автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Методы моделирования движения поездов в координатных системах интервального регулирования

МЕНАКЕР Константин Владимирович

МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ В КООРДИНАТНЫХ СИСТЕМАХ ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Специальность 05.22.08 - Управление процессами перевозок

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МЕНАКЕР Константин Владимирович

МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ В КООРДИНАТНЫХ СИСТЕМАХ ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Специальность 05.22.08 - Управление процессами перевозок

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Российском государственном открытом техническом университете путей сообщения (РГОТУПС)

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Боровков Юрий Геннадьевич

Официальные оппоненты — доктор технических наук, профессор

Абрамов Валерий Михайлович кандидат технических наук, доцент Максимов Владислав Михайлович

Ведущая организация - Российский научно-исследовательский и проектно-

Защита диссертации состоится 20 января 2005 г. в 13 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 218.009.02 при Российском государственном открытом техническом университете путей сообщения (РГОТУПС) по адресу: 125993, г. Москва, ул. Часовая., д. 22/2, ауд. 344.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГОТУПС.

Автореферат разослан « » декабря 2004 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу диссертационного совета.

Ученый секретарь

диссертационного совета тт 218 009 02

конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи Министерства путей сообщения Российской Федерации (ВНИИАС МПС России)

д.т.н., профессор

И.А Алейников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Оснащенность железных дорог средствами автоматики и телемеханики (СЖАТ) является одним из определяющих факторов обеспечения безопасности движения, пропускной способности и эффективности управления перевозочным процессом.

Насущной проблемой развития СЖАТ является сокращение эксплуатационных затрат и повышение уровня безопасности движения.

В последние годы наблюдается стабильный рост объема перевозок. По прогнозам специалистов потребности в транспортировке продукции будут возрастать и далее. Между тем запас по пропускной способности линий фактически исчерпан. Поэтому, важнейшей задачей железнодорожного транспорта в ближайшее время станет повышение провозной и пропускной способности.

Повышение провозной способности железнодорожного транспорта можно достичь за счет: увеличения средней скорости движения поездов, строительства дополнительных путей, увеличения длины и веса грузовых поездов, сокращения межпоездных интервалов, организационных мероприятий. Для увеличения средней скорости движения поездов необходимо повышение качества содержания пути и подвижного состава, кроме того, потребуется реконструкция отдельных участков пути. Указанные мероприятия, включая строительство дополнительных путей, являются долгосрочными и приведут к существенным материальным затратам. Увеличение длины и веса грузовых поездов приводит к росту числа аварийных ситуаций.

Наиболее эффективным способом повышения провозной способности является сокращение межпоездных интервалов в совокупности с проведением ряда организационных мероприятий.

Существенного сокращения межпоездных интервалов можно достичь только за счет реализации координатного принципа интервального регулирования (ИР). Тенденция развития координатных систем ИР показывает, что наиболее эффективным средством передачи информации между поездами и центром управления является цифровой радиоканал связи.

Применение цифрового радиоканала связи при реализации координатного принципа ИР позволяет не только сократить интервалы попутного следования поездов, но и минимизировать объем напольного оборудования.

Следует отметить, что принципы построения координатной системы ИР с использованием радиоканала связи были заложены советскими учеными еще в 60-х годах. Значительный вклад в развитие системы внесли известные ученые: Волков А.А.,

Брылеев A.M., Дмитренко И.Е., Кравцов Ю.А., Лисенков В.М., Пугин Д.К. и др. Однако, уровень технических средств, несмотря на огромные усилия ученых и инженеров, не позволил в то время реализовать систему, удовлетворяющую требованиям безопасности движения.

Создание координатной системы ИР с использованием радиоканала связи является сложной технической и наукоемкой задачей, требующей комплексного решения как в области реализации надежного радиоканала связи, аппаратных и программных средств, так и в области организации движения.

Работы по решению отдельных технических вопросов в настоящее время ведутся специалистами научных организаций и транспортных ВУЗов в основном в рамках создания единой комплексной системы управления и обеспечения безопасности движения на тяговом подвижном составе, включающей локомотивные устройства КЛУБ-У, САУТ-ЦМ, ТСКБМ - телемеханическую систему бдительности, УСАВП - систему автоматического ведения поезда. Значительный вклад в развитие современных бортовых устройств для систем ИР внесли известные ученые нашей страны: Шалягин Д.В., Розенберг Е.Н., Головин В.И. и др.

Однако, для реализации координатной системы ИР не менее важным является создание программного уровня управления (ПУ), отвечающего за обработку полученной с поездов информации и формирование команд для безопасного регулирования их движения.

При координатном способе ИР, полученные на основе математических моделей программы и алгоритмы, должны гарантированно обеспечивать безопасность следования поездов с минимальными интервалами.

Указанное обстоятельство подтверждает необходимость проведения комплекса исследований в области методологии обеспечения безопасности и организации движения поездов посредством уточнения существующих и разработки новых математических моделей движения поезда применительно к специфике координатного способа ИР.

Конечные результаты исследований направлены на решение задачи по определению величины минимально-допустимого интервала следования попутных поездов, обеспечивающего при координатном способе регулирования требуемые безопасность движения и пропускную способность линий.

Таким образом, тема диссертационной работы является актуальной, отвечает задачам проекта по созданию многоуровневой системы обеспечения безопасности движения, поэтапно реализуемого в настоящее время на железнодорожном транспорте.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Цель реферируемой работы состоит в разработке математического обеспечения основных блоков ПУ координатной системы ИР, обеспечивающих прогнозирование процесса движения поезда в режиме выбега и торможения и определение величины минимально-допустимого интервала следования попутных поездов.

Поставленная цель выявила необходимость решения следующих задач:

— уточнения математических моделей, описывающих переходный процесс торможения поезда;

— аналитического представления геометрии железнодорожного пути;

— учета неоднородности распределения массы вдоль длины поезда при определении силы дополнительного сопротивления движению от уклонов и кривых;

— уточнения методики определения и учета действительных тормозных характеристик поезда;

— определения и учета абсолютных отклонений расчетных параметров движения поезда;

— определения интервала безопасности на основе вероятностной и количественной оценки изменения тормозной эффективности поезда в процессе его движения;

— разработки методик прогнозирования и предотвращения аварийных режимов движения поезда, связанных с возможным массовым юзом колесных пар вагонов и превышением предельно-допустимой продольной квазистатической силы в его сечениях.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Использованы математические методы полиномиальной интерполяции, интерполяционных сплайнов, статистической обработки неоднородных совокупностей, численного анализа и обработки результатов опыта, теории вероятностей и теории надежности.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В диссертации разработаны: 1. Математическая модель движения поезда, позволяющая при определении расчетных параметров движения в различных режимах учесть:

- влияние скорости распространения тормозной волны и скорости распространения установившихся нажатий тормозных колодок вдоль длины поезда;

- параметры отдельных экипажей поезда;

- неоднородность распределения массы вдоль длины поезда при определении силы дополнительного сопротивления движению от уклонов и кривых;

- более точно влияние геометрии железнодорожного пути;

- упростить процесс вычислений за счет сокращения количества вычислительных операций.

2. Методика определения минимально-допустимого интервала следования попутных поездов при координатном способе интервального регулирования движения.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ.

Основные результаты теоретических исследований в виде совокупности математических моделей и методик определения расчетных параметров движения поезда являются основой для построения вычислительных алгоритмов и разработки прикладного программного обеспечения координатных систем интервального регулирования движения поездов.

Разработанные математические модели и методики могут быть также использованы:

- при создании программного обеспечения многоуровневой системы обеспечения безопасности движения, включающей локомотивные устройства КЛУБ-У, САУТ-ЦМ, ТСКБМ, УСАВП;

— при проектировании и реконструкции участков пути.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации доложены на международной конференции «Высшее профессиональное заочное образование на железнодорожном транспорте: настоящее и будущее» (Москва, 2001), на научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития транспортных систем и строительного комплекса» (Гомель, 2003), на научно-практической конференции «Инновации в эксплуатации и развитии инфраструктуры железнодорожного транспорта» (Щербинка, 2004), на заседаниях кафедры «Автоматика и телемеханика на ж.д. транспорте» РГОТУПС (2001-2004 г.г).

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Отдельные положения диссертации и теоретические результаты работы использованы в проектно-изыскательском институте «За-байкалжелдорпроект» ОАО «РЖД» для экспериментально-проверочных вычислений при проектировании участков пути Забайкальской железной дороги.

В настоящее время разработанные модели и методики расчета приняты ВНИИАС МПС России для использования в вычислительных алгоритмах устройств многоуровневой системы управления и обеспечения безопасности движения поездов и находятся в стадии внедрения.

Результаты работы также внедрены в учебный процесс. Разработанные модели и методики расчета используются в лекционном курсе «Эксплуатационные основы железнодорожной автоматики и телемеханики» для студентов специальности «Автоматика, телемеханика и связь на ж.д. транспорте».

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников, приложений. Объем диссертации 228 стр., включая 144 стр. текста, 27 стр. рисунков, 57 стр. приложений. Список использованной литературы насчитывает 65 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность темы диссертации и определены основные задачи исследования.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ на основе сформулированных требований и задач программного уровня координатной системы ИР осуществлена разработка структуры ПУ.

В результате проведенного анализа установлено, что в первую очередь, дальнейшей разработке и исследованию должны подлежать один из основных блоков ПУ - модель движения поезда, а также алгоритм определения минимально-допустимого интервала следования поездов (АМДИ). Важность разработки алгоритма АМДИ связана со спецификой координатного способа регулирования на «физический» хвост впередиидущего поезда.

Проведенный анализ показал, что уточнения расчетной траектории движения поезда можно достичь за счет:

> уточнения описания переходного процесса торможения поезда;

> учета параметров отдельных экипажей поезда;

> определения и учета действительных тормозных характеристик поездов;

более полного учета сил, возникающих вследствие перемещений отдельных

частей поезда по различным элементам профиля и плана пути.

В первой главе также определен перечень задач, решение которых необходимо для определения величины минимально-допустимого интервала следования попутных поездов при координатном способе регулирования движения.

ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена уточнению существующих и разработке новых математических моделей, более полно описывающих процесс движения поезда.

В практике расчетов существует методика, которая позволяет найти действительные нажатия тормозных колодок в зависимости от конструктивных параметров вагонов, режимов включения воздухораспределителей и величины изменения давления в тормозных цилиндрах.

С учетом оснащения грузовых вагонов и вагонов пригородных поездов устройством, автоматически осуществляющим регулировку давления воздуха в тормозных цилиндрах в зависимости от их загрузки, было произведено усовершенство-

вание существующей методики. В основу предложенной методики были положены известные для различных модификаций авторежима усл. № 265 зависимости изменения давления воздуха в тормозном цилиндре от загрузки вагона. Измерение и учет загрузки отдельных вагонов поезда предложено осуществлять с помощью весоме-ров, устанавливаемых в пунктах формирования составов, и последующей передачи информации в базу данных ПУ управления.

Для уточнения расчетной траектории движения поезда необходимо более полно учитывать переходные процессы, происходящие при его торможении. Существует математическая модель, в основу которой были положены зависимости наполнения тормозных цилиндров вагонов вдоль длины поезда, которая из всех известных моделей, наиболее точно описывает переходный процесс пневматического торможения поезда. Однако, модель адекватно описывает переходный процесс торможения лишь однородного поезда, а также поезда, в котором вагоны с различными параметрами распределены вдоль его длины равномерно. Кроме того, выходным параметром модели является суммарное нажатие тормозных колодок поезда соответствующее моменту времени ? переходного процесса торможения. Поскольку коэффициент трения тормозной колодки <рк является функцией нажатия и скорости движения поезда, то для определения тормозной силы поезда используется значение среднего нажатия тормозных колодок. Т.к. распределение усилий нажатия тормозных колодок экипажей вдоль длины поезда при переходном процессе пневматического торможения неравномерное, использование модели приводит к дополнительной погрешности расчетных параметров движения.

Указанные недостатки известной модели можно устранить путем полного исключения усреднения параметров отдельных экипажей поезда, в связи с чем, была разработана соответствующая методика определения тормозной силы, действующей на поезд в любой момент времени ( 1 переходного процесса торможения.

Линейный вид зависимостей наполнения тормозных цилиндров поезда позволяет относительно просто описать их аналитически и определить величину давления в тормозных цилиндрах отдельных вагонов для груженого режима в каждый заданный момент времени переходного процесса торможения:

Р (г) = Р •

' ц.грУ * / ' ц.гр

Утн 0<.хй1п.

тн

где Рр -величина установившегося давления в тормозных цилиндрах экипажей для груженого режима при данной ступени торможения; Х1 - время, в течение которого давление в тормозных цилиндрах первого вагона достигает установившегося значения; х—координата местоположения вагона относительно головы локомотива;

Утн, Утк — скорость распространения тормозной волны и скорость распространения установившихся нажатий тормозных колодок экипажей.

С учетом параметров отдельных вагонов поезда (тип, загрузка, используемые тормозные колодки), с использованием выражения (1) для каждой ступени торможения 5 составляется матрица значений «тормозных сил» экипажей:

ГАГАТА - Кн(ь)-<ржн(кн(ь))-г1

в =

(2)

где N -число вагонов в поезде;

К(Ху)-усилия нажатий тормозных колодок г-го вагона в момент времени переходного процесса торможения поезда X; -число тормозных колодок г — го вагона; Xк -при выбранной ступени торможения значение времени достижения установившегося давления в тормозных цилиндрах последней группы экипажей. При наличии в поезде вагонов с различными типами тормозных колодок составляются вспомогательные вектора:

(3)

где р. = 1 -для вагонов со стандартными и фосфористыми чугунными колодками;

р1 = 0-для вагонов с композиционными колодками.

Вектор М2 получается путем инверсии значений вектора М1.

Далее определяется искомая величина удельной тормозной силы, действующая на поезд в момент времени $ переходного процесса торможения:

У + 100

V + 150

где

В'»у —строка матрицы В', соответствующая моменту времени торможения л;

-текущая скорость движения поезда;

— вес локомотива и состава соответственно, кН.

Определение значений матриц В7 для различных ступеней торможения поезда, а также векторов М1 и М2 необходимо производить заранее перед началом работы модели. Матричная структуризация и предварительные вычисления, использованные при построении методики, позволяют повысить быстродействие модели и упростить написание программы.

Разработанная методика может быть также использована и для определения тормозной силы при установившемся процессе торможения поезда.

Дальнейшее уточнение процесса движения поезда предложено осуществлять путем более полного учета сил, возникающих вследствие перемещений отдельных частей поезда по различным элементам профиля и плана пути.

Известной моделью, наиболее точно описывающей процесс движения поезда по различным элементам профиля и плана пути, является модель, основанная на представлении поезда в виде однородного, нерастяжимого, гибкого стержня. Однако, данная модель адекватно описывает процесс движения лишь однородного поезда. Кроме того, как и в стандартных Тяговых расчетах в модели учитывается спрямленный (усредненный) профиль пути.

С целью устранения указанных недостатков была разработана математическая модель, позволяющая при определении величины удельного дополнительного сопротивления движению учесть распределение массы вдоль длины поезда и более точно учесть влияние геометрии железнодорожного пути.

Проведенный анализ показал, что наилучшим способом аналитического представления пути в модели являются сплайны. С учетом специфики решаемой задачи была разработана методика построения и оценки адекватности сплайновой модели, заключающаяся в определении шага сетки к, при котором возможно построение адекватной сплайновой модели.

При аналитическом представлении профиля пути величина дополнительного сопротивления движению экипажа может быть найдена как:

= т18 ■ "па = т18 = х(), кН, (5)

где т1 -масса экипажа, т;

а -угол наклона элемента профиля пути в месте расположения экипажа; х -координата местонахождения условного центра тяжести экипажа относительно системы координат, связанной с профилем пути; 5(х )- участок пути, представленный в виде сплайна;

х1) -значение производной функции пути в точке с координатой х. С использованием векторов значений масс экипажей поезда т и значений координат условных центров тяжести (середин) экипажей относительно координаты головы поезда 8, как показано на рис. 1, величина удельного дополнительного сопротивления движению поезда (Н/кН) в произвольный момент времени может быть найдена посредством выражения:

|'+1—тии( в( )£хл-

где тл -масса локомотива;

хл -значение текущей координаты головы локомотива относительно системы координат, связанной с профилем пути; 8(х) -участок пути, представленный в виде сплайна третьей степени.

Рис.1

Дальнейшее совершенствование методики определения величины (01+г достигнуто путем представления функции распределения удельных масс экипажей (удельная масса экипажа - масса экипажа, отнесенная к его длине

вдоль длины поезда myà = filn) в аналитическом виде. Вектора m и s задают функцию распределения масс экипажей вдоль длины поезда в табличном виде.

Проведенный анализ показал, что зависимость целесообразно

представлять в виде кус очно-линейной функции, на основе усреднения значений удельных масс экипажей на различных участках длины поезда. В результате была разработана методика аналитического представления функции туЬ = f(tn), заключающаяся в выполнении следующей последовательности вычислительных операций.

Осуществляем условное деление поезда на п равных частей. Округляем полученные части до ближайшего целого четного числа экипажей. Находим значения средних масс экипажей рассматриваемых частей поезда и

относим их к соответствующему уровню диапазона массы экипажей Проверяем выполнение условия тср(п>,тср(р2),--^тср<р При выполнении данного усло-

вия считаем, что поезд является однородным. Для однородного поезда функция myà = /Ся) представляется в виде:

myà=Y.mi/ln-1=1

(7)

где 1П -длина поезда.

В случае невыполнения указанного выше условия, вагоны смежных частей поезда, средние значения масс которых принадлежат к одному диапазону массы, рассматриваются совместно. Далее производится уточнение границ смежных частей поезда, для которых условие тср<ркуШср1 Рк1)£ М^ не выполняется.

Для пары смежных частей поезда процесс уточнения границы состоит в следующей последовательности действий. Определяется направление уточнения. Уточнение границы производится в сторону той части, для которой разность значений средней массы экипажей со значением средней массы экипажей промежуточной части, взятая по модулю, принимает наибольшее значение (см. рис. 2).

Часть рк -является основной, а ркн -уточняемой при:

\тср<рк)~тср(р1.рк.л\<\тср(р1,.,)~тср(р1.р1,.х\- (8)

Часть рк -является уточняемой, а -основной при:

Рис.2

Далее производится последовательное разделение совокупности значений масс экипажей т1,...,тк уточняемой и промежуточной частей на две А и В (см. рис. 2.) путем перемещения условной границы этих частей от границы уточняемой и основной частей в сторону уточняемой до значения т2. На каждом шаге деления находиться значение функции правдоподобия:

l! = &~л"л ■ ôB"B =

]-—■ Ът~тсел)г ■ J~ 1(4-

\»Л щеА VnB В

"тсрВ)

, (10)

где пА,пВ -число экипажей в совокупностях А и В на данном шаге деления.

Наибольшее значение функции il соответствует разделению совокупности на две с наименьшей средневзвешенной геометрической дисперсией.

После уточнения границ частей поезда функция т^ = f(ln) представляется в

виде значений удельных масс полученных частей поезда рк :

у!

(11)

где -число вагонов, входящих в состав -ой части поезда и их суммар-

ная длина.

С учетом найденных значений удельных масс частей поезда ^^^} при условии задания профиля пути в аналитическом виде (в виде сплайна 8(х)), величина удельного дополнительного сопротивления движению поезда (Н/кН) может быть определена как:

где I I ,

А Р.

длины частей поезда р\,...,рг\

/ -длина локомотива по автосцепкам. Проведенная проверка показала, что абсолютное отклонение расчетных траекторий движения поезда при определении величины а},+г с использованием функции

т

уд

- /Уп) и значений масс отдельных вагонов крайне мало. При этом количество

вычислении существенно сокращается.

При движении поезда в кривой на него действует сила дополнительного сопротивления, значение которой определяют с использованием известной эмпирической зависимости:

700

кр

(13)

п

Значение Р + ()) в выражении (13) задает вес части поезда, находящейся

в кривой. Постоянный для данной кривой коэффициент 700/ Я задает величину дополнительного сопротивления движению поезда.

Таким образом, геометрически с точки зрения действия сил дополнительного сопротивления движению поезда, кривая поворота всегда может быть представлена в виде уклона.

В случае расположения кривой в горизонтальной плоскости, ее можно представить в виде уклона, длина которого определяется длиной дуги этой кривой а

значение согласно выражению а^ =агс/#(700//?) (см. рис. 3). В случае расположения кривой на уклоне ее также можно представить в виде приведенного уклона (см. рис. 4).

Приведенный уклон, как и любой другой участок профиля пути, может быть представлен в аналитическом виде с помощью сплайнов. Представление кривой в виде приведенного уклона позволило унифицировать методику аналитического представления пути и упростить процесс вычисления величины дополнительного сопротивления движению поезда.

хя

Рис. 3 Кривая представленная в виде приведенного уклона

^дсП

Рис. 4 Кривая на уклоне представленная в виде приведенного уклона

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ рассмотрены и решены вопросы определения и учета действительных тормозных характеристик и оценки абсолютных отклонений расчетных параметров движения поезда.

Разработанная модель движения поезда с известными расчетными параметрами позволяет с высокой точностью описать процесс движения поезда в режиме выбега и торможения. Однако, реальные тормозные характеристики, сопротивление движению каждого конкретного поезда имеют отклонения от расчетных значений. Определение и учет действительных тормозных параметров поездов позволяет уточнить их расчетные траектории движения.

Проведенный анализ показал, что существующие способы определения действительных тормозных параметров поезда основаны на определении в процессе пробного торможения значения тормозного коэффициента

Поскольку пробное торможение осуществляется на регулировочной ступени, то для использования полученных в ходе его проведения данных о замедлении поезда применительно к другим ступеням торможения применяют коэффициенты соотношения, которые зависят от индивидуальных характеристик поезда и его тормозной системы, и, как показывают исследования, лежат в достаточно широких пределах.

Указанный недостаток предложено устранить путем объединения технического уровня реализации устройства для определения тормозных параметров поезда с программным уровнем обработки информации.

Суть данного предложения состоит в том, чтобы на основании измеренных тормозных параметров поезда с использованием известных аналитических зависимостей для определения величины удельной тормозной силы Ът и удельного основного сопротивления движению определить постоянные коэффициенты, входящие в эти зависимости. Скорректированные зависимости позволят определить параметры движения поезда при любых режимах его движения.

Разработанная методика предусматривает следующую последовательность измерительных и вычислительных операций, которая должна осуществляться при выходе поезда с участковой станции.

В первую очередь корректируется аналитическая зависимость для определения величины удельного основного сопротивления движению поезда, которая представляет собой полином второй степени:

(О0=А + В-У + С-Уг, (14)

где V-скорость движения поезда;

А, В, С —постоянные коэффициенты. Для этого, определяются значения СО0у, соответствующие значениям скорости движения поезда V. Значения могут быть определены как в режиме выбега поезда, так и при его разгоне. С целью снижения погрешности, соответствующие измерения рекомендуется производить при движении поезда на прямолинейном участке пути.

В силу того, что значения являются экспериментальными данными,

для определения значений коэффициентов А, В, С используется метод наименьших квадратов (МНК).

Для определения постоянных коэффициентов, входящих в уравнение удельной тормозной силы ЬТ, предложено производить пробное торможение поезда и при достижении установившегося давления в тормозных цилиндрах всех экипажей, осуществлять измерение значений его замедления. Пробное торможение должно осуществляться на регулировочной ступени.

С учетом оснащения грузовых вагонов композиционными тормозными колодками и авторежимами, уравнение движения поезда при установившемся процессе торможения представляется в виде:

ат=-

1 + у

1000 ллл О.ЬКср+20 У + 150 ,

--К,„-г-ОМ------+с0п + со,А

Р+й ср 0А-К+20 2-У+150 0 н

, км/ч2, (15)

где К — среднее нажатие тормозных колодок экипажей, кН;

I -количество тормозных колодок всех экипажей. Далее уравнение (15) преобразуется к виду:

(16)

1 + г 1000 ... У+150 „

где

£ 0 ,+г />+0 2-У+150 ф " 0.4• Кф + 20

Используя МНК, с учетом измеренных в ходе пробного торможения, значений замедления поезда аТ], соответствующих значениям скорости ¥] и определенных с

помощью ранее скорректированного выражения О)0 =/(У) значенщ^оставля-

ется уравнение:

м н

(17)

где т - число осуществленных измерений значений замедления поезда.

В ходе решения уравнения (17) находится значение К^, и далее Кср.

Уравнение для определения величины среднего нажатия К при установившемся процессе торможения поезда представляет собой линейную зависимость вида:

где А ,В -коэффициенты, зависящие от конструктивных особенностей тормозной системы вагона, загрузки вагона, материала используемых тормозных колодок и режимов включения воздухораспределителя.

Далее определяются значения постоянных коэффициентов А^р и Bfp. Наилучшим способом определения значений параметров Afp, В^р является проведение повторного пробного торможения поезда на ступени отличной от первого торможения. При этом возможно определение значений К применительно к двум ступеням

торможения. Однако, проведение двух пробных торможений подряд приведет к существенному снижению пропускной способности линий.

Возможен другой подход для определения параметров Afp, В

С учетом оснащения грузовых вагонов композиционными тормозными колодками и авторежимами уравнение (18) преобразуется к виду:

где арсжср'Ьреж,Ср —коэффициенты, учитывающие средний режим включения воздухораспределителей;

т^кл,кп -соответственно масса г-го вагона и постоянные коэффициенты для данного типа экипажа; ^^-коэффициенты, зависящие от конструктивных особенностей тормозной системы экипажа и материала используемых тормозных колодок.

Х,/-параметры авторегулятора № 265: расстояние между опорами поршней, равное 106 мм и длина малого плеча рычага, равная 18 мм. В силу однородности оснащения экипажей тормозным оборудованием откло-

Р„ „ +Д,,™.„,) в выражении (19) от действи-

нением расчетной величины тельного значения можно пренебречь.

Значение В определяется, главным образом, усилиями предварительного натяга наружной и внутренней пружин тормозного цилиндра, пружины регулятора выхода штока, а также значением начального выхода штока тормозного цилиндра.

Жесткость пружин тормозных цилиндров и регуляторов выхода штока со временем изменяется незначительно. При этом величина нажатия одной тормозной колодки фактически зависит от параметра А, величины давления в тормозном цилиндре вагона и в незначительной степени от параметра В, в результате чего

отклонением расчетной величины Вр в выражении (19) от действительного значения можно пренебречь.

Это позволяет принять в выражении (19) расчетные значения параметров

и определить значение параметра

Ам =-

ср ъ

Кср + Вср.р

реж.ср ' ^Ц гр *1реж.ср

(20)

В результате значение среднего нажатия тормозных колодок поезда применительно к любой ступени установившегося процесса торможения может быть определено с использованием выражения:

, +а„

*ср **ср '"реж.ср *■ ц.гр ' **реж.ср / ср.р'

(21)

В процессе дальнейшего движения поезда при проведении регулировочного торможения рекомендуется производить поэтапное уточнение значения коэффициента Аф. Проведение регулировочного торможения на ступени отличной от пробного торможения, позволит найти значения коэффициентов

При координатном способе ИР особое значение приобретает оценка и учет возможных отклонений расчетных параметров движения поезда от действительных значений. Отклонение расчетных параметров движения регулируемого поезда может привести к нарушению безопасности движения.

Применительно к разработанной математической модели движения и методике определения действительных тормозных характеристик поезда была разработана методика оценки и учета абсолютных отклонений расчетных параметров движения поезда.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА полностью посвящена разработке методики определения минимально-допустимого интервала следования попутных поездов при координатном способе регулирования движения.

Применительно к координатному способу регулирования движения величина минимально-допустимого интервала 8м должна постоянно вычисляться с учетом состояний объектов регулирования и величин возмущающих воздействий

В значительной степени величина 8м определяется схемой расположения поездов. Проведенный анализ различных способов ИР показал, что отвечающим

требованиям безопасности и работы ПУ в реальном масштабе времени, является способ регулирования - на хвост впередиидущего поезда.

При координатном способе регулирования управление движением будет осуществляться посредством опроса поездов, находящихся на перегоне. При наличии одного обработчика и канала связи расстояние между фиксированной координатой хвоста поезда П^ и координатой головы поезда в момент измерения параметров движения поезда Пдолжно быть не менее величины:

* ^ = ¿Ж ) + мг'ш ) + ^К™ ) + + + (22)

где ^у-и^цям^-путь, пройденный поездом /7у+у за время 1ЩЫ -цикла опроса всех поездов, находящихся в зоне действия данного центра управления; -абсолютные отклонения текущих координат местоположения поездов определяемые точностью бортовой аппаратуры локомотивов;

1С опт гг

-расчетное значение тормозного пути поезда 11]+1, определенное относительно оптимальной по условиям безопасности движения ступени торможения;

-прогнозируемое абсолютное отклонение тормозного пути поезда

- величина интервала безопасности;

Учет величины интервала безопасности З1^ при определении величины Sм,

связан с возможностью отказов тормозного оборудования поезда, во время его движения по перегону, которые могут привести к снижению его тормозной эффективности, и, как следствие, нарушению безопасности движения.

С целью определения величины интервала безопасности разработана методика вероятностной и количественной оценки изменения тормозной эффективности поезда в процессе его движения.

Методика предусматривает определение числа вагонов, отказ и неисправность тормозных систем которых во время движения поезда по гарантийному участку меньше нормируемого уровня надежности тормозной системы поезда. За нормируемый уровень надежности тормозной системы поезда принимается значение вероятности отказа реле 1-го класса надежности, которое при расчетах принимают

1 А- 14

равным 10 .

Задача с выбором «работоспособных» и «неработоспособных» экипажей решена с учетом самой неблагоприятной относительно безопасности движения ситуации. В качестве критерия выбора принят весовой вклад каждого из экипажей в тормозную эффективность поезда.

При условии оснащения вагонов тормозными колодками одного типа, весовой вклад каждого из вагонов в тормозную эффективность поезда был оценен с помощью величины суммарного нажатия тормозных колодок экипажа за период торможения поезда до его полной остановки, отнесенного к массе экипажа:

ь' = К>'■([ —5 ^ ' т1 чср V,

(23)

где /ср - время торможения поезда со средней скорости Уср до полной остановки; х, - координата расположения экипажа относительно головы поезда;

УТК - скорость распространения установившихся нажатий тормозных колодок экипажей.

ПЯТАЯ ГЛАВА посвящена разработке методик прогнозирования и предотвращения аварийных режимов движения поезда, связанных с возможным массовым юзом колесных пар вагонов и превышением предельно-допустимой продольной квазистатической силы в его сечениях.

Величина пути, проходимого поездом при торможении, зависит от величины силы сцепления, возникающей между колесами экипажей и рельсами.

В отличие от трения колодок, скольжение колес вдоль рельсов характеризуется более резким снижением коэффициента трения по мере увеличения скорости относительного перемещения трущихся поверхностей. Наличие в поезде многих скользящих колесных пар может привести к существенному увеличению его тормозного пути, и как следствие нарушению условий безопасности.

На основе известных детерминированных зависимостей, лежащих в основе расчета тормозной силы и силы сцепления, с использованием методики определения тормозной силы поезда, основанной на учете параметров отдельных экипажей, была разработана методика определения тормозной силы поезда при возможном юзе колесных пар вагонов. Матричная структуризация и предварительные вычисления, использованные при построении методики, позволяют повысить быстродействие модели и упростить написание программы.

Влияние на реализуемое значение силы сцепления случайных факторов: температуры, относительной влажности воздуха, состояния поверхности рельсов и колес подвижного состава может быть учтено статистически. Определение среднего значения реализуемого коэффициента сцепления на отдельных участках пути перегона может быть осуществлено путем контроля упругого скольжения колес локомотива относительно рельсов.

На железных дорогах России ежегодно происходит несколько десятков случаев выжимания порожних вагонов в организованных поездах. Основной причиной появления подобного рода аварийных ситуаций является превышение предельно-допустимых сжимающих квазистатических усилий в автосцепках экипажей.

Продольные сжимающие силы в поезде действуют во время начального периода торможения и при движении по вогнутому участку профиля пути.

Соблюдение допускаемых значений продольных сил в поезде, существенно уменьшает вероятность появления аварийных ситуаций.

Несмотря на имеющиеся научно-обоснованные нормативы их соблюдение на практике затруднено. Хорошо отлаженные методики и технические средства измерения продольных сил в поезде используются только для исследовательских целей. Математическое моделирование в данном случае является одним из перспективных направлений решения задачи.

Анализ существующих методик определения продольных сил в поезде показал, что одни разрабатывались с целью учета динамических составляющих и потому сложны в плане вычисления, другие, основанные на упрощенных математических моделях движения поезда, позволяют определить требуемые параметры с приближенной точностью.

Разработанная математическая модель движения поезда позволяет с большей точностью определять величину тормозной силы, действующей на отдельные части поезда в любой момент времени переходного процесса торможения, вес отдельных частей поезда, величину дополнительного сопротивления движению отдельным частям поезда от уклонов и кривых.

Проведенная проверка подтвердила практическую применимость данной модели для определения продольных квазистатических сил в поезде.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В диссертации решена актуальная задача исследования и разработки математического обеспечения основных блоков программного уровня координатной системы ИР - модели движения поезда и алгоритма определения минимально-допустимого интервала следования попутных поездов.

В ходе проведения работы получены следующие основные научные результаты:

1. Предложена методика определения сил нажатия тормозных колодок вагонов, оснащенных автоматическими регуляторами режимов торможения.

2. Произведен учет скорости распространения тормозной волны, скорости распространения нажатий тормозных колодок, параметров отдельных экипажей при определении тормозной силы поезда.

3. Разработана унифицированная методика аналитического представления участков профиля и плана пути с помощью сплайнов.

4. Разработана методика аналитического представления функции распределения удельных масс экипажей вдоль длины поезда на основе усреднения значений удельных масс экипажей на различных участках длины поезда.

5. Предложен способ определения и учета действительных тормозных характеристик поезда, заключающийся в предварительном измерении значений замедления поезда в различных режимах его движения и нахождении постоянных коэффициентов, входящих в эмпирические зависимости для определения величины удельной тормозной силы ЬТ и удельного основного сопротивления движению (О0.

6. Произведены оценка и учет абсолютных отклонений расчетных параметров движения поезда при определении минимально-допустимого интервала следования попутных поездов.

7. Получено аналитическое выражение для определения величины минимально-допустимого интервала следования попутных поездов при координатном способе ИР, учитывающее время реакции системы, возможные абсолютные отклонения текущих координат местоположения регулируемого и впередиидущего поездов, вероятность отказов тормозного оборудования регулируемого поезда.

8. Разработана методика определения величины интервала безопасности на основе вероятностной и количественной оценки изменения тормозной эффективности поезда в процессе его движения.

9. Разработаны методики прогнозирования и предотвращения аварийных режимов движения поезда, связанных с возможным массовым юзом колесных пар вагонов и превышением предельно-допустимой продольной квазистатической силы в его сечениях.

Результаты исследований опубликованы в следующих работах:

1. Менакер К.В. Имитационная модель интервального регулирования движения поездов с использованием непрерывного радиоканала. // Совершенствование систем железнодорожной автоматики и телемеханики. Сб. науч. трудов - М.: РГО-ТУПС 2003. С. 102-116.

2. Менакер К.В. Определение величины дополнительного сопротивления движению поезда при его следовании по переломному профилю пути // Проблемы и перспективы развития транспортных систем и строительного комплекса: Тезисы докладов международной научно-практической конференции. - Гомель, 2003. С. 106-110.

3. Менакер К.В. Определение минимального интервала следования попутных поездов в системах интервального регулирования с использованием непрерывного канала связи // Проблемы и перспективы развития транспортных систем и строительного комплекса: Тезисы докладов международной научно-практической конференции. - Гомель, 2003 г. С. 87-91.

4. Менакер К.В. Математическая модель движения поезда, учитывающая распределение массы состава вдоль его длины // Вестник инженеров электромехаников железнодорожного транспорта. Выпуск 1. Самара 2003. С. 286-290.

5. Орлов А.В., Менакер К.В. Тенденции и перспективы развития систем интервального регулирования с использованием современных технологий связи // Высшее профессиональное заочное образование на железнодорожном транспорте: настоящее и будущее. Сб. науч. трудов - М.: РГОТУПС, 2001. С. 130-131.

6. Менакер К.В., Савченко П.В. Задание функции распределения удельных масс экипажей вдоль длины поезда в аналитическом виде // Современные проблемы совершенствования работы железнодорожного транспорта. Межвузовский сборник научных трудов - М.: РГОТУПС, 2004. С. 114-119.

7. Боровков Ю.Г., Менакер К.В., Орлов А.В. Пути совершенствования систем интервального регулирования движения поездов // Современные проблемы совершенствования работы железнодорожного транспорта. Межвузовский сборник научных трудов - М.: РГОТУПС, 2004. С. 75-85.

8. Боровков Ю.Г., Менакер К.В., Орлов А.В. К вопросу о совершенствовании систем интервального регулирования движения поездов // Инновации в эксплуатации и развитии инфраструктуры железнодорожного транспорта. Сб. докладов научно-практической конференции «Инновации ОАР «РЖД»» - Щербинка, 2004. С. 188-191.

Менакер Константин Владимирович

МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ В КООРДИНАТНЫХ СИСТЕМАХ ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Специальность 05.22.08 - Управление процессами перевозок

Тип. зак. №6? Подписано в печать 30.11.04

Усл. печ. л. 1,25

Изд. зак.

Гарнитура Times.

Тираж 100 экз. Офсет

Формат 60х 90 1/16

Издательский центр РГОТУПСа 125993, Москва, Часовая ул., 22/2 Типография РГОТУПСа, 125993, Москва, Часовая ул., 22/2

»24331

-ff

dá С

ВВЕДЕНИЕ.

1 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ПРОГРАММНОГО УРОВНЯ КООРДИНАТНОЙ СИСТЕМЫ ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ.

1.1 Формулировка задач программного уровня координатной системы ИР

1.2 Разработка структуры программного уровня управления.

1.3 Анализ существующих математических моделей ИР движения поездов

1.4 Способы уточнения существующих математических моделей движения поезда.

1.5 Анализ задач, решение которых необходимо для определения минимального межпоездного интервала при координатном способе регулирования движения.

Средства железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ) создают техническую базу для управления перевозочным процессом и обеспечения безопасности движения поездов. Современные средства СЖАТ, в основном, соответствуют требованиям безопасности и размерам движения. Однако, на данном этапе развития общей инфраструктуры железнодорожного транспорта к средствам СЖАТ предъявляются дополнительные требования по функциональному развитию и созданию на этой основе условий для комплексного улучшеI ния эксплутационных показателей всей сети дорог [1].

К основным средствам железнодорожной автоматики относятся системы интервального регулирования (ИР) движения поездов. В настоящее время регулирование движения поездов осуществляется с помощью систем автоблокировки (АБ), автоматической локомотивной сигнализации (AJIC) и систем централизованного управления стрелками и сигналами на станциях (ЭЦ)

Данные системы, обладая рядом достоинств, имеют и ряд существенных недостатков. Основной недостаток заключается в использовании большого количества напольного оборудования. Оснащение линий системами ИР, их эксплуатация, приводят к значительным материальным затратам. По данным [2] на отказы рельсовых цепей приходится 19 % всех отказов; кабельных линий - 12; аппаратуры - 33; сигналов 5 %.

Вторым недостатком рассматриваемых систем является то, что их запас по пропускной способности линий фактически исчерпан. Увеличение числа сигнальных показаний приводит к значительному увеличению числа напольной аппаратуры.

Структура и сложность применяемых в настоящее время систем не зависят от интенсивности движения поездов, на малодеятельных участках их применение становится экономически невыгодным [2].

Низкая информативность является еще одним недостатком систем ИР, основанных на рельсовых цепях.

Одним из самых перспективных направлений в развитии систем ИР являются координатные системы. Тенденция развития подобного рода систем показывает, что наиболее эффективным средством передачи информации между поездами и центром управления является цифровой радиоканал связи. Подтверждением этого является проект создания подобной системы управления

ERTMS), инициированный в 1995 г. [3], в состав которого вошли железные дороги Германии, Италии, Франции, Нидерландов, Испании и Великобритании.

Применение сотовой радиосвязи позволит реализовать координатный принцип ИР, который позволяет минимизировать объем напольного оборудования и поэтому одинаково эффективен на участках как с малой, так и с высокой интенсивностью движения. Кроме того, он позволяет применить для увеличения провозной способности участков не тяжеловесные поезда, а пачки поездов с интервалами между ними порядка несколько сот метров [2].

Следует отметить, что принципы построения координатной системы ИР с использованием радиоканала связи были заложены советскими учеными еще в 60-х годах. Значительный вклад в развитие системы внесли известные ученые: Волков А.А., Брылеев A.M., Дмитренко И.Е., Кравцов Ю.А., Лисенков В.М., Пугин Д.К. и др. Однако, уровень технических средств, несмотря на'огромные усилия ученых и инженеров, не позволил в то время реализовать систему, удовлетворяющую требованиям безопасности движения. Основная сложность заключалась в отсутствии высокоточных систем измерения параметров движения поезда, надежного радиоканала связи и вычислительных средств, позволяющих осуществить управление движением в реальном масштабе времени. В конце 80-х, начале 90-х гг. проект по созданию системы ИР с использованием радиоканала связи был свернут.

Современный зарубежный опыт в построении систем ИР на основе радиоканала, достигнутый уровень развития средств связи, вычислительной техники, электроники, показывают, что сейчас имеются все предпосылки для возобновления работ по созданию рассматриваемой системы.

Актуальность данного вопроса подтверждается утвержденной в октябре 2003 года на заседании Государственного Совета - Транспортной стратегии Российской Федерации, важнейшей задачей которой является развитие опорной транспортной сети с учетом приоритетов пространственного развития и укрепления национальной безопасности России.

Развитие транспорта России, особенно железнодорожного (80 % грузоперевозок приходится на железнодорожный транспорт), является важной государственной задачей. Главным ориентиром для всей экономики страны стала необходимость удвоить за десятилетие внутренний валовой продукт. Экономический рост, безусловно, стимулирует спрос на услуги транспорта. Но одновременно он выявляет и обостряет имеющиеся диспропорции в транспортной системе [4]. В течение 2000-2002 годов на железнодорожном транспорте наблюдался стабильный рост объема перевозок грузов. Наибольший прирост наблюдался в 2000 году - 11.3 %. В 2001 и 2002 годах он составил соответственно 1.4 и 2.7 %. По мере выхода из кризиса промышленности и сельского хозяйства потребности в транспортировке продукции будут возрастать. Между тем состояние транспортных сетей России таково, что можно говорить только о дефиците пропускной способности, который еще остро не проявился лишь в связи с общим кризисом хозяйственных комплексов и спадом производства. Если не принять мер, то транспорт станет главным тормозящим звеном на пути выхода из кризиса. Пока есть запас времени, необходимо принять наиболее рациональные решения, направленные на подъем и развитие транспорта России

5].

Повышение провозной способности железнодорожного транспорта можно достичь за счет: увеличения средней скорости движения поездов, строительства дополнительных путей, увеличения длины и веса грузовых поездов, сокращения межпоездных интервалов, организационных мероприятий. Для увеличения средней скорости движения поездов необходимо повышение качества содержания пути и подвижного состава, кроме того, потребуется реконструкция отдельных участков пути. Указанные мероприятия, включая строительство дополнительных путей, являются долгосрочными и приведут к существенным материальным затратам. Увеличение длины и веса грузовых поездов приводит к росту числа аварийных ситуаций. В настоящее время наиболее эффективным способом повышения провозной способности является сокращение межпоездных интервалов в совокупности с проведением ряда организационных мероприятий.

Существенного сокращения межпоездных интервалов можно достичь только за счет реализации координатного принципа интервального регулирования. Применение цифрового радиоканала связи при реализации координатного принципа ИР позволяет не только сократить интервалы попутного следования поездов, но и минимизировать объем напольного оборудования.

Таким образом, разработка и внедрение координатной системы ИР с использованием цифрового радиоканала связи позволит одновременно решить насущные и назревающие проблемы СЖАТ.

Создание координатной системы ИР с использованием радиоканала связи является сложной технической и наукоемкой задачей. Ее решение должно вестись в нескольких основных направлениях [6-8]:

- организация надежного цифрового радиоканала связи между поездами и станционными устройствами;

- создание высокоточных систем измерения параметров движения поезда;

- создание систем контроля целостности состава и рельсовых нитей;

- разработка и совершенствование математического аппарата для моделирования процесса движения поездов;

- совершенствование программных средств и алгоритмического обеспечения применительно к задачам и особенностям координатного способа регулирования.

Работы по решению отдельных технических вопросов в настоящее время ведутся специалистами научных организаций и транспортных ВУЗов [9-14] в основном в рамках создания единой комплексной системы управления и обеспечения безопасности движения на тяговом подвижном составе, включающей локомотивные устройства КЛУБ-У, САУТ-ЦМ, ТСКБМ - телемеханическую систему бдительности, УСАВП - систему автоматического ведения поезда. Значительный вклад в развитие современных бортовых устройств для систем ИР внесли известные ученые нашей страны: Шалягин Д.В., Розенберг Е.Н., Никифоров Б.Д., Головин В.И. и др.

Однако, для реализации координатной системы ИР не менее важным является создание программного уровня управления (ПУ), отвечающего за обработку полученной с поездов информации и формирование команд для безопасного регулирования их движения.

Помимо задачи управления движением поездов, которое должно осуществляться с учетом графика движения и оптимизацией по энергетическому критерию, на программный уровень может быть возложено еще ряд очень важных задач. Математическое моделирование является одним из основных методов исследования различных процессов. Возможность работы программы в режиме имитации позволит произвести оптимизацию структуры рассматриваемой системы ИР на всех этапах ее разработки без проведения дорогостоящих и длительных исследований.

В рамках одной работы решение задачи построения программного уровня управления не представляется возможным. При координатном способе ИР, полученные на основе математических моделей программы и алгоритмы, должны гарантированно обеспечивать безопасность следования поездов с минимальными интервалами.

Указанное обстоятельство послужило основанием необходимости проведения комплекса исследований в области методологии обеспечения безопасности и организации движения поездов посредством уточнения существующих и разработки новых математических моделей движения поезда применительно к специфике координатного способа ИР.

Конечные результаты исследований направлены на решение задачи по определению величины минимально-допустимого интервала следования попутных поездов, обеспечивающего при координатном способе регулирования требуемые безопасность движения и пропускную способность линий.

Таким образом, тема диссертационной работы является актуальной и отвечает задачам проекта по созданию многоуровневой системы обеспечения безопасности движения, поэтапно реализуемого в настоящее время на железнодорожном транспорте.

5.3 Основные результаты и выводы по главе

С использованием известных детерминированных эмпирических зависимостей, лежащих в основе расчета тормозной силы и силы сцепления, а также методики определения тормозной силы поезда, основанной на учете параметров отдельных экипажей, разработана методика определения тормозной силы поезда при возможном юзе колесных пар вагонов.

Определение среднего значения реализуемого коэффициента сцепления на отдельных участках пути перегона предложено осуществлять путем контроля упругого скольжения колес локомотивов.

Подтверждена практическая применимость модели движения для определения продольных квазистатических сил в поезде

Разработан алгоритм выявления опасных режимов движения поезда, приводящих к превышению предельно-допустимой продольной квазистатической силы в его сечениях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации решена актуальная задача исследования и разработки математического обеспечения основных блоков программного уровня координатной системы интервального регулирования - модели движения поезда и алгоритма определения минимально-допустимого интервала следования попутных поездов.

В ходе проведения работы получены следующие основные научные результаты:

1. Предложена методика определения сил нажатия тормозных колодок вагонов, оснащенных автоматическими регуляторами режимов торможения.

2. Произведен учет скорости распространения тормозной волны, скорости распространения нажатий тормозных колодок, параметров отдельных экипажей при определении тормозной силы поезда.

3. Разработана унифицированная методика аналитического представления участков профиля и плана пути с помощью сплайнов.

4. Разработана методика аналитического представления функции распределения удельных масс экипажей вдоль длины поезда туд = f(ln), на основе усреднения значений удельных масс экипажей на различных участках длины поезда.

5. Предложен способ определения и учета действительных тормозных характеристик поезда, заключающийся в предварительном измерении значений замедления поезда в различных режимах его движения и нахождении постоянных коэффициентов, входящих в эмпирические зависимости для определения величины удельной тормозной силы ЪТ и удельного основного сопротивления движению й)0.

6. Произведены оценка и учет абсолютных отклонений расчетных параметров движения поезда при определении минимально-допустимого интервала следования попутных поездов.

Получено аналитическое выражение для определения величины минимально-допустимого интервала следования попутных поездов при координатном способе интервального регулирования, учитывающее время реакции системы, возможные абсолютные отклонения текущих координат местоположения регулируемого и впередиидущего поездов, вероятность отказов тормозного оборудования регулируемого поезда.

Разработана методика определения величины интервала безопасности на основе вероятностной и количественной оценки изменения тормозной эффективности поезда в процессе его движения.

Разработаны методики прогнозирования и предотвращения аварийных режимов движения поезда, связанных с возможным массовым юзом колесных пар вагонов и превышением предельно-допустимой продольной квазистатической силы в его сечениях.

1. Розенберг Е.Н. Технические средства железнодорожной автоматики и телемеханики для реализации программы // Автоматика, связь, информатика. 2000. № 1.

2. Лисенков В.М., Смехова Н.Г., Комарова М.Е. Шобанов А.В. Влияние внедрения новых систем интервального регулирования движением поездов на себестоимость перевозок // Экономика железных дорог. 2001. № 10. - С. 49-56.

3. Тенденции и перспективы развития систем интервального регулирования с использованием современных технологий связи // Железные дороги мира. -1998, №6.

4. Франк С.О. Стратегия определит облик будущего // Мир транспорта. 2003. №4.

5. Белый О.В. Фундаментальная наука и перспективы отечественного транспорта // Мир транспорта. 2003. № 4.

6. Козиенко Л.В., Косогоров Е.А., Афраймович Э.А., Башкуев Ю.Б. Спутниковая радионавигация на железнодорожном транспорте: Научное издание. Вестник инженеров-электромехаников железнодорожного транспорта. Самара, 2003 г. Выпуск № 1.

7. Ю.Розенберг Е.Н., Талалаев В.И. Многоуровневая система управления и обеспечения безопасности движения поездов // Автоматика, связь, информатика. 2004. № 6.

8. П.Орлов А.В. Влияние асинхронности локомотивных скоростемеров с датчиком осевого типа на погрешность измерения скорости: Научное издание. Вестник инженеров-электромехаников железнодорожного транспорта. Самара, 2003 г. Выпуск № 1.

9. З.Волков А.А. Модуляция демодуляция в цифровом стандарте GSM-R // Автоматика, связь, информатика. - 2004. № 10.

10. Н.Никифоров Б.Д., Рабинович М.Д., Хацкелевич А.А., Абрамов В.М., Мугинштейн JI.A. Локомотивная система управления и обеспечения безопасности//Железнодорожный транспорт. -2004. № 8.

11. Быков В.П. Теоретические и методологические основы построения систем поддержки принятия решений по управлению движением поездов на участках железных дорог. Дисс. канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 1996 г.

12. Менакер К.В. Имитационная модель интервального регулирования движения поездов с использованием непрерывного радиоканала // Совершенствование систем железнодорожной автоматики и телемеханики. Сб. науч. трудов -М.: РГОТУПС 2003. С. 102-116.

13. Никифоров Б.Д., Головин В.И., Кутыев Ю.Г. Автоматизация управления торможением поездов. М.: Транспорт, 1985. - 263 с.

14. Лысюк B.C. Причины и механизм схода колеса с рельса. Проблема износа колес и рельсов. М.: Транспорт, 1997. - 188 с.

15. Асадченко В.Р. Расчет пневматических тормозов железнодорожного подвижного состава: Учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта. М.: Маршрут, 2004. - 120 с.

16. Иноземцев В.Г., Казаринов В.М., Ясенцев В.Ф. Автоматические тормоза. Учебник для вузов ж.-д. транспорта. М.: Транспорт, 1981 - 464 с.

17. Иноземцев В.Г. Тормоза железнодорожного подвижного состава. М.: транспорт, 1979. - 424 с.

18. Иноземцев В. Г., Абашкин И. В. Тормозное и пневматическое оборудование подвижного состава: Учебник для ПТУ. М.: Транспорт, 1984. - 342 с.

19. Казаринов В.М., Иноземцев В.Г., Ясенцев В.Ф. Теоретические основы проектирования и эксплуатации автотормозов. М.: Транспорт, 1968.-400 с.

20. Вержбицкий В.М. Численные методы. Математический анализ и обыкновенные дифференциальные уравнения. М.: Высшая школа, 2001. -382 с.

21. Лемер А., Флоке Ж. Моделирование движения поездов с помощью ЭВМ // Железные дороги мира. 1970. № 67. - С. 15-23.

22. Мартене П. Имитационные модели для исследования движения поездов // Железные дороги мира. 1975. № 7. - С. 34-41.

23. Кантор И.И. Продольный профиль пути и тяга поездов. М.: Транспорт, 1984.-207 с.

24. Осипов С.И., Миронов К.А., Ревич В.И. Основы локомотивной тяги. Учебник для техникумов ж.-д. транспорта. М.: Транспорт, 1979. - 440 с.

25. Кокурин И.М., Кондратенко Л.Ф. Эксплуатационные основы устройств железнодорожной автоматики и телемеханики: Учебник для вузов ж.-д. трансп., 2-е изд. перераб. и доп. М.: Транспорт, 1989 - 184 с.

26. Строительно-технические нормы Министерства путей сообщения Российской федерации. Железные дороги колеи 1520 мм./ МПС РФ Москва, 1995 г.

27. Волков Е.А. Численные методы: Учебное пособие. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1982. -256 с.

28. Понарин А.С. Математические модели в трассировании железных дорог. Дисс. канд. техн. наук. Екатеринбург, 1995 г.

29. Смоляк С.А., Титаренко Б.П. Устойчивые методы оценивания: (Статистическая обработка неоднородных совокупностей). М.: Статистика, 1980-208 с.

30. Фокин М.Д. Оценка эффективности тормозов и пересчет тормозных путей. // Вестник ВНИИЖта. М.: Трансжелдориздат 1959, № 8.

31. Фокин М.Д., Каменков Ю.В. Определение тормозного коэффициента движущегося поезда. Труды ЦНИИ МПС / ВНИИЖТ 1972. Вып. 462, с. 101115.

32. Каменков Ю.В., Фокин М.Д., Корсаков Г.М. Электронное устройство для определения эффективности действия тормозов поезда. // Труды ВНИИЖТа, М.: Транспорт 1972. Выпуск 467.

33. Каменков Ю.В. Исследование устройств для контроля состояния тормозной системы движущегося поезда. Дисс. канд. техн. наук. Москва 1973 г.

34. А.С. 977240 СССР Устройство определения эффективности тормозных средств поезда / И.А. Журавлев, Б.Д. Никифоров, В.И. Головин.

35. А.С. 1207860 СССР Устройство для определения тормозных свойств поезда. Н.Е. Федоров, С.В. Седых, Е.Н. Раннева.

36. Вербек И. Разработка совершенной системы поездных автостопов. М.: Трансжелдориздат, 1960 г.

37. Левин И.Г., Никифоров Б.Д. Определение тормозного коэффициента в движущемся поезде. Труды УЭМИИТ, Свердловск, 1962. Выпуск 25.

38. Весомер тензометрический. Руководство по эксплуатации. Екатеринбург: ВНТЦ «Элтехтранс», 2002. - 20 с.

39. Весомер. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. -Екатеринбург: ВНТЦ «Элтехтранс», 2001.

40. Козлов М.В., Прохоров А.В. Введение в математическую статистику. М.: Изд-во МГУ, 1987.

41. Болыиев Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. М.: Наука, 1983.

42. Инструкция по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог. -М. Транспорт, 1987.

43. Федоров Н.Е. Принципы построения и методы технической реализации систем интервального регулирования с сокращенными межпоездными интервалами. Дисс. канд. техн. наук. Москва 1987 г.

44. Крылов В.И., Крылов В.В. Автоматические тормоза подвижного состава: Учебник для учащихся техникумов ж.-д. трансп.- 4-е изд., перераб. и доп. -М.: Транспорт, 1983. 360 с.

45. Кузьмина Е.И. Надежность тормозной системы грузового поезда при повышенных скоростях движения // Труды ВНИИЖТа под ред. П.Т. Гребенюка, В.Ф. Ясенцева М.: Транспорт 1979. Выпуск 604.

46. Карминский Д.Э., Черняк И.М., Балон JI.B. Надежность тормозных колодок. В кн.: «Повышение эффективности автотормозов». М., «Транспорт», 1972, 112 с. (Труды Ростовского ин-та инж. ж.-д. трансп., вып. 82).

47. Карвацкий B.JI. Общая теория автотормозов. Трансжелдориздат, 1947.

48. Крагальский И.В. Трение в машинах и механизмах // Машиностроение -Энциклопедический справочник. 1948, Т2.

49. Пыжевич JI.M. Исследование коэффициента сцепления колес вагонов метрополитена с рельсами // Труды МИИТ. 1953, вып. 62.

50. Ткаченко Е.В. Моделирование процессов в устройствах автоматических тормозов подвижного состава и анализ эффективности их действия. Дисс. канд. техн. наук. Екатеринбург, 1997 г.

51. Вершинский С.В., Данилов В.Н., Хусидов В.Д. Динамика вагона: Учебник для вузов ж.-д. трансп. / Под ред. Вершинского. 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Транспорт, 1991 - 360 с.

52. Исаев И.П. Случайные факторы и коэффициент сцепления. М.: Транспорт, 1970 г., с. 184.

53. Исаев И.П., Лужнов Ю.М. Проблемы сцепления колес локомотива с рельсами. М.: Машиностроение, 1985, с. 240.

54. Блохин Е.П., Манашкин Л.А. Динамика поезда. М.: Транспорт, 1982. - 222

55. Протокол № 46862 сравнения показаний весомера с . данными по сортировочному листку.

56. Иноземцев В.Г. Тормоза железнодорожного подвижного состава вопросы и ответы. - М.: Транспорт, 1982. - 272 с.

57. Карпычев В. А. Разработка метода системного анализа автотормоза грузового подвижного состава. Дисс. доктора техн. наук. Москва, 2000 г.6Y--05-5 / i£6i гт

58. РОССИИСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (РГОТУПС)1. На правах рукописи

59. МЕНАКЕР КОНСТАНТИН ВЛАДИМИРОВИЧ

60. МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ В КООРДИНАТНЫХ СИСТЕМАХ ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

61. Специальность 05.22.08 Управление процессами перевозок