CC BY
15
Vestnik Vserossiiskogo NII zheleznodorozhnogo transporta - Bulletin of the research Institute of railway transport, 1987, no. 2, 16 - 19 p.
6. Chernetsky V. I. Mathematicheskoe modelirovanie stochasticheskih system (Mathematical modeling of stochastic systems). Petrozavodsk, 1994, 488 p.
УДК 656.259.12:621.372.5: 517.54
С. А. Лунев, С. С. Сероштанов, М. М. Соколов
НЕПРЕРЫВНЫЙ КОНТРОЛЬ КООРДИНАТЫ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОТЦЕПОВ В ПОДГОРОЧНЫХ ПАРКАХ СОРТИРОВОЧНЫХ ГОРОК
В статье рассматриваются вопросы определения координаты подвижного состава на участке железнодорожного пути. Предложено и обосновано применение математического аппарата конформных отображений. Показаны результаты экспериментальных исследований.
Согласно генеральной схеме развития и стратегической программе развития ОАО «РЖД» на перспективу до 2030 г., а также в связи с увеличивающимися в стране внутренними и транзитными грузопотоками одним из важнейших направлений инновации является создание «интеллектуальной» станции. Реализация данного направления возможна благодаря полной автоматизации, повышению эффективности и ускорению процесса формирования составов на сортировочных станциях. Одной из подсистем сортировочных станций является система контроля заполнения пути, которая в настоящее время выдает ограниченную и дискретную информацию о длине свободного участка подгорочного пути, наличии на нем «окон» между отцепами и о скорости движения отцепа.
Таким образом, возникает задача реализации непрерывного контроля координаты и скорости перемещения отцепов в подгорочных парках сортировочных горок, решение которой позволит увеличить производительность сортировочной горки.
В настоящее время определение координаты нахождения отцепа на спускной части сортировочных горок выполняется с помощью напольных технических средств: точечных путевых датчиков, рельсовых цепей, индуктивно-проводных датчиков, устройств импульсного зондирования. Учитывая наличие недостатков этих систем, а также трудности, связанные с их эксплуатацией, авторами предлагается альтернативное решение на основе математического аппарата конформных отображений с применением классической модели рельсовых цепей. Данный математический аппарат позволяет в режиме реального времени определять области входных сопротивлений рельсовой линии вне зависимости от изменения ее параметров, что дает возможность по изменению входного сопротивления определять координату отцепа на пути с высокой точностью.
В качестве контрольного сигнала для анализа состояния подгорочного пути предлагается использовать синусоидальное напряжение тональной частоты. Использование в предлагаемой математической модели рельсовой линии сигнального тока тонального диапазона позволит повысить защищенность от воздействия непрерывных и импульсных помех и применить существующую аппаратуру СЦБ (например, генератор ГП3 ТРЦ).
Для исследования рельсовой линии при протекании по ней электрического тока тональной частоты представим ее как фрагмент классической схемы рельсовой цепи [1].
В качестве нагрузки четырехполюсника рассматривается область значений комплексных сопротивлений от значения Z = 0 (короткого замыкания) до Z = ю (разрыва или холостого хода). Так как действительная часть комплексного сопротивления всегда неотрицательна, то значение его представляет собой правую полуплоскость комплексных чисел. Как показано в работе [1], конформное отображение, соответствующее четырехполюснику, преобразует правую полуплоскость, дополненную бесконечно удаленной точкой, на окружность или по-
луплоскость, лежащую в правой полуплоскости. Положение области, получившейся при таком отображении, будет зависеть от параметров рельсового четырехполюсника, а положение точки внутри области - от сопротивления выходной нагрузки. Пример такого преобразования представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 - Пример конформного преобразования на комплексной плоскости при фиксированных значениях
параметров четырехполюсника рельсовой линии
Предложенный аппарат конформных отображений и дробно-линейных преобразований позволяет определить области изменения входных сопротивлений рельсовой линии. Для увеличения точности определения координаты отцепа необходимо обеспечить разрыв (наличие изолирующих стыков) в конце рельсовой линии [1].
С целью проверки эффективности применения аппарата конформных отображений для определения координаты наложения шунта на рельсовой линии путем определения ее входного сопротивления были проведены экспериментальные исследования на станции К Западно-Сибирской железной дороги.
Измерения производились с помощью многофункционального прибора инженера СЦБ (МПИ-СЦБ) на питающем конце рельсовой цепи длиной 625 м путем подключения МПИ-СЦБ к разделочным клеммам в путевом ящике (схема проведения эксперимента приведена на рисунке 2, где клеммы: 1 - 2 - для измерения напряжения на входе рельсовой линии, 2 - 3 -падения напряжения на резисторе R).
Начало 0 12,5
Направление перемещения
25
Ьрц
Конец Ьрц-25 Ьрц-12,5 Ьрц
2
Рисунок 2 - Схема подключения прибора МПИ-СЦБ к аппаратуре ТРЦ
Для определения координаты места наложения шунта на рельсовой линии измерялись напряжение, ток и угол сдвига фаз между ними на входе рельсовой линии. Определение тока производилось косвенным путем на основании измерения напряжения на резисторе R номиналом 0,28 Ом. Фазовый сдвиг определялся автоматически программным продуктом ADC-VIEW.
Для определения параметров четырехполюсника схемы замещения проводились измерения при свободной и исправной рельсовой линии.
Для имитации движения отцепа производилось шунтирование рельсовой линии от начала с координатой 0 м и далее по всей ее длине с интервалом 12,5 м (см. рисунок 2).
Коэффициенты четырехполюсника Аш, Вш, Сш и Dш для расчета входного сопротивления рельсовой линии в шунтовом режиме могут быть найдены по формуле:
С,„
Вш D
К 1
ch j l2 Z " h l2
Y ' ShJ l2
chj l2
( 1 0 Y chj l
— 1
—• shj li
Z • shjО
chj l
(1)
где ^вн - вносимое сопротивление, учитывающее сопротивление измерительных проводов и качество подключения измерительной аппаратуры к рельсовой линии;
Л, 12 - расстояние шунта от конца и начала рельсовой линии соответственно. Для определения Явн можно воспользоваться соотношением
Явн = W0 - 0,06,
(2)
где - измеренное входное сопротивление четырехполюсника рельсовой линии при наложении нормативного шунта с координатой 0 м.
На основании полученных результатов построены диаграммы изменения комплексного сопротивления рельсовой линии в зависимости от места наложения шунта. На рисунке 3 выполнено сопоставление расчетных теоретических и экспериментальных данных изменения активной, реактивной частей входного сопротивления и полного комплексного входного сопротивления рельсовой линии соответственно. Линией обозначены экспериментальные значения входного сопротивления рельсовой линии, крестиками - расчетные значения.
0,9
Ом
0,675
0,563
0,451
0,338
$ 0,225
0,113
хХ Хх:
/ * XXX* /
X Xх « X /
X X X Vх /
X ! * * ,хх 7
X X X X X
х Ж У
100
200
300 400
м
625
2,5
У Ом
1,875 1,563 1,251 ^0,938 ' 0,625 0,313
0
Ьр
^р.ц
а б
Рисунок 3 - График изменения активной (а) и реактивной (б) составляющих входного сопротивления рельсовой линии в зависимости от места наложения шунта
0
Из рисунка 3, б видно, что точность совпадений расчетной кривой и экспериментально полученных данных по реактивной составляющей входного сопротивления четырехполюсника рельсовой линии достаточно высока. Однако активная часть сопротивления (рисунок 3, а) не дает такой высокой точности и вносит определенную погрешность. Поведение активной составляющей входного сопротивления можно объяснить изменением номинала сопротивления шунта по причине некачественного контакта «рельс - нормативный шунт» при проведении эксперимента. Расчет абсолютных и относительных погрешностей определения координаты положения шунта показал следующие значения: 6,5 м и 6 % соответственно.
Таким образом, возможность применения математического аппарата конформных отображений для контроля заполнения подгорочных путей сортировочных горок подтверждена аналитическими расчетами [1] и проведенными экспериментальными исследованиями.
Произведем расчет комплексного входного сопротивления рельсовой линии для конкретных координат положения шунта при изменении его наминала в пределах от 0,01 до 0,3 Ом, с шагом 0,01 Ом. Расчетные значения входного сопротивления рельсовой линии и его сопоставление с экспериментальными данными показано на рисунке 4, крестиками показаны результаты расчета значений входного сопротивления рельсовой линии в зависимости от увеличения номинала вносимого шунта с интервалом наложения 12,5 м по всей рельсовой линии, линией показаны экспериментально полученные данные.
2,5
7 •Ом
1,5
N.
0,5
х> ХхСХХХХХХ ХХХХХХХХХХ ХХХХХХХХХХХХ ХХХХХХХХХХХХ>£ ХХХХ XXX ХХХХХХ ХХХХХXXXХХХХХХХХХ* ХХХХХ ХХХХХХХХХХХХ*^ ХХХХ ххх ххх ххххюоЖ<^ ХХХХХХХХХХХХ ХХ>оЖ^ £<Х>0<ХХХХХХХ <хххххххх
ХХХХХ ХХХХХХэ ХХХХХХХХ XX XX ХХХХ х> XX XX XX ХХХХХ ХХХХХХXXXXхх> ХХХХХ XX XX ХХХХХ ХХХ XX ХХХХХХ XX хх> ххХХХХХXXXXХХХХХХ ХХХХХ XX ХХХХХХ XX XX х> ХХХХХХ XXX ХХХХ^Й^ОООООС :^ххххххх>9,(*Гюос<хххх <ХХХХХХХХ>9»^ХХХХХХХХХ> ххх ХХХ ХХХХХХХХХХХХХХ <хххххх>об<ххххххххх ХХХХХХХХХХ ХХХХХХ ' ХХХХХХЖХХХХХХХХ хххю^Ыххххххх < -УХ/ГХ-КХ ХХХХ XX ХХХХХ СХхСХ XX
х> XXX хххх ХХХХХ) ХХХХХХ5 ХХХХХХХХ ххххххххх хххххххххх хххХХХXXXXХХХХХХххх> <Х XX ХХХ XX XX XX ХХХХХХ X* XхXXXXXXXХХХХХХXXххх> XхххXXXXХХХХХХXXХХХXX <хх ххххххххх ххх хххх>с^ £ХХХх ХХХХХХ хх хх^<к?о<>с X X XX ххх XX ХХХ ХХ^б<ХХХХ> XX X ХХХХХХ XX ХХ^Л XX ххх <хх х хххххххг«е<хх хсхх ххх <ХХХХХХХ^б<ХХХХХхСХХХ ¡й#о<ххххххх уоухх сххх XX X
х> хххххххххххх> ххххххххххххю XX XX ХХХ ХХХХХХХх XX X XXX X XXX XX ххххххххх ХХХХXXXXX ХХХХХХХХХХХХХХХХХ^ X ХХХХ ХХХХ XXX XX ХХХХХХХХХХХХХ$#^ХХХХ ХХХХХХХХХХ>^КхХХХХХХХ ххххххххххх^ххххххх :ххх>р*во<хххххххххх ХХЙХХ XX ХХХ XX ХХХ X X З^схх XX ХХХ ХХХХХ Х*Х ХХХХХХХХХХХ ¡£<ХХХХХХХХХХХ ¡¿♦^ххххххххх XX ХХХ XX XX XX «ххххххххх «ХХХХХХХХ <ххххххх
хх> ххх> хххх> ххххх> хххххх> ХХХХХХД** ххххх*кх> ХХХХХХ&й£Х> ххххххххх2 ххххх*е**^х> хххххххххх*$хххххххх ;хххххххххххх^а*0<хх ХХХХ XXX ХХХ*!**??ХХХХХХ : хх ххх*к*^хххх хх хх хх X ХХХХХХ XX XX XX XXХХХХXXХХХХХХХХXXXX : хх хххх хх ххх хх хх ххх хх X XXX XX XX XXX XX XX XXX XX Э*6ХХ ХХХХХХХХХ XX ХХХХ схххххххххххххххххх <хххххх <ххххх схххх <ххх <хх <х
0,2
0,4
0,6
Ом
Рисунок 4 - График изменения входного сопротивления рельсовой линии в зависимости от места положения шунта и его номинала
График на рисунке 4 объясняет появившееся в ходе экспериментальных исследований резкое изменение активной составляющей входного сопротивления как следствие нестабильного контакта между рельсами и нормативным шунтом при его перемещении. Расчет абсолютных погрешностей определения координаты положения шунта на рельсовой линии по первому и второму способам показаны на рисунке 5, где жирной линией показаны погрешности определения координаты положения шунта по комплексному сопротивлению, а тонкой линией - по реактивной части входного сопротивления.
Коллективом авторов на основе проведенных экспериментальных и аналитических исследований с использованием предложенного математического аппарата получены патенты РФ на полезную модель [2 - 4].
1
0
1
№ 3(19) ЛЛИ Л ИЗВЕСТИЯ Транссиба 107
=2014 ■
Рисунок 5 - Изменение абсолютной погрешности определения координаты места положения одиночного шунта
На основании изложенного можно сделать выводы.
1. Предложенный аппарат конформных отображений и дробно-линейных преобразований позволяет определить области изменения входных сопротивлений четырехполюсника рельсовой линии, поведение исследуемой модели рельсовой линии соответствует классической модели работы рельсовых цепей.
2. Графическое представление областей входных сопротивлений рельсовой линии позволяет оценить влияние отдельных параметров рельсового четырехполюсника на результат конформного отображения правой полуплоскости выходных значений на область входных.
3. Возможность применения математического аппарата конформных отображений для контроля заполнения подгорочных путей сортировочных горок подтверждена аналитическими расчетами и проведенными экспериментальными исследованиями. Расхождение результатов расчетов с экспериментальными данными не превышает 7 %.
4. Предложенная методика определения координаты отцепа в подгорочном парке сортировочных горок может быть использована как наглядное и эффективное средство исследования функциональных зависимостей выходных электрических параметров рельсовых цепей от их внутренних (проводимость изоляции, изменение сопротивления токопроводящих и изолирующих стыков) и внешних (помехи электрического тягового подвижного состава, линий электропередач) параметров в широком диапазоне их изменения.
Список литературы
1. Применение аппарата конформных отображений для непрерывного контроля координаты подвижной единицы на пути [Текст] / С. А. Лунев, С. С. Сероштанов и др. // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2014. - № 1 (17). - С. 88 - 94.
2. Пат. 123388 Российская Федерация, МПК В 61 L 23/16, В 61 L 25/04. Устройство для контроля состояния рельсовой линии и заполнения пути [Текст] / С. А. Лунев, С. С. Сероштанов, М. М. Соколов (Россия). - № 2012131842/11; Заявлено 24.07.2012; Опубл. 27.12.2012. Бюл. № 36.
3. Пат. 130942 Российская Федерация, МПК В 61 L 25/00. Устройство для контроля состояния рельсовой линии и заполнения пути [Текст] / С. А. Лунев, С. С. Сероштанов, М. М. Соколов, Е. С. Древинская (Россия). - № 2013109042/11; Заявлено 24.07.2012; Опубл. 27.12.2012. Бюл. № 36.
4. Пат. 141222 Российская Федерация, МПК В 61 L 25/00. Устройство для контроля состояния рельсовой линии и заполнения пути [Текст] / С. А. Лунев, С. С. Сероштанов, М. М. Соколов (Россия). - № 2013147520/11; Заявлено 24.10.2013; Опубл. 27.05.2014. Бюл. № 15.
References
1. Lunev S. A., Seroshtanov S. S., Sokolov M. M., Hodkevich A. G. [Primenenie apparata konformnykh otobrazhenii dlia nepreryvnogo kon-trolia koordinaty podvizhnoi edinitsy na puti]. Izvestiia Transsiba- The Trans-Siberian Bulletin, 2014. - № 1 (17). - S. 88 - 94.
2. Lunev S. A., Seroshtanov S. S., Sokolov M. M. Patent RU123388, 27.12.2012.
3. Lunev S. A., Seroshtanov S. S., Sokolov M. M., Drevinskaia E. S. Patent RU 130942, 27.12.2012.
4. Lunev S. A., Seroshtanov S. S., Sokolov M. M. Patent RU 141222, 27.05.2014.
УДК 656.212.2.073.22
Е. Д. Псеровская, С. Ю. Хорунжин
О ВЛИЯНИИ УСЛОВИЙ РАЗМЕЩЕНИЯ ГРУЗА НА БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ И СТОИМОСТЬ ПЕРЕВОЗКИ
Размещение и крепление грузов при их перевозке назначением на станции железных дорог Российской Федерации производятся согласно положениям Технических условий размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах ЦМ-943 (ТУ) [1]. Требования отдельных пунктов ТУ влияют не только на безопасность движения поездов, но и на стоимость перевозки и, как следствие, - на прибыль ОАО «РЖД».
Размещение и крепление грузов при их перевозке назначением на станции железных дорог Российской Федерации производятся согласно положениям Технических условий размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах ЦМ-943 (ТУ) [1]. Требования отдельных пунктов ТУ влияют не только на безопасность движения поездов, но и на стоимость перевозки и, как следствие, - на прибыль ОАО «РЖД». Руководствуясь стремлением повысить прибыль, грузоотправители часто трактуют некоторые положения ТУ так, как им выгодно.
Пунктом 6.3 главы 1 ТУ предусмотрено, что при размещении грузов общий центр тяжести должен располагаться на линии пересечения продольной и поперечной плоскостей симметрии вагона. В исключительных случаях, когда данное требование невыполнимо по объективным причинам, допускается смещение общего центра тяжести грузов относительно плоскостей симметрии. Положениями ТУ установлены также допустимые смещения общего центра тяжести груза относительно плоскостей симметрии вагона в зависимости от массы груза для продольных сдвигов. Аналогично рассчитывается величина смещения груза в поперечном направлении, но при этом учитывается еще и высота общего центра тяжести вагона с грузом над уровнем головок рельсов. Величина этих сдвигов может достигать 3000 мм вдоль вагона и 620 мм - поперек. Проще говоря, сдвиги груза как вдоль, так и поперек вагона официально не запрещены, но нет конкретных пояснений, в каких случаях они допустимы.
Рассмотрим два аспекта данной проблемы.
Во-первых, смещение центра тяжести грузов относительной осей симметрии вагонов оказывает негативное влияние на срок их эксплуатации, а также угрожает безопасности движения поездов и эксплуатации железнодорожного транспорта. Проведенные в работах [2 - 4] исследования показывают, что сдвиги в принципе недопустимы, поскольку в этом случае происходит выворачивание упорных средств крепления и нарушение упругих средств крепления вплоть до их полного разрушения, в то время как в противоположном направлении наблюдается провисание элементов крепления.
Все это создает прямую угрозу безопасности перевозочного процесса и сохранности подвижного состава: происходит перегруз буксовых узлов, приводящий к их перегреву, перегруз надрессорных балок и боковых рам тележек вагона. Возникает усталость металла, что может повлечь за собой излом литых деталей и сход подвижного состава с рельсов. В итоге сокращается срок службы подвижного состава.
НИИ ИЗВЕСТИЯ Транссиба 109
