Динамика вагонов в отцепе при скатывании с сортировочной горки

УДК 656.212

Мямлин С.В., д.т.н., профессор, проректор по

научной работе

ДИНАМИКА ВАГОНОВ В ОТЦЕПЕ ПРИ СКАТЫВАНИИ С СОРТИРОВОЧНОЙ ГОРКИ

Обеспечение безопасности движения является одной из соновных задач эксплуатации железнодорожного транспорта. При этом, проблема безопасности актуална как в поездном движении, так и в маневровой работе. Одним из наиболее сложных тезнологических процессов сортировочных станций, который связан со значительным количеством нарушений условий безопасности движения, является процесс расформирования-формирования составов грузовых поездов. Поэтому вопросы, связанные с обеспечением безопасности работы сортировочных горок являются актуальными. В то время методы оценки безопасности движения вагонов по сортировочным горкам в настоящее время отсутсвуют, а методы, используемые для оценки безопасности движения поездов [1-5] енприменимы для решения указанных задач из-за специфики конструкции сортировочных горок и технологии роспуска.

Рассмотрим движение 10-тивагонного отцепа тяжелой весововй категории при скатывании с горки. Для определения величины продольных сил, возникающих в отцепе, выполнено моделирование его движения по горке, имеющей профиль, показанный на рисунке 1.

Моделирование скатывания отцепа выполнено в два этапа: сначала определялись продольные усилия, действующие на вагоны отцепа, а затем определялись динамические показатели, характеризующие безопасность движения. При этом использовались специальные математические модели, применяемые для изучения продольной динамики поезда [1, 2] и

математические модели вертикальных колебаний вагонов [3-12]. Программы вычисления для моделирования продольной динамики и пространственных колебаний грузовых вагонов описаны в работах [1-3,

Рисунок 1 - Типовой профиль горки

Результаты расчетов приведены на рисунках 2 - 4. На рисунке 2 приведены кривые скорости и времени движения отцепа во время его свободного скатывания.

На рисунке 3 показаны наибольшие силы в сечениях отцепа за все время расчета.

Рисунок 2 - Кривые скорости и времени скатывания отцепа

Анализ рисунка 3 показывает, что наибольшие сжимающие силы, а именно эти силы опасны с точки зрения запаса устойчивости от всползания колеса на рельс, действовали в 7-м сечении. Следовательно, в наиболее опасных условиях с точки зрения продольной динамики находится 7-ой вагон отцепа.

4 5 6

Номер сечения

Рисунок 3 - Наибольшие продольные силы между вагонами отцепа

На рисунке 4 приведена осциллограмма изменения силы, действующей в 7-ом сечении, как функция пройденного пути.

100

0

-100

-200

-300

0

2

3

7

8

9

10

г-

1 л /V

г"

V

Щ 50 Щю 150 200 250 300 Щ]

Рисунок 4 - Осциллограмма сил в 7-ом сечении

Из осциллограммы на рисунке 4 видно, что наибольшего значения продольная сила достигла в тот момент, когда головной вагон отцепа прошел примерно 130 м, т.е. когда он находился на 3-м элементе спускной части профиля (спуск 7%о), а 7-й вагон находился на 2-м элементе профиля (спуск 23,9%). При таком расположении отцепа на 7-й вагон действовали сжимающие силы со стороны 3-х последних вагонов, находящихся на скоростном участке, и со стороны 6-ти первых вагонов, которые находились на достаточно пологой части горки.

Для исследования пространственной динамики 7-го вагона при скатывании отцепа с горки выполнен повторный расчет, моделирующий движение отцепа по горке. Результаты расчетов приведены на рис. 5 - 7.

Анализ результатов моделирования показывает, что наибольшие значения динамических показателей (коэффициентов вертикальной динамики Кдв, коэффициентов горизонтальной динамики Кдг и коэффициента устойчивости от схода с рельсов Ку) получены именно в том месте, где наибольшего значения достигает продольная сила, действующая на рассматриваемый вагон.

Рисунок 5 - Осциллограмма изменения величины К

дв

Рисунок 6 - Осциллограмма изменения величины К

дг

Г 1 1 I V 1 1

1 1

X, м

-тео о юо дао

Рисунок 7 - Осциллограмма изменения величины Ку

Отсюда можно заключить, что продольные силы, действующие на вагоны в процессе их скатывания с сортировочной горки, существенно влияют на величины динамических показателей вагонов. Что касается абсолютных значений динамических показателей, то из графиков на рисунках 5-7 видно, что значения коэффициентов динамики (вертикальной

и горизонтальной) далеки от своих допустимых значений. Величина коэффициента запаса устойчивости от схода с рельсов ближе остальных к допустимому значению, хотя и не достигает его (на рисунке 7 допустимое значение Ку показано жирной горизонтальной линией).

Таким образом, в результате математического моделирования динамической нагруженности грузовых вагонов в составе отцепа при его движении по горочному пути получено подтверждение необходимости учета продольных сил для оценки показателей безопасности движения. Оценка безопасности движения может осуществляться с помощью динамических коэффициентов, используемых для анализа безопасности в поездном режиме. Дальнейшее усовершенствование модели, направленное на совершенствование учета характера и величины сил, действующих на вагоны при скатывании с горки, позволит разработать программные средства для анализа плана и профиля сортировочной горки, управления работой тормозными позициями, а также для анализа случаев нарушения безопасности движения на горках.

Список литературы

1. Блохин Е.П., Манашкин Л.А. Динамика поезда. - М.: Транспорт, 1982. - 222

с.

2. Блохин Е.П., Пшинько А.Н., Мямлин С.В. и др. Моделирование движения поезда в аварийных ситуациях // Залiзничний транспорт Украши. - 2005. - № 2. - С.16 - 18.

3. Лазарян В.А. Динамика вагонов. - М.: Транспорт, 1964. - 256 с.

4. Лазарян В.А., Длугач Л.А., Коротенко М.Л. Устойчивость движения рельсовых экипажей. - К.: Наукова думка, 1972. - 193 с.

5. Лазарян В.А., Коротенко М.Л., Данович В.Д. Устойчивость движения железнодорожных экипажей с двойным рессорным подвешиванием // Науч.тр. ДИИТ. -Днепропетровск: ДИИТ. - 1966. - Вып.59. - С.45-51.

6. Данович В.Д. Пространственные колебания вагонов на инерционном пути: Дис... докт. техн. наук: 05.22.07. - Днепропетровск, 1981. - 465 с.

7. Математическая модель пространственных колебаний четырехосного рельсового экипажа / Блохин Е.П., Данович В.Д., Морозов Н.И.; Днепропетровский институт инженеров железнодорожного транспорта. - Днепропетровск, 1986. -39 с. -Рус. - Деп. в ЦНИИТЭИ МПС 29.09.86, №7252 ж.д.

8. Коротенко М.Л., Данович В.Д. Дифференциальные уравнения пространственных колебаний четырехосного вагона с учетом конечной жесткости кузова и инерционных свойств основания // Проблемы механики наземного транспорта: Межвуз. сб. науч. тр. - Днепропетровск: ДИИТ. -1973. - Вып. 199/25. - С. 3-13.

9. Вериго М.Ф., Коган А.Я. Взаимодействие пути и подвижного состава. - М.: Транспорт, 1986. - 560 с.

10. Ушкалов В.Ф., Резников Л.М., Редько С.Ф. Статистическая динамика рельсовых экипажей. - К.: Наукова думка, 1982. - 359 с.

11. Мямлин С.В. Моделирование динамики рельсовых экипажей. - Д.: Новая идеология, 2002. - 240 с.

12. Вершинский С.В., Данилов В.Н., Хусидов В.Д. Динамика вагона. - М.: Транспорт, 1991. - 359 с.

13. Шеффель Г. Устойчивость при вилянии с боковым относом и способность подвижного состава вписываться в кривые // Ж.д. мира. - 1974. - № 12. - С. 32-46.

14. Мямлин С.В. Математическая модель движения колеса по рельсовой нити // Зб.наук.пр. КУЭТТ: Транспорты системи i технологи. Вип.1-2. -К.:КУЕТТ. -2003. -С.154-156.

15. Мямлин С.В. Программа моделирования пространственных колебаний подвижного состава // Залiзничний транспорт Украши. - 2000. - № 3. - С. 52-54.

16. Мямлин С.В. Методика моделирования пространственных колебаний железнодорожного экипажа // Залiзничний транспорт Украши. - 2001. - № 2. - С. 2-5.