Проектирование горки малой мощности на промышленной сортировочной станции

2.2.1 Общие положения

Для переработки вагоновна промышленных железнодорожных станциях предусматривают горки малой мощности – при среднесуточном числе перерабатываемых вагонов более 200 до 1500 и при числе сортировочных путей 4÷16.

Горки малой мощности проектируют, как правило, с одним путём надвига, одним спускным путём и с одной тормозной позицией на спускной части. В зонах с низкими температурами допускается устройство двух путей надвига (и двух горбов). В тех случаях, когда горка малой мощности устраивается не более чем на 8 путей, допускается проектировать одну тормозную позицию на пучках спускной части горки или непосредственно на путях сортировочного парка на расстояние не менее 19м от предельного столбика.

Тормозная позиция может быть ручная или оборудованная замедлителями малой мощности.

При переработке на горках малой мощности более 750 вагонов в сутки тормозные позиции спускной части должны быть механизированы горочной автоматической централизацией (ГАЦ).

2.2.2 Проектирование и расчёт надвижной части горки

Надвижная часть считается от предельного столбика последнего стрелочного перевода предгорочной горловины парка приема до вершины горки. Её длина должна быть, как правило, 150 м. В трудных условиях при реконструкции горок разрешается уменьшить это расстояние до 80 м. Для облегчения расцепки вагонов и остановки их при прекращении роспуска перед горбом горки делается подъём не менее 8 ‰ на расстоянии не менее 50 метров.

В целях повышения эффективности роспуска составов с переменной скоростью и при наличии благоприятных местных условий, этот подъём можно проектировать 12÷16‰ на протяжении 100÷150 м, причём предшествующий участок тогда располагается на площадке длиной около 350 м перед подъемом.

Необходимое требование, предъявляемое к профилю надвижной части – это обеспечение трогания с места полновесного состава из большегрузных вагонов горочным локомотивом при нахождении первого вагона перед вершиной горки, (рисунок 1) и определяется по формуле

 

, (22)

 

где – сила тяги локомотива при трогании состава с места /4/,кгс;

– средний уклон на длине состава, остановившегося перед вер-шиной горки, ‰;

– дополнительное среднее удельное сопротивление движению подвижного состава от кривых, кгс/т;

– дополнительное среднее удельное сопротивление движению подвижного состава от стрелок, кгс/т;

– удельное сопротивление движению подвижного состава при трогании с места, кгс/т.

 

 

Рисунок 1 – Профиль надвижной части горки

 

В расчетах принимаем все вагоны на роликовых подшипниках, тогда удельное сопротивление при трогании состава с места определяем по формуле /4/

, (23)

 

где – сопротивление движению вагонов на подшипниках качения,

кгс/т;

q_o – средняя нагрузка от оси на рельс, т.

Дополнительные сопротивления на стрелках и кривых надвижной части определяются по формулам

 

, (24)

, (25)

где – длина состава, м;

, – количество стрелочных переводов и сумма углов поворота в градусах на участке .

Если в результате расчётов неравенство (22) не соблюдается, необходимо перепроектировать профиль надвижной части: уменьшить длину (но не менее 50 м) или крутизну (но не менее 8 ‰) предгорочного элемента надвижной части или заменить маневровый локомотив на более мощный /4/.

 

Сопряжение уклонов надвижной и спускной частей горки обеспечивается разделительной горизонтальной вставкой с наименьшей длиной, равной сумме смежных тангенсов вертикальных сопрягаемых кривых T_ск., T_н. (рисунок 2).

Наиболее рациональными считаются подъемы перед горбом горки при скорости роспуска /3/: V₀ = 0,8 м/с – 8 ‰;

V₀ = 1,0 м/с – 12 ‰;

V₀ = 1,5 м/с – 18 ‰;

V₀ = 2,2 м/с – 23 ‰.

 

 

Рисунок 2 – Профиль вершины горкибезразделительной площадки

Для облегчения надвига состава на горб (при параллельном расположении парков сортировки и приема) конец надвижного пути на протяжении примерно 200 м рекомендуется проектировать на спуске около 10 ‰ в сторону горба горки.

Наименьшие радиусы сопрягаемых кривых на вершине горки принимаются 350м, а на остальных элементах спускной части горки – не менее 250 м.

Для предотвращения саморасцепления вагонов на вершине горки сумма абсолютных величин сопрягаемых уклонов надвижной и спускной части не должна превышать 55 ‰. При большей сумме уклонов предусматривается горизонтальная вставка на длину базы вагона неменее 19 м, (рисунок 3).

 

 

Рисунок 3 – Профиль вершины горки с разделительной площадкой

 

2.2.3 Проектирование и расчёт спускной части горки

2.2.3.1 Порядок проектирования

Расчёт сортировочных горок в настоящее время производят по установленной дальности пробега отцепов в следующем порядке:

– разрабатывается план горочной горловины и определяется расчётная длина горки (см. приложение А). При этом эмпирически принимаются расстояния от вершиныгорки до первого разделительного участка, от последнего предельного столбика до расчётной точки и участка для размещения тормозных позиций;

– определяется высота горки при постоянном основном сопротивлении движению и принимается эмпирически средняя скорость движения вагона по горке;

– проектируется продольный профиль горки в пределах полученной разности отметок вершины горки и расчётной точки с учётом требований, предъявляемых к отдельным его элементам и ограничений, накладываемых возможностями существующих технических устройств.

Элементы профиля проектируют от концов к середине, т.е. уклоны средних или промежуточных элементов определяют исходя из рамок, накладываемых высотой горки:

– по условиям скатывания отцепов при неблагоприятном их сочетании (П-Х-П) проверяют высоту горки, мощность тормозных позиций, интервалы на разделительных элементах. При этом величина погашения энергетической высоты на тормозных позициях устанавливается подбором;

– проводят корректировку отдельных элементов плана и профиля или повторное проектирование до получения результатов, удовлетворяющих условиям проверки.

2.2.3.2 Проектирование плана спускной части сортировочной горки.

Конструкция спускной части горки должна обеспечивать:

– наименьшую длину пробега вагонов от вершины горки до предельного столбика наиболее удаленной отнеё разделительной стрелки, что дает наименьшую высоту горки и потребительскую мощность тормозных средств;

– наименьшую разность длин пробегов вагонов от вершины горки до разделительных стрелок при следовании их на различные пути парка, чем обеспечивается облегчение регулирования интервалов между скатывающими отцепами;

– наименьшую длину совместного маршрута следования для большинства отцепов, что повышает пропускную способность разделительных стрелок и снижает опасность нагонов;

– возможность размещения тормозных устройств в соответствии с потребностями торможения и конструктивными их особенностями, а также устройств, для автоматизации работы горки;

– наибольшую безопасность маневровой работы.

Этим требованиям наилучшим образом отвечает пучкообразная конструкция горочной горловины с применением симметричных стрелочных переводов марки 1/6, глухих пересечений марки 2/6 и радиусов кривых 200 м, а на крайних путях – 180 м.

Допускается в отдельных случаях применение кривых радиусом до 140 м с соответствующим усилием пути. Оптимальное число путей в одном пучке для горок малой мощности от 3 до 8. Расстояние между осями путей в пучке принимается 5,3 м, а между пучками – 6,5 м (см. приложение А).

Для расчётов сортировочной горки и ее элементов принято все вагоны делить в зависимости от ходовых качеств на плохие (П), хорошие (X) и очень хорошие (ОХ) бегуны.

Расчётный, плохой бегун – это крытый четырехосный вагон на роликовых подшипниках с массой груза 25 т при грузоподъёмности до 60 т; 30 т при грузоподъёмности от 60 до 70 т; 50 т при грузоподъёмности более 70 т.

Расчётный, хороший бегун – четырехосный полувагон на роликовых подшипниках с массой груза 60 т.

Очень хороший бегун – четырехосный полувагон на роликовых подшипниках с массой груза 70 т.

2.2.4 Определение трудного и легкого пути и расчёт высоты горки.

Суммарная удельная работа сил сопротивления, действующих на вагон при прохождении им расстояния от вершин горки до расчётной точки, зависит от длины пути, количества стрелочных переводов и числа кривых.

Сортировочный путь с минимальной суммарной удельной работой всех сил сопротивления называется легким, а с наибольшей суммарной удельной работой сил сопротивления – трудным.

Удельная работа сил сопротивления преодолеваемых плохим бегуном при неблагоприятных условиях скатывания рассчитывается по каждому пути сортировочного парка по таблице 9, для заполнения которой необходимо воспользоваться данными таблицы 7 и заполнить таблицу 8.

 

Для симметричных горловин парков расчёт можно производить для путей только половины парка.

Для заполнения таблицы 9, значения L_р.,Sa и n определяются по масштабному плану головы сортировочного парка. Основное удельное сопротивление расчётных бегунов w₀, принимается (см. приложение Б2) в зависимости от расчётной суточной температуры, которая рассчитывается по формуле (26), w_ср рассчитывается по формуле (27).

Ориентировочно загрузку расчетного, плохого бегуна при средней грузоподъёмности вагона до 60÷70 и более тонн соответственно принимается 25, 30, 50 т.

, (26)

 

где t^˚_ср – средняя месячная температура воздуха, полученная из многолетних (более 10 лет) наблюдений по данным местных метеостанций, а в курсовом проекте принимается по заданию.

 

Дополнительное удельное сопротивление воздушной среды , кгс/т, определяется для одиночных вагонов по формуле

 

, (27)

 

где C_x – коэффициент обтекаемости одиночных вагонов или первого вагона в отцепе;

S – площадь поперечного сечения (мидель) одиночного вагона в отцепе, м²;

q – масса вагона, т;

t⁰ – расчетная температура воздуха, С^˚;

V²_р – относительная скорость отцепа с учётом направления ветра, м/с.

 

Коэффициент С_х. принимается по таблице 8 в зависимости от рода вагона и угла a между результирующим вектором относительной скорости и направлением движения отцепа.

 

Относительная скорость отцепа V_р, м/с и угол a,град,определяются по формулам

 

, (28)

 

, (29)

 

где V_ср – средняя скорость движения отцепа на участке спускной части горки, м/с;

V_в – скорость ветра (принимается постоянной), м/с;

b – угол между направлением ветра и осью участка пути, по которому движется отцеп, град. При b > 30° с допустимой погрешностью:

 

V_р= V_ср ± V_в (30)

 

, (31)

 

В формулах знак плюс принимается при встречном ветре, минус при попутном ветре. Если скорость попутного ветра выше скорости отцепа, w_ср принимается со знаком минус.

 

Таблица 7 – Определение коэффициента обтекаемости C_х.

Род вагонов	Число осей	S, м2	Угол между результирующим вектором относительной скорости и направлением движения отцепа, a˚
0°	10°	20°	30°	50°	70°	90°
Полувагон		6,5	1,36	1,68	1,83	1,76	1,11	0,43	0,1
Крытый		9,7	1,12	1,46	1,64	1,58	0,92	0,29	0,1
Полувагон		10,2	1,46	1,71	1,80	1,72	1,16	0,51	0,15
Полувагон		10,7	1,56	1,85	2,09	2,03	1,15	0,4	0,15

 

Следует принимать среднемесячную скорость ветра каждого направления, а при расчёте высоты горки должны быть приняты самые неблагоприятные скорость и направление ветра при данных условиях роспуска.

 

За расчётный принимается январь месяц, в котором получается наибольшая сумма основного удельного сопротивления плохого бегуна и сопротивления воздушной среды и ветра w_ср+ w_о.

Расчёт сопротивлений воздушной среды и ветра по частям света сводятся в таблицу 8. Средняя скорость V_ср. движения плохого бегуна для горок малой мощности принимается равной 3 м/с.

 

Таблица 8 – Основные параметры сопротивления воздушной среды и ветра

Месяц	Направление ветра	b	Vв	Vср	Vр	a	Cх	wср	wо	wср+ wср.	Примечание
январь

 

Расчётная высота горки – это разность отметок её вершины и расчётной точки трудного по сопротивлению пути подгорочного парка.

 

Расчёт высоты горки ведётся с учётом обеспечения прохода плохого бегуна при самых неблагоприятных условиях скатывания (встречном ветре, зимней расчётной температуре) до расчётной точки трудного по сопротивлению пути сортировочного парка, который определяется по таблице 9. Расстояние до расчётной точки принимается 12÷50 м от предельного столбика расчётного пути.

 

Таблица 9 – Расчёт потерь энергетических высот сопротивлений

Номер пути сортировочного парка	Число стрелок в маршруте	Расчетная длина, Lр	Угол поворота, a, град	Энергетическая высота сопротивлений, м
на стрелках, a˚с	на кривых, a˚ кр	всего Sa˚	основного и среды Lр (w0 +wср)/1000	от стрелок 0,02· n	от кривых 0,009·Sa˚	всего hw
…

 

Высота горки Н_г, м, определяется по формуле

 

, (32)

 

где L_р – расстояние от вершины горки (точка отрыва отцепов) до расчётной точки трудного по сопротивлению пути, м;

w₀ – основное удельное сопротивление движению плохого бегуна, кгс/т;

w_ср – сопротивление воздушной среды и ветра плохого бегуна, кгс/т;

9 – дополнительная удельная работа сил сопротивления расчётного бегуна в кривых на каждый градус угла поворота, кгм/т;

Sa – сумма углов поворота на пути следования отцепа по трудному участку до расчётной точки, включая углы поворота стрелочных переводных кривых, град;

20 – дополнительная удельная работа сил сопротивления от ударов при проходе отцепа по стрелочному переводу кгм/т;

n – число стрелочных переводов по пути следования отцепа на трудный по сопротивлению путь;

V₀ – скорость надвига состава на горку, м/с;

q' – ускорение силы тяжести с учётом вращающихся масс вагона плохого бегуна, м/с². В расчетах принимаем равным 9,5 м/с².

 

Исходные данные для расчёта высоты горки принимаются из таблицы 9 по строке, соответствующей трудному пути.

Полученная по формуле (32) высота горки является минимальной. При экономическом обосновании высота горки может быть больше. Увеличение высоты горки приводит к сокращению эксплуатационных расходов по осаживанию вагонов в сортировочном парке, повышает строительные затраты на создание более мощных тормозных позиций и расходы, связанные с их эксплуатацией.

Максимальная высота определяется наибольшей (допустимой) скоростью входа отцепов на замедлители.

 

2.2.5 Проектирование продольного профиля спускной части горок

малой мощности

Продольный профиль спускной части горок проектируется для каждого пучка подгорочного парка с учётом кривизны путей и характера вагонопотока, следующего на данный пучок.

Расчётную длину спускной части горок (рисунок 4) разбивают на четыре расчётных участка продольного профиля: скоростной, тормозной позиции, стрелочной зоны и сортировочных путей подгорочного парка (до расчётной точки остановки плохого бегуна).

Уклон и длина элементов участка, от горба (точки отрыва отцепа) до первой тормозной позиции определяются расчётом. Они должны обеспечивать интервалы движения между последовательно скатывающимися плохим и хорошим бегунами (П-Х-П) достаточными для беспрепятственного перевода замедлителя из не тормозного в тормозное положение, а также для перевода разделительной стрелки при сохранении расчётной скорости надвига.

 

 

 

Рисунок 4 – Продольный профиль горки малой мощности

 

Уклон скоростного участка i_ск ,‰, определяют в зависимости от расчётной высоты горки H_г по формуле

 

, (33)

 

где i_с., i_з., i_т – уклоны соответственно участка расчётного сортировочного пути (от предельного столбика до расчётной точки), стрелочной зоны и тормозной позиции, ‰;

l_р.т., l_з., l_т., l_{ск .} – длина элементов соответственно участка от предельного столбика до расчётной точки, стрелочной зоны, тормозной позиции и скоростного, м;

T_В – длина от горба до точки перелома скоростного участка, м.

 

Уклон скоростного участка спускной части горки малой мощности (скоростной уклон) принимается наименьшим 25 ‰. Он может быть увеличен, но не круче 40 ‰.

Длина скоростного участка (от вершины горки до перелома профиля в месте сопряжения с участком тормозной позиции) – 40÷50 м.

Если участок l_ск. – T_{В .} имеет длину более 60 метров, целесообразно разбить его на два элемента l^′_ск. и l^″_ск.. Уклон i^′_ск первого элемента принимается 30÷40 ‰. Уклон i^″_{ск .} второго элемента определяется из выражения

 

, (34)

 

Кривые в вертикальной плоскости следует размещать вне замедлителей, остряков, крестовин на расстоянии тангенса вертикальной кривой Т_В, м, который определяется по формуле

 

, (35)

 

где R_В – радиус вертикальной кривой,м;

Di – алгебраическая разность смежных уклонов, ‰.

 

Уклон на участке пучковой тормозной позиции на горках малой мощности должен быть не менее 7‰ для того, чтобы обеспечить трогание с места плохих бегунов даже в неблагоприятных условиях в случае остановки их при торможении.

Длина тормозных участков зависит от числа и типа устанавливаемых замедлителей, также от конструкции горочных горловин /3/.

Стрелочная зона проектируется на спуске в сторону подгорочных путей со средним уклоном до 1,5‰. На крайних путях этот уклон может быть увеличен до 2‰.

Продольный профиль сортировочных путей на горках рекомендуется проектировать из нескольких элементов. Первому элементу, на длину половины состава, придается равномерный уклон:

– при длине состава 800 м – 1‰;

– при длине состава 1000 м – 0,9‰;

– при длине состава 1200 м – 0,8‰.

На неспециализированных сортировочных путях короткого протяжения (200÷400 м) первому элементу на длину 100 м придается уклон не более 1,5‰.

Следующий за ним элемент сортировочного пути должен иметь уклон не более 0,5‰.

Последнюю часть сортировочного пути на протяжении 120÷200м, а при коротких путях – на 100÷150 м, следует располагать на обратном уклоне 0,5‰, учитывая возможность увеличения этого уклона на кривых участках пути на величину удельного сопротивления движению вагонов.

В хвостовой горловине сортировочного парка рекомендуется устраивать обратный уклон 2‰.

Элементы профиля проектируют от концов к середине, т.е. уклоны средних и промежуточных элементов определяют исходя из рамок, накладываемых высотой горки.

 

2.2.6 Расчёт мощности тормозных позиций

На горках малой мощности механизированные тормозные средства должны обеспечивать при благоприятных условиях скатывания остановку очень хороших бегунов из числа четырехосных и шестиосных вагонов на парковой тормозной позиции при использовании мощности всех тормозных позиций, расположенных по маршруту скатывания.

Общая мощность тормозных средствна горках малой и средней мощности Н₀, м, определяется из выражения

 

, (36)

 

где h_л.п., l_л.п. – высота и длина участка от расчётной вершины сортировочного устройства до конца парковой тормозной позиции наиболее легкого пути,м;

h_ох – энергетическая высота, соответствующая скорости надвига очень хорошего бегуна;

w₀ – основное удельное сопротивление движению очень хорошего бегуна, кгс/т;

åa_лп – сумма стрелочных углов поворота кривых участков пути по маршруту следования очень хорошего бегуна протяжением l_л.п, град.;

n_лп – число стрелочных переводов при движении отцепов по легкому пути.

 

Если на сортировочных устройствах с горками малой мощности и вытяжными путями тормозные позиции на сортировочных путях не проектируются, то значения, l_л.п. и h_л.п. принимают до предельного столбика наиболее легкого по сопротивлению движения вагонов сортировочного пути.

 

Общее число замедлителей по маршруту следования отцепов определяется по формуле:

 

, (37)

 

где h_з – энергетическая высота, поглощаемая вагонным замедлителем, м.

Число замедлителей на каждой тормозной позиции определяется из соотношения её потребной расчётной мощности к поглощаемой мощности одного замедлителя. Эксплуатационно-технические характеристики замедлителей приведены в таблице Б2 приложения Б.

Расчётная мощность парковой тормозной позиции h"_т определяется величиной расчётной скорости роспуска, которая должна быть обеспечена на данной горке /5/.

Потребляемая мощность парковой тормозной позиции включает её расчетную h"_т и дополнительную h_т(пр) мощность, предусматриваемую для компенсации погрешностей в работе предшествующей ей пучковой тормозной позиции, а также на участке междуними. Для парковой позиции h _{т (пр)} принимать 0,05 м энерговысоты.

Величина мощности первой (пучковой) тормозной позиции h_т, м, определяется по формуле:

 

, (38)

 

где h"_{т (пр )} – проектная мощность парковой тормозной позиции, равная сумме энерговысоты, поглощаемой всеми замедлителями, которые проектируются для установки на этой позиции, м.

 

В курсовом проекте используем значения для одиночных вагонов из таблицы 10.

Таблица 10 – Мощность h"_т парковой тормозной позиции горки малой мощности в зависимости от расчётной скорости роспуска и числа подгорочных путей, м

Количество путей в	Скорость роспуска, м/с
сортировочном парке	1,0	1,5
	0,55	0,80
	0,35	0,60
	0,35	0,60
	0,35	0,35