ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПРОФИЛЯ ПУТИ НА ПРОДОЛЬНУЮ ДИНАМИКУ ПОЕЗДА НА ГОРНЫХ УЧАСТКАХ

АННОТАЦИЯ

В данной публикации рассмотрено движение грузового поезда по сложному горному участку Узбекской железной дороги Ангрен – Пап в режиме электродинамического торможения. С помощью модели движения поезда, разработанной в программном комплексе динамического моделирования MSC.ADAMS, рассмотрено продольно-динамическое взаимодействие вагонов при переходе на режим электродинамического торможения на спуске до 28 ‰. Произведена оценка продольных сил в межвагонных соединениях поездов с составами из 50 вагонов.

ABSTRACT

In this publication, the movement of a freight train along a complex mountainous section of the Uzbek Angren-Pap railway in the mode of electrodynamic braking is considered. With the help of a train motion model developed in the MSC.ADAMS dynamic modeling software package, the longitudinal-dynamic interaction of wagons during the transition to the electrodynamic braking mode on descent up to 28% is considered. The longitudinal forces in the inter-car connections of trains with trains of 50 cars were evaluated.

Ключевые слова: модель движения поезда, продольно-динамическая сила, межвагонное соединение, горный профиль пути, электродинамическое торможение.

Keywords: train motion model, longitudinal-dynamic force, inter-car connection, mountain track profile, electrodynamic braking.

Профиль участка горной дороги оказывает существенное влияние на продольные динамические усилия в межвагонных связях поездов. Изменение наклона профиля разбалансирует поезда как систему связанных между собой твердых тел (если это достигается в начале движения через разрыв профиля пути) и вызывает продольные колебания. Частота колебаний определяется собственной частотой колебаний поезда, которая зависит от количества вагонов, их массы и особенностей связи между вагонами. Продольные силы, возникающие в процессе колебаний, обобщаются внешними силами и при неблагоприятном сочетании факторов могут вызвать сход подвижного состава с рельсов или разрыв поезда. Таким образом, необходимо изучить влияние продольного профиля пути на продольную динамику поездов и разработать рекомендации по повышению безопасности движения.

Изучением влияния на продольную и вертикальную динамику поездов, взаимодействия подвижного состава и межвагонного соединения занимались такие ученые, как Э. Жуковский, М.М. Протодьяконов, В.А. Лазарян, Э.П. Блохин, С.В. Вершинский, и внесли значительный вклад в изучение продольных динамических сил при движении по прямолинейным участкам, переходных режимах и изменяющемся профиле пути.

АО «Узбекистон темир йуллари» железнодорожная линия Ангрен – Пап состоит из 7 поездов протяженностью от 13 до 24 км и протяженностью 124 км. Данный участок железной дороги имеет сложный горный рельеф с уклоном профиля пути 28 ‰ и более [1]. Он был построен для создания нового железнодорожного коридора Китай – Средняя Азия – Европа, а также для формирования единой железнодорожной сети Узбекистана и является важным звеном не только для железных дорог, но и для всей экономики нашей Республики Узбекистан [2].

Длинные крутые спуски требуют использования тормозного оборудования поезда в течение длительных периодов времени для поддержания скорости поезда на безопасном уровне. В то же время исследования [4] показывают, что не допускается использование только пневматических тормозов поезда, так как это вызывает перегрев тормозных колодок и колес подвижного состава, что приводит к их износу, а также является нарушением безопасности движения из-за разрядки пневмосистемы поезда. В таких условиях в качестве основного средства торможения следует использовать электродинамический тормоз локомотива, позволяющий длительное время удерживать скорость поезда на заданном уровне. При этом пневматические тормоза поезда используются только для торможения, если тормозной силы локомотива недостаточно для поддержания необходимой скорости, которая для грузовых поездов массой 2100–2400 тонн составляет 60 км/ч [1].

В работе рассмотрены движения поездов в холостом режиме через продольный профиль пути с учетом уклонов до 28 ‰. Произведен анализ результатов расчета движения однородного поезда, состоящего из 35 вагонов массой 90 т каждый. Силы в межвагонных соединениях при использовании пружинно-фрикционного поглощающего аппарата определяются в соответствии с выражением [3]:

                                                        (1)

где  С_н, С_р – коэффициент жесткости поглощающего аппарата при нагрузке и разгрузке соответственно;

q – сжатие поглощающего аппарата;

p, k – показатель степени при нагрузке и разгрузке, зависящий от конструкции аппарата;

K – коэффициент демпфирования;

 – скорость сжатия поглощающего аппарата;

T_0н – сила начальной затяжки поглощающего аппарата;

T_0р – минимальная сила возврата поглощающего аппарата;

Δ – зазор в межвагонном соединении.

В программном комплексе MSC.ADAMS вагоны рассматриваются как абсолютно твердые тела, их массы сосредоточены в центрах масс, не учитываются их вертикальные колебания и угловые перемещения. Характеристики поглощающего аппарата определяются выражением (1), получаются его постоянные параметры: С_н = 1,5‧105 кН/м²; p = 2; С_р = 1,0‧103 кН/м; k = 1; K = 200 кН‧с/м; T_0н = 50 кН; T_0р = 20 кН.

Для каждого поезда рассмотрены четыре различных варианта начала торможения, в каждом из которых тормозная сила увеличивается до максимального значения 500 кН в течение 15–30 с, а начало ее действия совпадает с положением локомотива в одной из точек, указанных на рисунке 1. Последующие смещены относительно нее на величину, пропорциональную длине поезда Lп. В расчетах учтено влияние зазоров в межвагонных соединениях, величина которых в различных поездах составляла 50 мм.

Рисунок 1. Схема расположения точек, определяющих начало действия электродинамического тормоза локомотива

Таблица 1.

Результаты расчета сил на автосцепке в режиме электродинамического торможения (точка 1)

Таблица 2.

Результаты расчета сил на автосцепке в режиме электродинамического торможения (точка 2)

Результаты расчета, полученные для поезда с составом из 35 вагонов массой по 90 т, представленные в таблицах 1, 2, показали, что наибольшие сжимающие силы в поезде возникают в случаях от 1 до 10 между вагонами во всех точках (в соответствии с рисунком 1). Указанные силы в случаях торможения в точках 1–2 практически не различаются, их значения минимальны и не превышают тормозной силы при любых возможных в эксплуатации зазорах (50 мм). Тормозная сила компенсирует растягивающие силы, вследствие чего их значения минимальны при торможении в точке 1, а сжимающие силы больше в точке 2, чем в точке 1.

Таким образом, рассмотрена возможность перехода поезда на режим электродинамического торможения в различных точках перелома. При плавном торможении в течение 15 секунд с начала действия тормозной силы в любой из рассмотренных точек безопасность движения по условию максимально допустимых продольных сил сжатия не нарушается. Однако с учетом того, что силы электродинамического тормоза недостаточно для поддержания скорости поезда в допустимых пределах и приходится периодически использовать пневматические тормоза, рекомендуется осуществлять переход на режим торможения как можно раньше, то есть в точке 1 в соответствии с рисунком 1. При этом следует отметить, что дальнейшее движение поезда через положительные переломы профиля пути следует анализировать отдельно, так как в этом случае переломы профиля приводят к возникновению сжимающих сил, величина которых складывается с силой электродинамического тормоза в отличие от ситуации, которая рассмотрена в исследовании.

Список литературы:

1. Галай Э.И. Оценка работы тормозного оборудования грузовых вагонов на участке Ангрен – Пап АО «Узбекские железные дороги» / Э.И. Галай, С.Г. Инагамов, А.А. Юлдашов // Механика. Исследования и инновации. – 2020. – № 13. – С. 47–54.
2. Рахимов Р.В. Angren-pop tog‘lik uchastkasi sharoitida yuk poyezdining elektrodinamik tormozlanishida yuzaga keluvchi bo‘ylama-dinamik kuchlarga baho berish / Р.В. Рахимов, А.А. Юлдашов, Ж.А. Абдирахманов, Б.Ш. Жумабеков // Машинасозлик илмий-техника журнали. – 2022. – № 1. – С. 247–256.
3. Умаров Х.К. Строительство железнодорожной линии Ангрен – Пап и ее роль в формировании сети железных дорог Республики Узбекистан / Х.К. Умаров, Е.С. Свинцов // Известия Петербургского университета путей сообщения. – 2014. – № 2 (43). – С. 80–86.
4. Умаров Х.К. Увеличение пропускной способности лимитирующего перегона линии Ангрен – Пап / Х.К. Умаров, Е.С. Свинцов // Известия Петербургского университета путей сообщения. – 2015. – № 2 (43). – С. 84–90.