были использованы методы, излагаемые в теории тяги поездов, правилах тормозных расчетов, методике тяговых расчетов для маневровой работы. Результаты: Для оценки возможности безопасного пропуска через сортировочную горку с локомотивом групп вагонов, запрещенных к роспуску, имеющих разные длину и осевую нагрузку, предложено применять показатель, характеризующий обеспеченность маневрового состава тормозами в виде отношения удельной тормозной силы к величине эквивалентного уклона. Определены значения предлагаемого показателя для места остановки распускаемого состава, предусмотренного технологическим процессом, а также в процессе его движения. Сформулированы рекомендации по проектированию тормозной системы горочного локомотива. Практическая значимость: На современном этапе подтверждение возможности остановки маневрового состава в установленном месте при его пропуске через сортировочную горку производится, как правило, в опытных поездках, что требует значительных ресурсов и нарушает ритмичность работы станции. В связи с этим при проектировании новых технологических операций роспуска поездов для сокращения объема опытных поездок необходимо выполнение предварительных тормозных расчетов, при производстве которых для оценки обеспеченности маневровых составов тормозами целесообразно использовать приведенный показатель.

Ключевые слова: Локомотив, тепловоз, тормоз, вагон, сортировочная горка, маневровый состав.

Одной из важных технологических операций перевозочного процесса железнодорожного транспорта является расформирование поездов на сортировочных станциях путем их роспуска на сортировочной горке. От ее четкой организации и планирования зависит пропускная способность примыкающих к этой станции железнодорожных участков [1].

Перечисленные операции имеют следующие особенности:

- значительная масса поступающих на переработку поездов, доходящая до 8000 т;

- максимальная скорость движения маневрового состава - 15 км/ч (маневровый состав включает локомотив и группу вагонов), одиночного локомотива - 40 км/ч, при роспуске - согласно показанию горочного светофора (как правило, не более 10 км/ч);

- значительные уклоны горочных путей и переломы профиля;

- так как маневровые передвижения осуществляются без включения тормозов вагонов, а тормозные средства всего маневрового состава представлены лишь тормозами локомотива, оборудованного чугунными тормозными колодками, то при больших массах этого состава удельная тормозная сила может быть малой.

В качестве горочных локомотивов в настоящее время используют вось-миосные тепловозы ТЭМ7 в/и, ТЭМ14, шестиосные ТЭМ18 в/и, ТЭМ2 в/и, ЧМЭ3 в/и, в некоторых случаях электровозы (без выезда в подгорочный парк). Также эксплуатируются тяговые агрегаты незаводского исполнения, состоящие из маневрового тепловоза ЧМЭ3 с бустерной секцией (сейчас не производятся) [2].

Методика определения необходимых тяговых свойств маневровых локомотивов подробно описана в работе [3]. В свою очередь, в связи с внедрением нового подвижного состава и разработкой новых технологий переформирования поездов вопросы, связанные с обеспечением распускаемых маневровых составов тормозами, остаются актуальными и требуют отдельного исследования.

На современном этапе подтверждение возможности остановки маневрового состава в заданном месте при пропуске через сортировочную горку производится, как правило, в опытных поездках. Это требует значительных ресурсов и нарушает ритмичность работы станции. Потому при проектировании новых технологических операций роспуска поездов для сокращения объема опытных поездок необходимо выполнение предварительных тормозных расчетов.

Известно, что пневматические колодочные тормоза с чугунными тормозными колодками не обеспечивают механическую устойчивость процесса торможения поезда на спусках по причине существенного снижения коэффициента трения при возрастании скорости движения. В связи с этим при скорости движения поезда выше критической V , когда ускоряющая сила, действующая на поезд от уклона, становится больше тормозной силы и силы сопротивления движению, его замедление при торможении и остановка становятся невозможными (рис. 1).

Интерпретацию уравнения движения поезда

^ = £(-6т -(±/)) М

(в котором ! - уклон, %%, - удельное сопротивление движению поезда, кгс/т,

С^ КУ О КУ о

С, - ускорение поезда под действием удельной ускоряющей силы, равной 1 кгс/т, км/ч 2/(кгс/т), V - скорость движения поезда, км/ч) иллюстрирует рис. 1.

Рис. 1. К описанию механической устойчивости фрикционного тормоза

При поездной работе, в свою очередь, для определения допускаемой скорости следования поезда по спуску, с целью обеспечения его замедления и экстренной остановки в пределах установленного расстояния «Б» [4] используют зависимость, приведенную в [5]:

V =

доп

21600 -100/

5! - 2160р

где 0р - расчетный тормозной коэффициент.

Эта зависимость предполагает наличие не менее 20 % запаса тормозной силы поезда в сравнении с ускоряющим усилием от уклона. При горочной работе для обеспечения гарантированного замедления и остановки маневрового состава на спуске целесообразно также руководствоваться аналогичным показателем - отношением удельной тормозной силы к уклону, эквивалентному для данной координаты пути: Ьт/-!экв > 1,2.

Наиболее критичным с точки зрения обеспечения тормозами является процесс пропуска через горку локомотива с группой вагонов, в которой имеются вагоны, запрещенные к роспуску, когда по технологии работы требуется остановка локомотива у горочного светофора для посадки-высадки составителя поездов. При этом основная часть маневрового состава находится на скоростном и тормозном уклонах (рис. 2).

В ходе исследований обеспечения маневровых составов разных длины и массы тормозами для гарантированной остановки в указанном месте ис-

15,0

-200

Парк формирования

Ь, кгс/т

5,0\ V, км/ч

ь / -г ^ т экв

0.0

-100

400

м

-10,0

_ ГЛ 1 *

I , %о

Парк прибытия

Направление надвига.

-Скорое I -ТорМОШОП уКЛОК уклон

чЧ'-ЧЧ"-

{хчккжкзя часть

Рис. 2. Значения скорости, удельной тормозной силы, эквивалентного уклона и показателя Ьт/-г'экв по координате пути при осаживании маневрового состава из 35 вагонов с осевой нагрузкой д0 = 20 тс/ось

пользовались реальный план и профиль сортировочной горки. Тяговые и тормозные расчеты выполнялись для групп вагонов с тепловозом ТЭМ7 методом численного интегрирования уравнения движения [6-9]. При расчетах учитывались длина и масса маневрового состава [10]. Интегрирование выполнялось по пути (А5 < 5 м). Эквивалентный уклон в начале каждого элементарного отрезка пути А5 определялся в предположении одинаковой осевой нагрузки всех вагонов по формуле

¡экв

р+б

(?+...+с) Р+а+...+с) б

V л /тв У

здесь Р и б - соответственно масса локомотива и группы вагонов, т; /л, / -длина локомотива и группы вагонов, м; (¡Л +... + ¡Л), (¡П+ +... + ^) - суммы значений уклонов для шага интегрирования А5, действующих на локомотив и группу вагонов маневрового состава соответственно.

На рис. 2 представлены кривые движения. Координата пути 5 = 0 соответствует вершине горки. Привязка координат пути осуществлялась к хвосту

маневрового состава (к локомотиву). Кривые Ьт и гэкв характеризуют изменение по координате располагаемой величины удельной тормозной силы и эквивалентного уклона, действующего на маневровый состав. По мере движения его к месту запланированной остановки соотношение Ь /— уменьшается

•/Г т экв •>

вследствие перехода головной части на спуск.

На рис. 3 приведены зависимости эквивалентного уклона от длины и массы группы вагонов маневрового состава для места запланированной остановки локомотива у светофора «Г». Максимальные значения соответствуют осевой нагрузке вагонов брутто 20 тс, минимальные - 6 тс.

Также для координаты места запланированной остановки на рис. 4 показаны соотношения удельных тормозных сил и эквивалентных уклонов для

20 15 10 5

14,7_ 17,3 ' ИЗ 12 3 15,4

П10Д в, а 7 7------ 11,8 ^ 2 __10,1- 10 * _______ 7 7

, . — г,г

500

1000

1500

2000

2500

3000

О. т

1

2

3

4

5

Рис. 3. Зависимость эквивалентного уклона от длины и массы группы вагонов: 1 - 35 вагонов; 2 - 25 вагонов; 3 - 20 вагонов; 4 - 15 вагонов; 5 - 10 вагонов

а

30

£ 25

-I 20

15 10 5

-а

25,2

N

^ 1Ь.4 V 4 „

"Ч 7,1

6,1  -

1000

О. т

1

2000

2

3000

200

3

400 600

-4

Е00 1000

Рис. 4. Соотношение значений эквивалентных уклонов и удельных тормозных сил в зависимости от массы группы вагонов маневрового состава: а - 35 вагонов; б - 10 вагонов; 1, 3 - Ь ; 2, 4 —I

7 7 7 Т7 7 чк-т>

-о

4Д7 V \ \ V ^

\ -V". N г \

ч ч ч 39 \ 2,32 1 51

ЧЧ ------ ---- 1Д4

500

1000

1500 &т

2000

2500

?000

Рис. 5. Зависимости показателя Ьт/-г'экв для оценки тормозной эффективности тепловоза ТЭМ7

маневровых составов с группами вагонов разных масс длиной 35 и 10 вагонов, а на рис. 5 для оценки тормозной эффективности тепловоза ТЭМ7 - зависимости Ь/- .

т экв

В результате анализа приведенных зависимостей можно прийти к следующим выводам:

1. При всех рассмотренных сочетаниях длины и массы маневрового состава (до 35 вагонов и массы группы вагонов 2800 т) обеспечивается превышение тормозных сил над величинами эквивалентных уклонов. Минимальные значения показателя Ьт /-, равные 1,14, 1,15 и 1,18, наблюдаются для маневровых составов с количеством вагонов соответственно 35, 25 и 20 при нагрузках на ось 20 тс. Для обеспечения пропуска таких маневровых составов их остановка для посадки-высадки составителя должна производиться при нахождении локомотива на горбе горки, ближе к надвижной ее части за 30-40 м до горочного светофора, где Ьт /-¿экв >1,2.

2. Следует ожидать, что наибольшей тормозной эффективностью при горочных операциях будет характеризоваться тепловоз ЧМЭ3 с бустером (12 осей), суммарная расчетная сила нажатия колодок которого составляет 132 тс. Соответствующий показатель для тепловоза ТЭМ7 равен 104 тс [11].

3. В настоящее время в качестве горочных используют в основном локомотивы, предназначенные для выполнения маневровой и вывозной работ. При наметившейся тенденции увеличения длин, масс поездов, а также осевых нагрузок вагонов для большей тормозной эффективности локомотивов, работающих на горках повышенной, большой и средней мощности, в процессе их проектирования необходимо предусмотреть наличие: 1) дискового тормоза с целью обеспечения высокой стабильности коэффициента трения и тормозной силы; 2) электродинамического тормоза; 3) увеличение осевой нагрузки локомотива до 25 тс и количество осей - не менее 8 для возможности увеличения сил тяги и торможения.

Библиографический список

1. Бородин А. Ф. Технология работы сортировочной станции / А. Ф. Бородин. - М. : РГОТУПС, 2001. - 192 с.

2. Иоффе А. Г. Тяговый агрегат люблинских рационализаторов / А. Г. Иоффе // Локомотив. - 2002. - № 3. - С. 33-34.

3. Методика определения эффективности маневровых и промышленных тепловозов РТМ 24.040.016-72. - М. : ВНИТИ, 1972. - 138 с.

4. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации. -Утв. Приказом Минтранса России от 21 декабря 2010 г. № 286. - М. : Минтранс РФ, 2010.

5. Иноземцев В. Г. Тормоза железнодорожного подвижного состава. Вопросы и ответы / В. Г. Иноземцев. - М. : Транспорт, 1987. - 287 с.

6. Методика тяговых расчетов для маневровой работы ЦДЛ-21. - Утв. нач. Главного управления движением Г. М. Фадеевым 15 декабря 1987 г. - М. : ВНИИЖТ, 1987. -131 с.

7. Гребенюк П. Т. Правила тормозных расчетов / П. Т. Гребенюк. - М. : Интекст, 2004. - 112 с.

8. Гребенюк П. Т. Тяговые расчеты : справочник / П. Т. Гребенюк. - М. : Транспорт, 1987. - 272 с.

9. Крылов В. И. Тормозное оборудование железнодорожного подвижного состава : справочник / В. И. Крылов. - М. : Транспорт, 1989. - 487 с.

10. Афонин Г. С. Тяга поездов / Г. С. Афонин, В. В. Деев, Г. А. Ильин. - М. : Транспорт, 1987. - 264 с.

11. Балашов А. В. Тепловоз ТЭМ7 / А. В. Балашов. - М. : Транспорт, 1989. - 295 с.

Дата поступления: 18.02.2019 Решение о публикации: 07.03.2019

Контактная информация:

РОЛЛЕ Игорь Александрович - канд. техн. наук, доцент, igor.rollet@inbox.ru БРАГИН Александр Геннадьевич - канд. техн. наук, доцент, el_tyaga@mail.ru ИВАЩЕНКО Валерий Олегович - канд. техн. наук, доцент, el_tyaga@mail.ru ЦАПЛИН Алексей Евгеньевич - канд. техн. наук, доцент, tsaplin.alexey@mail.ru

I. A. Rolle, A. G. Bragin, V. O. Ivashchenko, A. E. Tsaplin

The study of break efficiency of a shunting locomotive while performing gravity processing operations

Emperor Alexander I Petersburg State Transport University, 9, Moscovsky pr., Saint Petersburg, 190031, Russian Federation

For citation: Rolle I. A., Bragin A. G., Ivashchenko V. O., Tsaplin A. E. The study of break efficiency of a shunting locomotive while performing gravity processing operations. Bulletin of scientific research results, 2019, iss. 2, pp. 72-80. DOI: 10.20295/2223-9987-2019-2-72-80

Summary

Objective: To study break efficiency of the TEM7 locomotive while performing a breaking up operation of a freight train with cars, prohibited to being shunted. To develop an assessment criterion to provide sets of wagons with brakes. Methods: The methods stated in the theory of hauling operation, the rules of braking calculation, as well as the methods of grade computations for shunting operation were applied in the study. Results: It was suggested to use an index characterizing the provision of a shunting consist with brakes in the form of a ratio of specific braking force to equivalent grade magnitude in order to assess the possibility of safe handling of a locomotive with groups of cars, prohibited to being shunted, on a grave hump with different length and axle load. Numerical values of the introduced index for the shunted train stop, specified by the process and in the course of its motion, were determined. Design recommendations on the brake system for a hump locomotive were formulated. Practical importance: At present technical acceptance demonstration of a set of wagons breaking at a specified stop and in the process of train handling on a grave hump, is usually carried out during the trial runs. This demands substantial resources and disturbs the station activity rhythm. Consequently, it is necessary to conduct preliminary brake calculations for the design of new shunting processes and to reduce the number of trial runs. The former presupposes the use of the index introduced in the given study, in order to assess the supportability of sets of wagons with the braking system.

Keywords: Locomotive, diesel locomotive, brake, car, hump yard, set of wagons.

References

1. Borodin A. F. Tekhnologiya raboty sortirovochnoy stantsii [Railroadyard operation method]. Moscow, RGOTUPS [Russian Open Transport Academy of the Russian Transport University] Publ., 2001, 192 p.

2. Ioffe A. G. Tyagoviy agregat lyublinskykh ratsionalizatorov [Traction unit of lyublin-sky innovators]. Lokomotiv [Locomotive], 2002, no. 3, pp. 33-34.

3. Metodika opredeleniya effektivnosty manevrovykh ipromyshlennykh teplovozov RTM 24.040.016-72 [Methods for determining the effectiveness of shunting and industrial locomotives RTM24.040.016-72]. Moscow, VINITI Publ., 1972, 138 p.

4. Pravila tekhnicheskoy ekspluatatsii zheleznykh dorog Rossiyskoy Federatsii [The Russian Federation Railway Operating Rules]. Approved by the Order of the Russian Ministry of transport dated December 21, 2010, no. 286. Moscow, Russian Ministry of transport Publ., 2010.

5. Inozemtsev V. G. Tormoza zheleznodorozhnogo podvizhnogo sostava. Voprosy and otvety [Brakes of the railway rolling stock. Questions and answers]. Moscow, Transport Publ., 1987, 287 p.

6. Metodika tyagovykh raschetov dlya manevrovoy raboty TsDL-21 [The method of traction calculations for shunting work CDL-21]. Utv. Nach. Gl. Upravleniya dvizheniyem G. M. Fadeyevym 15 dekabriya 1987 g. [Approved by the Head of the Main Traffic Con-

trol G. M. Fadeyev on December 15, 1987]. Moscow, VNIIZhT Publ., 1987, 131 p.

7. Grebenyuk P. T. Pravila tormoznykh raschetov [The rules for brake calculations]. Moscow, Intext Publ., 2004, 112 p.

8. Grebenyuk P. T. Tyagoviye raschety [Traction calculations]. Reference book. Moscow, Transport Publ., 1987, 272 p.

9. Krylov V. I. Tormoznoye oborudovaniye zheleznodorozhnogo podvizhnogo sostava [Brake equipment of the railway rolling stock]. Handbook. Moscow, Transport Publ., 1989, 487 p.

10. Afonin G. S., Deev V. V. & Iliyn G. A. Tyaga poezdov [Train traction]. Moscow, Transport Publ., 1987, 264 p.

11. Balashov A. V. Teplovoz TEM7 [TEM7 locomotive]. Moscow, Transport Publ., 1989, 295 p.

Received: February 18th, 2019 Accepted: March 07th, 2019

Author's information:

Igor A. ROLLE - PhD in Engineering, Associate Professor, igor.rollet@inbox.ru Alexander G. BRAGIN - PhD in Engineering, Associate Professor, el_tyaga@mail.ru Valery O. IVASCHENKO - PhD in Engineering, Associate Professor, el_tyaga@mail.ru Alexey E. TSAPLIN - PhD in Engineering, Associate Professor, tsaplin.alexey@mail.ru