ПЗ (Тяговые расчёты для новых схем формирования поездов), страница 8

- UM Rail\Wheel Wear – дополнительный модуль для прогнозирования износа профиля железнодорожного колеса.

4.1 Создание модели поезда с распределенной тягой, при различных схемах формирования.

В качестве локомотивов будут использованы магистральные электровозы переменного тока 2ЭС5К (2 ‒ количество секций, Э ‒ грузовой электровоз, С ‒ секционный, К ‒ коллекторный тяговый привод) «Ермак».

Данные электровозы эксплуатируются на железных дорогах, электрифицированных на однофазном переменном токе номинального напряжения 25 кВ и частоты 50 Гц, разработанный для замены электровозов серий ВЛ60 и ВЛ80. Имеют формулу ходовой части – 2о−2о. Разработаны Всероссийским НИИ электровозостроения (ВЭлНИИ) в Новочеркасске, собираются на Новочеркасском электровозостроительном заводе и реализуются с 2004 года компанией «Трансмашхолдинг» [20].

Локомотив состоит из двух одинаковых секций, каждая из которых имеет с головной стороны кабину управления, а с хвостовой – межсекционный переход. Масса электровоза – 192 т, длина по осям автосцепок – 35 000 мм.

На участке Смоляниново – Находка Дальневосточной железной дороги электровозы 2ЭС5К формируют в четырёхсекционном исполнении с использованием двух двухсекционных локомотивов в голове поезда, а также, в качестве толкача, двух двухсекционных локомотивов в хвосте поезда.

Схема формирования поезда массой 6 300 тонн изображена на рисунке 4.4. Это реально эксплуатируемая схема формирования с распределённой тягой, которая применяется на участке Смоляниново – Находка.

Рисунок 4.4 – Схема формирования поезда при постановке локомотивов в голове и хвосте состава.

Далее, на рисунках 4.5, 4.6 и 4.7 показаны экспериментальные схемы формирования, которые нужно исследовать.

Рисунок 4.5 – Схема сдвоенного поезда массой 12 000 тонн

Рисунок 4.6 – Схема сдвоенного поезда массой 14 000 тонн

Рисунок 4.7 – Схема строенного поезда массой 18 000 тонн

Первым этапом при выполнении моделирования будет создание модели поезда в программе UM Input c помощью мастера создания модели поезда.

Прежде чем приступить к данному этапу требуется провести еще одну операцию. Дело в том, что в программном комплексе «Универсальный механизм» нет требуемой модели локомотива 2ЭС5К, поэтому при моделировании будет использоваться модель локомотива ВЛ80С, с тяговой характеристикой 2ЭС5К.

Для того, чтобы изменить тяговые характеристики локомотива требуется в программе UM Input открыть объект, которым будет являться секция локомотива ВЛ80С. Далее открыть вкладку Шарнирная сила и выбрать список тяговых характеристик, как показано на рисунке 4.8.

Рисунок 4.8 – Окно задания силы тяги.

На оси абсцисс задается сила тяги, а на оси ординат скорость. Множитель оси Y, устанавливается равным 0,5 так как тяговая характеристика, для каждой секции задается отдельно, и в численном виде, на каждую секцию она задана как при двухсекционном исполнении. Поэтому для каждой секции, в программе UM Input, необходимо установить такой множитель.

Вид редактора тяговых характеристик показан на рисунке 4.8. Всего требуется задать 4 тяговые кривые. Для величин скоростей движения, значение которых выходят за границы абсцисс введенных точек, применяется экстраполяция. Поэтому, следует доводить тяговые характеристики до ограничений (по скорости, мощности или сцеплению) либо до нуля с указанием как минимум двух точек с соответствующей ординатой (чтобы в конце кривой получился отрезок, лежащий на линии ограничений или на оси абсцисс).

Рисунок 4.9 – Окно редактора кривых (Тяговая характеристика 2ЭС5K)

Теперь, в окне мастера создания поезда для каждой схемы формирования задается необходимое количество экипажей. В общем виде формула для расчета количества экипажей имеет вид

(4.1)

где ‒ масса состава, т;

‒ масса груженного вагона, т;

‒ масса состава, т.

Идентификатор массы вагона в программе UM Input равен 90 тонн. Количество секций локомотивов определяется из схем формирования.

Для поезда массой 6 300 тонн количество экипажей равно:

Аналогично для поезда массой 12 600 тонн:

Для схем формирования массой 14 200 тонн и 18 000 тонн соответственно:

Установив необходимое количество экипажей, во вкладке Вагоны выбирается тип вагона – полувагон и назначается для всех экипажей. Затем, в соответствующие места, устанавливаются локомотивы. Для этого во вкладке Локомотивы, с помощью контекстного меню нужно выполнить команду «Заменить текущий » как показано на рисунке 4.10.

Рисунок 4.10 – Создание модели поезда массой 12 600 тонн

Таким образом, полувагон будет заменен локомотивом в требуемом месте. Таким способом модель поезда создается намного быстрей, нежели каждый экипаж вставлялся бы на соответствующую позицию по отдельности. Далее для экипажей назначается тип межвагонных соединений. Для всех межвагонных соединений будет назначен тип поглощающего аппарата Ш-2-В, рисунок 4.11.

Рисунок 4.11 – Назначение типа межвагонных соединений.

На рисунках 4.12, 4.13, 4.14 показана готовая модель поезда массой 12 600 тонн, соответственно головная, средняя и хвостовая часть.

Рисунок 4.12 – Модель поезда массой 12 600 тонн (головная часть)

Рисунок 4.13 – Модель поезда массой 12 тыс. тонн (средняя часть)

Рисунок 4.14 – Модель поезда массой 12 тыс. тонн (хвостовая часть)

Аналогично создаются модели для остальных схем формирования поездов с распределенной тягой.

Созданные модели требуется сохранить и перейти к следующему этапу – задание параметров для моделирования программе UM Simulation. Открыв созданную ранее модель, в инспекторе моделирования, назначаются параметры для моделирования.

В первую очередь создается макрогеометрия, редактор которой находится во вкладке Инструменты – редактор макрогеометрии.

Окно редактора делится на 2 части. В верхней части окна задается профиль пути в плане, а в нижней части – вертикальный профиль. Профиль пути в плане описывает геометрию пути в горизонтальной плоскости, здесь описываются как кривые, так и участки профиля не содержащих кривых.

Нижняя часть окна макрогеометрия содержит описание вертикального профиля пути, в котором можно задать параметры участка пути с уклоном либо без уклона.

Для расчетов наиболее интересен участок Анисимовка – тоннель, так он имеет наиболее сложный профиль, представляющий череду подъемов крутизной до 27,8 ‰, с кривыми малого радиуса. Протяженность участка составляет 7 км.

В окне редактора макрогеометрии, участок Аниссимовка – тоннель выглядит, как показано на рисунке 4.15, в зеркальном отражении.

Рисунок 4.15 – Вид пути в плане и вертикального профиля пути, для участка Анисимовка-тоннель.

Если сравнить этот вид, с видом со спутника в программе Google Earth рисунок 4.16, то можно сделать вывод, параметры профиля заданы, верно, с небольшой погрешностью в некоторых местах.

Рисунок 4.16 – Анисимовка-тоннель в Google Earth.

Все настройки параметров поезда расположены на вкладке Поезд в инспекторе моделирования объекта. Чтобы назначить силу сопротивления для модели поезда, требуется назначить модель локомотив для всех локомотивов. Для груженых вагонов необходимо создать модель силы сопротивления. По правилам тяговых расчетов на бесстыковом пути основное удельное сопротивление движению четырехосных вагонов на роликовых подшипниках определяют по формуле

(4.2)

В программе формула удельного сопротивления имеет следующий вид:

(4.3)

где М – масса вагона, кг;

v – скорость движения, м/c;

3,6 – коэффициент перевода скорости из м/c в км/ч;

9,81 – коэффициент перевода из кгс в Н.

Созданная модель сопротивления показана на рисунке 4.17.

Рисунок 4.17 – Созданная модель сопротивления груженого четырёхосного вагона на роликовых подшипниках.

Эта модель сохраняется, а затем во вкладке Сопротивление ‒ основное ее следует добавить в базу сопротивлений программы и назначить всем вагонам в составе, как показано на рисунке 4.18.

Рисунок 4.18 – Сила сопротивления для модели поезда.

Сопротивления в кривой задается как показано на рисунке 4.19.

Рисунок 4.19 – Задание сопротивления в кривой

Задавать параметры рычажной передачи и тормозной системы не требуется, так как исследуется тяговый режим.

Далее задается силы тяги. В программном комплексе «Универсальный механизм» существуют несколько способов задания режима тяги: по графику позиции контроллера машиниста, по графику скорости, по графику силы тяги, а также режим квазистатики с приложением постоянной силы к локомотивам и режим x(t) = const для удержания на месте экипажа поезда.

В пользовательском режиме на тягу не заданы ограничения (кроме ограничения по сцеплению) – пользователь самостоятельно управляет силой тяги, с помощью пульта управления.