1 Классификация и оборудование сортировочных горок 2 страница

h_cи - потеря удельной энергии при преодолении сопротивления от снега и инея,м.э.в.;

h_о- удельная энергия соответствующая скорости роспуска. Расчет элементов для расчета высоты горки, рассчитывается по формулам:

Основное значение потерь энергии Σh_{осн i}, м, рассчитывается по формуле (9)

Σh_{осн i}=Σw₀ ·l_i·10^-3 (9)

где l_i– длина i-го расчетного участка, м;

w₀– основное удельное сопротивление движению расчетного бегуна, кгс/тс.

Значение потерь энергии от среды и ветра Σh_свi, м, рассчитывается по формуле (10)

Σh_свi= Σw_{св i}·l_i·10^-3, (10)

где w_{св i}– удельное сопротивление движению расчетного бегуна от воз- душной среды и ветра на i-ом расчетном участке, кгс/тс.

Значение потерь энергии от стрелок и кривых Σh_{cк I}, м, рассчитывается по формуле (11)

Σh_cкi =Σ(0,56·n_i +0,23·Σα_i ) ·V_i ² ·10^-3, (11)

где n_i– число стрелочных переводов;

Σα_i– сумма углов поворота в градусах;

V_i– средняя скорость движения расчетного бегуна, м/с.

Потеря удельной энергии при преодолении сопротивления от снега и инея h_си,м, рассчитывается по формуле (12)

h_си = w_си · l_си ·10^-3, (12)

где w_си- удельное сопротивление движению расчетного бегуна от снега и инея, кгс/тс;

l_cи - длина зоны действия сопротивления от снега и инея, м

Длина зоны действия снега и инея устанавливается по развернутому плану расчетного маршрута от конца IIТП до РТ.

Среднее значение сопротивления от среды и ветра w_свIкгс/тс, рассчитывается по формуле (13)

W_свi = ∑w_{св ij} * P_j / ∑ P_j, (13)

где w_{св ij}- удельное сопротивление движению от воздушной среды и ветра, соответствующее средней скорости ветра j-го румба на i- ом расчетном участке, кгс/тс;

Р_j - повторяемость ветра j -го румба.

Значение w_{св ij}, кгс/тс, определяют с учетом направления скатывания расчетного бегуна и скорости его движения на i-м расчетном участке.

При определении w_{св ij}, кгс/тс, к расчету принимаются все встречные направления ветра, действующие по одну сторон плоскости, перпендикулярной направлению скатывания. Направление скатывания принимается по оси спускной части горочной горловины.

Значение w_{св ij}кгс/тс, рассчитывается по формуле (14)

w_{св ij}= C* V_от², (14)

где C- приведенный коэффициент воздушного сопротивления;

V_от - относительная (результирующая) скорость вагона (отцепа) с учетом направления ветра, м/с.

Значение коэффициента С для одиночных вагонов, рассчитывается по формуле (15)

С= 17.8 * C_х* S/ (273 + t) * q, (15)

где С_х - коэффициент воздушного сопротивления одиночных вагонов;

S- площадь поперечного сечения одиночного вагона, м²;

q- вес вагона, тс;

t- температура наружного воздуха.

Коэффициент С_х принимается в зависимости от рода вагона и угла α (угол между результирующим вектором относительной скорости V_от и направлением скатывания отцепа).

Скорость V_от, м/с, рассчитывается по формуле (16)

V_от²= V²+ V_в²+ 2 * V* V_в* cosβ, (16)

где V - средняя скорость скатывания отцепа на участке, м/с;

V_в - скорость ветра, м/с;

β - угол между направлением ветра и осью участка пути, по которо­му движется вагон.

На основании исходных данных вычерчивается роза ветров, определяющая основные направления сопротивления воздушных масс от среды и ветра:

Таблица 3 – Значения скорости ветра по румбам расчетного месяца в неблагоприятных условиях

№ п/п	Наименование румбов	Средняя скорость м/с	Повторяемость, %
	Север	2,7	0,10
	Северо- Восток	2,2	0,12
	Восток	5,3	0,16
	Юго-Восток	3,6	0,14
	Юг	5,2	0,12
	Юго-Запад	2,7	0,16
	Запад	2,2	0,18
	Северо-Запад	2,8	0,2

Азимут направления роспуска 360 градусов.

Расчетная температура для зимних условий = -26°С.

На рисунке 7.1 приведена роза ветров и направление роспуска.

На схему наносят средние скорости ветра по каждому румбу. От се­верного направления по часовой стрелке откладывают азимут направле­ния роспуска и наносят его на схему, проводят перпендикулярно ему линию, тем самым отделяют встречные направления ветра от попутных. Встреч­ными являются следующие направления: С,СВ,В,ЮВ,З,СЗ. Затем определяют углы β_iкоторые составляют 1-й румб с заданным направлением роспуска.

Углы β_iдля этих румбов составляют:

С-β = 90⁰ ; СВ– β = 45⁰ ; В – β = 0⁰ ; З- β = 85^о ; СЗ- β = 45^о.

Рисунок 7.1 – Роза ветров

Румбы участвующие в расчете w_{св i}: С,СВ,В,ЮВ, З,СЗ.

Расчет w_{св i} приведен для северного румба для 1-го расчетного участка горки:

V₁= 4.2 м / с; V_в= 2.2 м/с; q= 25 тс; t= - 26; β = 90⁰

Отностительная скорость на первом участке, рассчитываются по формуле (16)

V_от²= 4.2² + 2.2² + 2 * 4.2 * 2.2 * cos90⁰ = 22.12 м/с

Угол α, который определяется по формуле (18)

α = arsin(V_в* sinβ / √V_от), (17)

α = arsin2.2 * 1 / √22.12 = 27.19^,17^,,.

Коэффициент воздушного сопротивления C_х, рассчитываются по

формуле (18)

При угле α₁ = 20⁰ - C_х = 1.64, а при угле α₂ = 30⁰ - C_х = 1.58.

C_х= C_х1+ (C_х2- C_х1) / (α₂ - α₁), (18)

C_х = 1.64 + 1.58 – 1.64 / 30 -20 * (27.9 – 20) = 1.59

Площадь поперечного сечения для вагона принимается S=9.7 м², тогда приведенный коэффициент воздушного со­противления составит:

С = (17.8*1,59*9.7)/ ((273-26) * 25) = 0,00444582

_{св ij}= 0,00444582 * 69.64 = 3.09 кгс\тс.

Расчет удельных работ сил сопротивления движению приведен в таблице 4.

Таблица 4 - Определение величин удельных работ сил сопротивления движению расчетного бегуна

№ участка	Длина участка, м	Крытый 4-х осный, q = 25тс, w0 = 1,75 кгс/тс, V0 = 1,7 м/с, t = -26 ^0С
w0, кгс/тс	hосн, м.э.в.	Wсв, кгс/тс	hсв, м.э.в.	Vр, м/с	n	∑αi	hск, м.э.в.
	73.86	1.75	0.129	1.39	0.102	4.2		10.97	0.074
	78.74	1.75	0.138	2.19	0.172	5.5		13.98	0.114
	181.28	1.75	0.317	1.94	0.351	5.0		38.57	0.277
	66.10	1.75	0.116	0.68	0.044	2.0	-	8.76	0.081
399.98

Зона действия инея и снега l_сн, м, рассчитывается по формуле (19)

l_сн = l₃ + l₄ - l_2ТП, (19)

l_сн = 181.28 + 66.10 – (12.475 +1.0+ 12.475)= 221.43м.

Удельное сопротивление движению расчетного бегуна от снега и инея принимается: при t = -20°С w_си = 0.30 кгс/гс; при t=-30°С w_сц = 0.50кгс/тс.

Удельное сопротивление движению расчетного бегуна от снега и инея при t = -26°С составит:

w_си = 0.30 + 0.50 – 0.30 / -30 – (-20) * (-21 – (-20)) = 0.32

Удельная работа сил сопротивления движению от снега и инея, рассчитывается по формуле (20)

h_{си =} w_си * l_си * 10^-3 (20)

где w_си –удельное сопротивление движению расчетного бегуна от снега и инея, кгс/тс

l_си – длина зоны действия сопротивления от снега и инея, м.

Длина зоны действия снега и инея устанавливается по развернутому плану расчетного маршрута от конца II ТП до РТ.

h_си = 0.32 * 208.13 * 10^-3 = 0.067

Удельная энергия h₀, м, соответствующая установленной скорости роспуска, которая определяется по формуле (21)

h₀ = v²₀ / 2g, (21)

Скорость роспуска определяем в зависимости от типа сортировочного устройства. Для ГБМ V₀ равна 1.7 м/с.

Ускорение свободного падения с учетом инерции вращающихся масс g^', м/с², рассчитывается по формуле (22)

g^' = g / 1 + 0.42 * n_осей / q, (22)

где g – ускорение свободного падения, g=9.81 м/с²;

n_осей – количество осей отцепа;

q – масса отцепа.

Для расчетного бегуна ускорение свободного падения с учетом инерции вращающихся колесных пар составит:

g^' = 9.81 / 1 + 0.42 * 4 / 25 = 9.19

Удельная энергия, рассчитывается по формуле (21)

h₀ = 1.7² / 2 * 9.19 = 0.157

Таким образом, высота горки рассчитывается по формуле (1)

Н_р = 1.75 * (0.714 + 0.976 + 0.552) + 0.067 - 0.157 = 3.833 м.э.в

8 Проектирование продольного профиля спускной части сортировочной горки

8.1 Требование к профилю спускной части горки

Скоростной элемент спускной части горки проектируется наиболее крутым (до 50‰) для получения потребных интервалов на вершине горки при свободном скатывании отцепов. Длина прямого участка между тангенсами вертикальных сопрягающих кривых должна быть не менее 20 м. Что касается нижнего ограничения крутизны скоростного участка, то желательно, чтобы она была не менее 40‰ на ГБМ и ГПМ, 30-40%о на ГСМ и 25-30‰ на ГММ. Разница крутизны скоростного элемента и следующего за ним допускается не более 25‰ (рисунок 8.1)

Рисунок 8.1 – Размещение 1ТП за первым разделительным стрелочным переводом.

Радиусы вертикальных кривых при сопряжении элементов продольного профиля на спускной части горки должны быть не менее 250 м. IТП горок повышенной, большой и средней мощности необходимо размещать на спуске крутизной не менее 12‰, а на ГММ (с одной тормозной позицией на спускной части) - более 7‰. ПТП необходимо проектировать на спуске крутизной, обеспечивающей в неблагоприятных условиях трогание с места расчетных плохих бегунов, но не менее 7‰, а в холодных температурных зонах - не менее 10‰.

Крутизна участка стрелочной зоны должна проектироваться в пределах от 1 до 1.5‰, в крайних пучках - до 2‰ для горок с числом путей до 30 и до 2.5‰ для горок с числом путей более 30 и в холодных температурных зонах. Парковая тормозная позиция при оборудовании ее замедлителями и расположении в кривой проектируется на уклоне до 2%о, на прямой до 1.5‰. Сортировочные пути за парковой тормозной позицией следует проектировать на равномерном спуске крутизной 0.6‰.

8.2 Комплексное проектирование высоты и продольного профиля спускной части горки

Высота сортировочной горки в пределах расчетной длины может быть определена как сумма трех профильных высот расчетных участков:

-головного участка - между УВГ и началом 1ТП;

-среднего участка - между началом 1ТП и началом пучковой ТП;

-нижнего участка - между началом пучковой ТП и РТ.

Расчетная схема продольного профиля горки представлена на рисунке 8.2.

Рисунок 8.2 – Расчетная схема продольного профиля горки

Профильная высота головного участка горок повышенной, большой и средней мощности определяется с учетом наиболее полного использования допускаемой скорости входа расчетного очень хорошего бегуна (ОХ) на замедлители 1ТП при благоприятных условиях скатывания h₁^max, м, рассчитывается по формуле (23)

h_t^max =(V² * V₀²) / (2 * g_to) + h_осн + h_ск1, (23)

где V₀ - наибольшая начальная скорость скатывания ОХ, м/с (V₀= 2.5);

V_вх - допустимая скорость входа в замедлитель, м/с (V_вх=7);

g - ускорение свободного падения с учетом инерции вращающихся масс бегуна ОХ. м/с²; (ОХ - 4-осный полувагон, массой 85 тс);

h_осн1 - потери удельной энергии при преодолении основного удельного сопротивления движению

h_ск1 - потери удельной энергии при преодолении стрелок и кривых.

С целью определения длин элементов профиля необходимо наметить точки перелома профиля.

На вертикальной кривой, сопрягающей смежные элементы профиля, нельзя располагать замедлители, остряки и крестовины стрелочных переводов. Поэтому расстояния от точек перелома профиля до замедлителей, остряков и крестовин должно быть не менее длины тангенса вертикальной кривой. Переломы профиля можно делать в любом месте горизонтальной кривой, а также внутри стрелочного перевода между остряками и крестовиной. Для этого точка перелома профиля отодвигается на 2-3 метра от центра стрелочного перевода в сторону крестовины. Последовательность проектирования продольного профиля спускной части горки зависит от того, что является первым разделительным элементом (стрелочный перевод или замедлитель).

Так как первым разделительным элементом спускной части горки является стрелочный перевод, то порядок проектирования продольного профиля выглядит следующим образом.

Профильная высота нижнего участка H₃, м, рассчитывается по формуле (24)

H₃=[ i_сп*l_сп+i_птп*l_птп+i_сз*l_сз+i_2тп*(l_2тп-l_ек)]*10^-3, (24)

где l_ек – расстояние от точки перелома профиля между промежуточным уклоном и уклоном 2 ТП до начала балок замедлителя второй позиции.

Определяем максимальную профильную высоту головного участка. После чего устанавливаем крутизну уклона 1ТП, м, рассчитывается по формуле (25)

I_1ТП=h₂*10³-(i_2тп*l_ек+i_пром*l_пром)/(l_1тп-l_вс), (25)

где l_ВС – расстояние от точки перелома профиля между скоростным уклоном и уклоном 1ТП до начала балок замедлителя первой тормозной позиции.

После этого переходим к расчету величин первого и второго скоростных уклонов, рассчитывается по условию (26)

i^’_ск*l^’_cк+i^’’_ск*l^’’_ск=h_гол

i^’_ск-i^’’_ск=25, (26)

где l^’_ск – длина первого скоростного участка, м;

l^’’_ск – длины второго скоростных участка, м;

i^’_ск, – величина первого скоростного уклона, м;

i^’’_ск – величины второго скоростного уклона, м.

8.3Расчёт продольного профиля сортировочной горки большой мощности.

Развертка трудного пути представлена на рисунке 8.3

Рисунок 8.3 – Развертка трудного пути

Дополнительные данные для расчета:

-расчетная высота горки H_p=3,605 м.эн.в.

-длины расчетных участков:

l₁= 73,86м

l₂= 78,74м

l₃= 181,28м

l₄= 66,10м.

Длины элементов профиля:

-1-й скоростной уклон:

i^’_ск=40,33м;

-2-й скоростной уклон:

i^’’_ск=15,22м;

-уклон 1 ТП:

l_1ТП=38,45м;

-межпозиционный (промежуточный) уклон:

I_пром=7;

-уклон 2-й ТП:

l_2ТП=31,95м;

-уклон стрелочной зоны:

L_сз=150.33

-уклон ПТП

l_ПТП=20.1;

-уклон путей сортировочного парка:

l_сп=48.00м.

Далее определяем профильную высоту головного участка:

Принимаем V_вх = 7 м/с; V₀ = 2.5 м/с; h_cki= 0.017

g^’_ox= 9.81 / (1 + 0.42 * 4 / 85) = 9.62 м/с²

h_осн1=0.5 * 73.86* 10^-3 = 0.037 м.э.в.

h₁^max = (7² – 2.5²) / (2 * 9.62) + 0.037+ 0.017 = 2.276м.

Затем вычисляем профильные высоты нижнего и среднего участков.

Принимаем: i_cn = 0.6; i_ПТП = i_сз = 2; i_2ТП = i_пром = 7

Расстояние от точки перелома профиля между промежуточным уклоном 2ТП до начала балок замедлителя 2ТП согласно развертке составит

l_EK = 1.50 м,

Тогда профильная высота нижнего участка составит:

h₃ = [0.6 * 48 + 2 * 20.1 + 2 * 150,33 + 7 * (31.95 – 1.50)] * 10^-3 = 0,582м.э.в.

Профильная высота среднего участка h₂, м, определяется по формуле (27):

(27)

h₂= 3.833 – 2.365 – 0.507 = 0.961 м.э.в.

Далее вычисляем величины уклонов 1-го и 2-го скоростных элементов, решая следующую систему уравнений:

i^’_ск*39,26+ i^’’_ск*25,1=1817.76

i^’_ск=25+ i^’”_ск

i^’_ск=15.22+25=40.22‰

Так как i^’_ск < 50%₀ и i^’’_ск > i_1ТП (15.22 < 25.1), то величины этих уклонов не нуждаются в корректировке.

9 Построение кривых потерь энергетических высот

9.1 Расчет и построение кривых потерь энергетических высот при свободном скатывании

Для проверки работоспособности запроектированной горки выполняется графическое моделирование процесса роспуска составов с горки. Расчеты по проверке профиля горки, размещению и установлению мощности тормозных средств должны определять возможность обеспечения расчетной скорости роспуска при скатывании бегунов в неблагоприятном их сочетании. ОП(П) скатывается на трудный путь, а ОХ(Х) (в зависимости от мощности горки) скатывается на смежный с трудным путь. В качестве СП принимается 4-осный полувагон (п/в) весом 22тс. В качестве ОХ - 4-осный п/в весом 85. Проверки производятся для неблагоприятных условий скатывания (зима, встречный ветер).

При проверке наличия достаточных интервалов между скатывающимися отцепами и выполнении других технологических расчетов в качестве расчетной скорости ветра принимается для неблагоприятных условий ее средневзвешенное значение в румбе наибольшего значения удельной работы сил сопротивления воздушной среды и ветра в расчетном месяце.

Данные расчетов сводим в таблицы 4 и 5

Таблица 4 – Расчет данных для построения кривых энергетических высот для ОП бегуна

№ Участка	Длина участка.м	ОП, п/в, q=22тс, w0^оп=4,5 кгс/тс, S=8,5м^2, расч.румб- С B=30^0, t=-26^0C
Vв, м/с	α	Сх	Vi, м/с	Vот^2, м/с	wсв, кгс/тс	hсв, м.эн.в	hосн м.эн.в	hск м.эн.в	hw^оп м.эн.в	Ʃhw^оп
	73.86	3.16		1.755	4.2	54.17	2.709	0.20	0.532	0.074	0.606	0.606
	78.74	3.16		1.755	5.5	74.99	3.750	3.295	0.354	0.114	0.763	1.369
	181.28	3.16		1.755	5.0	66.59	3.338	0.604	0.816	0.315	1.735	3.104
	66,10	3.16		1.755	2.0	26.63	1.332	0.088	0.297	0.032	0.417	3.521

Таблица 5 - Расчёт данных для построения кривых энергетических высот для ОХ бегуна

№ Участка	Длина участка. м	ОХ, п/в, q=85тс, w0^оп=4,5 кгс/тс, S=8,5м^2, расч.румб- С B=30^0, t=-26^0C
Vм/с	α	Сх	Vi, м/с	Vот^2, м/с	wсв, кгс/тс	hсв м.эн.в	hосн м.эн.в	hск м.эн.в	hw^ОХ	Ʃhw^ох
	73.86	3.16		1.755	4.2	54.17	0.704	0.052	0.037	0.074	0.163	0.163
	78.74	3.16		1.755	5.5	74.99	0.975	0.077	0.039	0.114	0.230	0.393
	181.28	3.16		1.755	5.0	66.59	0.866	0.157	0.091	0.260	0.508	0.901
	66.10	3.16		1.755	2.0	26.63	0.346	0.023	0.033	0.632	0.088	0.989

Построение кривых потерь энергетических высот осуществляется следующим образом. На 15..20 мм ниже плана головы сортировочного парка в полном соответствии с масштабным планом вычерчиваются развертки трудного и смежного трудным путей от УВГ до РТ. На развернутом плане показываются начало и конец стрелочных переводов и кривых с указанием длин отрезков и полной характеристики кривых. На 60..70 мм ниже плана, смежного с трудным путем, проводится линия M^’N^’. От этой линии вниз откладывается энергетическая высота, соответствующая максимальной расчётной скорости роспуска при скатывании ОХБ – 4-осн. п/в весом 100тс.

Получим точку А- условную вершину горки. От этой точки вверх откладываем энергетическую высоту, соответствующую заданной скорости роспуска.

Изображение кривых потерь энергетических высот изображено на рисунке 9.1

Рисунок 9.1 – Построение кривой потерь энергетических высот расчетных бегунов при свободном скатывании

Через полученную точку проводим линию MN. На расстоянии H_г ниже точки А проводится третья параллельная линия KL, соответствующая уровню РТ, рассматриваемого пути. На линию KL из точек, соответствующих границам расчетных участков, опускаются перпендикуляры. Вниз от линии MN, начиная с точки M, откладываются в масштабе нарастающим итогом по перпендикулярам энергетические высоты h_w^on(S) и h_w^ox(S), израсходованные на преодоление сопротивлений основного, от стрелок и кривых, среды и ветра в пределах каждого участка от УВГ до РТ. Полученные точки соединяются прямыми, образующими ломаную линию, характеризующую удельную работу сил сопротивления движения отцепов (потери энергетических высот) основного, от стрелок и кривых, среды и ветра.

9.2 Построение кривых потерь энергетических высот при частичном торможении

Анализ кривой h_w^ox(S) показывает, что остаточная энергетическая высота в расчетной точке для ОХ, скатывающегося при неблагоприятных условиях без торможения, велика и не обеспечивает безопасности роспуска.

Очень хороший бегун должен подтормаживаться для подвода к РТ с остаточной энергетической высотой.

Дата добавления: 2015-10-21