автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Моделирование процессов в устройствах автоматических тормозов подвижного состава и анализ эффективности их действия

На правах рукописи

ТКАЧЕНКО Евгений Валерьевич

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В УСТРОЙСТВАХ АВТОМАТИЧЕСКИХ ТОРМОЗОВ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИХ ДЕЙСТВИЯ

Специальность 05.22.01 - Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 1997

Работа выполнена в Уральской государственной академии путей сообщения.

'; • ! Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор Попов Валерий Евгеньевич

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор Асадченко Виталии Романович

. кандидат технических наук

Казаринов Александр Валентинович

Ведущее предприятие - Свердловская железная дорога.

Защита состоится "¿55 " 1997 г. в 'Учас. мин,

на заседании диссертационного совета К114.11.01 в Уральской государственной академии путей сообщения по адресу: 620079, г. Екатеринбург, Колмогорова, 66, ауд. 283.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан "¿5"" 1с1997 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, просим направлять по адресу совета института.

Ученый секретарь диссертационного совета^ ~ ^ "В. Е. Попов

доктор технических наук, профессор'

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Государственная программа по повышению безопасности движения поездов на железнодорожном транспорте России на 1993-2000 г г. предусматривает комплекс мероприятий, направленных на предупреждение аварийности. Главная задача программы - снизить количество ошибок, нарушений, крушений, аварий и случаев брака в поездной и маневровой работе.

На сети дорог сохраняется значительное количество проездов запрещающих сигналов и обрывов автосцешгах устройств вагонов вследствие допущенных ошибок при ведении грузовых поездов и неудовлетворительного состояния автоматических тормозов. Анализ этих причин выявляет их существенную закономерность и типичность для различных регионов по сети дорог. Следовательно, поставленные в работе задачи: устранение причин неэффективной работы автотормозов поезда, выработка рекомендаций по совершенствованию конструкции воздухораспределителя, а также разработка обучающих программ для профессиональной подготовки локомотивных бригад являются актуальными для железнодорожного транспорта,.

Для анализа эффективности действия автотормозов поезда необходима математическая модель, отображающая с допустимой степенью точности реальные газодинамические процессы в устройствах тормозной системы вагона, особенно в воздухораспределителе как основном исполнительном элементе системы.

Развитие средств вычислительной техники и успешное ее применение в различных сферах позволяет осуществить комплексный подход к исследованию причин проезда сигналов, а также некоторые аспекты профессиональной подготовки работников железнодорожного транспорта, связанных с вождением и подготовкой поездов.

Цель работы. Совершенствование конструкции воздухораспределителя грузового типа и алгоритмов его работы, расчет величины тормозного нажатия колодок в зависимости от фактического состояния тормозной системы поезда, а также разработка обучающих программ для профессиональной подготовки локомотивных бригад.

Общая методика работы. При разработке математической модели газодинамических процессов в тормозной системе вагона применены методы моделирования и теории автоматического регулирования. При разработке структурных схем моделей процессов в тормозной системе вагона й поёзда'применялись методы математического моделирования, теории автоматического регулирования и параметрической идентификации, анализ и синтез процессов в отдельных узлах тормозной системы вагона. При расчете параметров цифровых моделей, решении систем уравнений, описывающих движение поезда, динамические и установившиеся режимы работы тормозных систем использованы методы вычислительной математики. Достоверность разработанных моделей газодинамических процессов в тормозной системе вагона и поезда подтверждена экспериментальными данными, полученными на тормозных испытательных станциях и реальном подвижном составе.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1!. Разработана структурная схема газодинамических процессов наполнения камер тормозных устройств и резервуаров вагона.

2. Синтезированы структурные схемы моделей газодинамических процессов в воздухораспределителе и тормозной системе вагона,

3. Разработаны математические модели, учитывающие основные конструктивные параметры элементов пневматического автотормозного оборудования - объемы камер и резервуаров, диаметры входных и выходных отверстий, величины массы отдельных элементов тормозных приборов, параметры пружин и силы сопротивления движению,

4. Обоснована расчетная зависимость увеличения времени наполнения тормозных цилиндров хвостовых вагонов поезда от величины перепада давления в магистрали поезда.

5. Разработаны обучающие программы для профессиональной подготовки локомотивных бригад. Получено два свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ в Реестре РосАПО.

Практическая ценность работы. Представленные в работе результаты исследований позволили получить ряд следующих практических рекомендаций и выводов:

1. Доказано, что величина перепада давления в магистрали поезда выше нормативного приводит к потере "стандартности" действия воздухораспределителей по темпу наполнения тормозного цилиндра, что является одной из причин проездов запрещающих сигналов,

2. Рекомендовано при заполнении справки BY-45 определять величину тормозного нажатия колодок с учетом реального перепада давления по длине магистрали поезда.

3. Выявлено, что конструктивное исполнение плунжера воздухораспределителя № 483М приводят к самопроизвольному отпуску тормозов при завышении давления в тормозной магистрали краном машиниста, особенно в зимних условиях.

4. Рекомендовано изменить конструктивные параметры режимных пружин воздухораспределителя грузового типа при переключении с равнинного на горный темп отпуска автотормозов;

5. Разработано и внедрено на сети дорог России более 250 комплектов обучающих про1рамм для работников локомотивного хозяйства, связанных с управлением и предрейсовой подготовкой поезда, учитывающих не только основные конструктивные параметры тормозной системы поезда, но и позволяющие приобретать навыки управления автотормозными средствами и тягой поезда.

6. Применение разработанных моделей на стадии проектирования перспективных устройств и совершенствования существующих конструкций приборов позволяет снизить материальные и временные затраты на изготовление опытных образцов и проведение экспериментов.

Реализация работы. Работа выполнялась согласно планам НИОКР МПС России на 1994, 1995 г г., утвержденным МПС 30.12.93 г. и 26.12.94 г., а также планам госбюджетных и хоздоговорных НИР Уральской государственной академии путей сообщения и Свердловской железной дороги.

Созданные обучающие программы применяются в локомотивных депо России, а также при повышении квалификации специалистов железнодорожного транспорта в Уральской государственной академии путей сообщения, в Исследовательском Центре "СПЕКТР" МПС России и в учебном процессе академии для студентов дневного отделения электромеханического факультета.

Разработанные обучающие программы входят в состав программного обеспечения информационно-обучающей и контролирующей системы для подготовки локомотивных бригад особенностям управления автотормозами и тягой грузовых поездов. В настоящее время в локомотивных депо и учебных заведениях России установлено более 30 комплектов таких систем, в том числе 18 - на Свердловской ж.д. Информационно-обучающая и контролирующая система отмечена медалью "Лауреат ВВЦ" (Постановление Й7-и Всероссийского Выставочного Центра от 18.02.94).

Апробация работы. Основные положения диссертации опубликованы в открытой печати, доложены, обсуждены и одобрены на I Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта" (МИИТ, Москва, 1994); III Всесоюзной конференции "Автоматизированные системы испытаний объектов железнодорожного транспорта" (МИИТ-ОМИИТ, Омск, 1991г.);

Всесоюзной конференции "Моделирование систем и процессов управления на транспорте" (ИПТ АН СССР, Москва, 1991г.); XXXVII научно-технической конференции (ХабИИЖТ, Хабаровск, 1991г.); научно-технической конференции "Фундаментальные и прикладные исследования - транспорту" (УрГАПС, Екатеринбург, 1995); научно-технической конференции "Фундаментальные и прикладные исследования - транспорту - 96" (УрГАПС, Екатеринбург, 1996).

Результаты работы обсуждались на сетевых совещаниях (Екатеринбург, 1993 г.; Екатеринбург, 1994 г.; Ярославль, 1995 г.); на научно-технических совещаниях специалистов Свердловской ж.д. (19861989 г г., 1991-1994 г г.); на научном семинаре кафедры "Вычислительная техника и автоматизация производственных процессов" УрГАПС (1996 г.); объединенном научно-техническом семинаре кафедр "Электрическая тяга", ВТ и АПП, "Вагоны и вагонное хозяйство" УрГАПС (1997 г.), I011 отраслевой постоянно действующей тематической выставке "Желдортранс'95", Москва 1995 г.; Коллегии МПС по безопасности движения, Москва, октябрь 1996 г.; Сетевом совещании работников локомотивного хозяйства "Безопасность движения на сети дорог", Екатеринбург, ИЦ "СПЕКТР" МПС России, апрель 1997 г.

Публикации. По теме опубликовано 13 печатных работ, в том числе одна депонированная статья, получено два свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ в Реестре РосАПО.

Объем работы. Диссертация состоит из Введения, 4 разделов, Заключения, списка использованной литературы и 3 приложений. Основной текст дассертации содержит 149 стр., 16 таблиц, 45 рисунков, список литературы из 89 наименований на 10 стр., Приложения на 25 стр.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении показана актуальность проблемы совершенствования конструкции воздухораспределителя, работы автотормозов поезда, а также разработки обучающих программ для профессиональной подготовки локомотивных бригад. Сформулированы основные причины вопроса разработки математической модели газодинамических процессов в тормозной системе (ТС) вагона, применения компьютерной техники для моделирования и анализа газодинамических процессов в устройствах автоматических тормозов и обучения работников локомо-тнвного хозяйства.

Большой вклад в совершенствование режимов управления тормозами, методов расчета процессов в автотормозах и комплексное изучение процессов торможения внесли ученые: Д.Э. Карминский, В.Г. Иноземцев, Б.А. Соколов, В.М. Казариноз, В.Ф. Ясенцев, В.И. Крылов, П.Т. Гребе-нюк, И.Г. Левин, JI.A. Мугишптейн, В.В. Крылов, В.П. Терещенко, В.Н. Лисунов, Б.Д. Никифоров, А.Н. Савоськин, В.Н. Лобов, М.М. Соколов, Е.П. Блохин, П.С. Анисимов, В.Е. Попов, В.Р. Асадченко, Н.Д. Пань-кин, М.П. Пахомов, В.А. Юдин, Е.И. Кузьмина, В.Н. Фомченко, Г.В. Гогричиани, И.Н. Галиев, A.B. Казарииов, М.И. Глушко, Г.М. Елсаков, В.И.Головин, Ю.В. Зыков, Ю.Г. Кутыев и др.

Определены принципиальные направления по анализу эффективности действия автоматических тормозов в зависимости от фактического состояния тормозной системы поезда.

В первой главе приведен обзор устройств, составляющих тормозную систему поезда и их функциональное назначение. Выполнена декомпозиция структуры тормозной системы вагона до уровня взаимодействующих камер воздухораспределителя (ВР). Выполнен анализ эксплуатируемых на подвижном составе типов воздухораспределителей,

их основных технических параметров, характеристик и эксплуатационных свойств.

Эффективность действия пневматической тормозной системы грузового поезда характеризуется конечным рядом выходных параметров и в общем виде может быть описана следующим выражением:

ß(t)=F{P3(t), Ржр(0, К, Ч'к, *Рс(0, Ln, Qn, V(t), Нп, Т, H(t), ДР}, (1)

где ß(t) - тормозная эффективность поезда;

P3(t) - величина зарядного давления в элементах ТС поезда;

Prp(t) - величина давления в главных резервуарах локомотива;

К - величина нажатия колодок (режимы включения воздухораспределителя);

Ч'к - коэффициент трения колеса и колодки;

¥с(0 - коэффициент сцепления колеса и рельса;

ЛР - величина перепада давления в тормозной магистрали;

Ln -длина поезда;

Qn - вес поезда;

V(t) - скорость движения поезда;

Нп - воздействие плана и профиля пути;

Т - температура окружающей среды;

H(t) - величина и темп снижения или повышения давления в тормозной магистрали поезда при управлении.

Для решения поставленной задачи установлена зависимость распределения давления по длине тормозной магистрали (ТМ) поезда от величины утечек сжатого воздуха, введено понятие перепада давления в ТМ между головной и хвостовой частями поезда. Выполнен анализ существующих математических моделей и методов исследования газодинамических процессов в ТС грузовых поездов. При этом установлено, что

практически все существующие аналитические методы исследования не позволяют в полной мере учитывать многообразие факторов, оказывающих влияние на газодинамические процессы в автоматических тормозах. Они достаточно точны, но область их применения ограничена по причине отсутствия возможности исследовать газодинамические процессы в каждом элементе.

Потому за основу были приняты сравнительно недавно разработанные методы математического моделирования для исследования газодинамических процессов в системах с распределенными (докт. техн. наук, проф. В.Е. Попов) и сосредоточенными (канд. техн. наук, доц. Г.М. Ел-саков) параметрами, которые позволяют моделировать процессы в пневматических элементах тормозной системы отдельного вагона и поезда в целом.

Сформулированы цели и задачи исследования.

Во второй главе решаются вопросы определения структуры и параметров модели газодинамических процессов в простейшем элементе любой пневматической системы - резервуаре. Одним из методов исследования реальных газодинамических процессов в устройствах автоматических тормозов является определение амплитудно-фазовой частотной характеристики (АФЧХ) исследуемого процесса.

На рис. 1 приведены АФЧХ процесса наполнения (кривая 1) и процесса опорожнения резервуара, (кривая 2), которые позволяют определить тип аппроксимирующего звена системы автоматического регулирования (САР), а также параметры модели. На основе АФЧХ определено, что процесс наполнения резервуара соответствует переходной характеристике апериодического звена второго порядка, а процесс опорожнения -переходной характеристике апериодического звена первого порядка.

Амплитудно-фазовые частотные характеристики газодинамических процессов в резервуаре

О 0.2 ол -0.6 -0.8

/ 1

( \ 2

N

^— ..... Г ^

Шм)

О 0.2 0.4 0.6 0.8

Рис. 1

1-наполнение резервуара; 2-опорожнение резервуара

Передаточные функции моделей газодинамических процессов в резервуаре в общем виде имеют вид: а) при наполнении резервуара

к

Т|82+Т,8 + Г

(2)

б) при опорожнении резервуара

тв+Г

(3)

где к - коэффициент усиления передающего звена; Т, Т|,Тг - постоянные времени модели.

Структурная схема модели газодинамических процессов в резервуаре представлена на рис.2.

РахСБ)

Кг К3 ОСЬ) К1

БСТз БИ)

РвыхСБ)

Рис. 2

Передаточная функция модели, приведенной на рис 2., имеет следующий вид:

1

Тз -в2*-

1

(4)

к1к2к3 к1к2к3

-8+1

где Т,=

1

Т, =

Тз

= Т3 = -у*КР;

к1к2к3 1/ к1к2к3

V - объем резервуара, л; ё - диаметр входного отверстия, мм; к1у

к] = —— - коэффициент модели, пропорциональный объему резервуара;

к)У=1.03 - универсальный коэффициент модели;

к2=к2)с12 - коэффициент модели, пропорциональный проходному

сечению дросселя; к2у=0.137 - универсальный коэффициент модели; Кр - коэффициент режима при наполнении равен 1, а при опорожнении 0;

кз - универсальный коэффициент модели, при наполнении резервуара соответствует 1.97, а при опорожнении 1.66. В результате синтеза структурных схем была получена модель газодинамических процессов в элементах ТС вагона: в тормозной магистрали (ТМ), запасном резервуаре (ЗР), камерах воздухораспределителя и тор-

мозггом цилиндре (ТЦ). Применение метода структурного моделирования позволило перейти к математической форме представления модели.

В режиме зарядки тормозной системы вагона газодинамические процессы описываются системой уравнений:

= ((р™М- ршс(Ф™ -(рмк«-РксМ)к£ (РМк(()-^к(«))к?К -

- (Рмк(0 - Рзр(»))к2 Р - К^РМК(ф3к^К; - ((РмкМ- - (РксМ-^кМ)^

I зк к2 "

^ = ((МО- Рж (ф!* - (РмкМ - РЗК(0)к2К - (5)

-(РксМ-РркСК^кзк^; ^¡^ - (КС) - ''рк(1)КК - (Ркс(с) - Ррк(»КК)к3кГк;

<1Рзр(А) = (Рмк(0-^р(0)к|ркз ~ Гзрр) Л т3

л 1

0.456, е с ли(Рмк

(0 -Рзк(1))> 0.1

где к 2 =

0, ее ли(Рлж

0.132, е с ли(Рмк (1) - Р3к(*))> 0.15 ~ (о, е с ли(Рмк (!) - Рзк(4)) <0.15

0.132, е с ли(рмк 0)- Рзк(е)) > 0-2 0, е с ли(Р;ущ

кзк _/0-218' если(РРК(1)-Рзк(0)<0.4 и Рзк(0>4

[0,если(РРК(1)-Рзк(0)>0.4

к3 --{

ГРК

0,0971, е с ли(рМК (I) - Рзк(0) > 0 и Ррк > 2 0, е с ли (РЛ1К (0 - Рзк (1)) > 0 и Р,,к (е) < 2

0.674, е с ли(РРК - Рзк(0) < °-4

|(),если(РРК (1)-Р;5К(0)>0.4

Р,м(1), Р„к(1), Ркс(0, Рж(0, Ррк(Х), Рзр© - оригиналы величин давлений в ТМ, магистральной камере, камере связи ЗК с РК, золотниковой камере, рабочей камере и запасном резервуаре,соответственно.

В режиме торможения газодинамические процессы отражаются аналогичной системой уравнений:

^ = (М<) - МфзкГ - (Р«(.)- +

^.((^«-РдР^кзкД^^кСО-Рдр^кД^кГ)-

-Рдр^кДР + к^) - (Рдр(1) - Рхц^кзкз^кДР; (6)

(11 Т3

зр

■2 "

Р5р(0

^^(^рСО-^С^зк^^РдрМ-Рщ^кзк^кТЦ,

0.14, е с ли (р3 К (1) - Рм ({)) > 0.06 0, если(Рзк(1)-Рм(1))<0.06

где к^Р

кдр = |0-91, е0 Л1(рзк(0-рм(0)> °-14. ~[0,есж(Рзкф-Рм(1))<0.14

К?р = .

1.6, е с ли(рм^) - Рзк> 0.35 0, ее ли(Рм(^- Рзк(1))<0.35 '

кдр _ I0-184' е с ш(р™ ® ~ РмЮ) > 0Л1 51 }0,еслн(Р5К(е)-Рм(1))<0Л1

кДр _ Г2-11, ес ли(Рзк(4) -Рм(1))> 0.08 и (Ррк - Рэк(0)< 0.2 >2 [о, ес :м(Р5к(()- Рм(»)< 0.08

ктц _ |4-72' с с тЫ - МО) < 0.6

[0.77, е с ли(РРК - Р:,к(0) > 0.6'

5.52, е с ли(Рзк(0 - Рм > 0!08 е с ли(р,к (0 - Рм ф) <0.08

Рм(1), Р,,(0, Рт,|(1), Рж(г), Рдр(1) , Р1Ж, Р-;р(1) - оригиналы величин давлений в магистральной камере ВР, тормозной магистрали, тормозном цилиндре, золотниковой камере, канале дополнительной разрядки, рабочей камере-воздухораспределителя и запасном резервуаре,соответственно.

Разработанная модель газодинамических процессов зарядки ТС вагона отображает реальные процессы с погрешностью'5... 15 % по средне-квадратическому отклонению.

В третьей главе приведены результаты моделирования газодинамических процессов в ТС поезда в режиме торможения и отпуска тормозов. На рис. 3 приведены расчетные диаграммы и экспериментальные значения наполнения ТЦ в 100 вагонном поезде при экстренном торможении (ЭТ) с диаметром отверстия в магистральной части ВР, соединяющего камеру дополнительной разрядки и атмосферы, равным 0,55 мм. Как видно из рис. 3, математическая модель достаточно достоверно отображает газодинамические процессы как в головной, так и в хвостовой части состава.

Наполнение тормозных цилиндров в поезде из 100 вагонов при экстренном торможении

Ртц, МПа

8.58 . 8.48 8.30 8.28 8.18

8 10 28 30 4В Т, с

Рис. 3

• - экспериментальные данные. С использованием разработанной модели процессов в ТС поезда проведен анализ эффективности действия автоматических тормозов с учетом возможных изменений характеристик наполнения тормозных цилиндров в поездах при различных по величине утечках сжатого воздуха. Число вагонов в составе поезда при расчетах было принято 60, 80 и 100. При этом рассматривались следующие виды торможения:

- полное служебное торможение (ПСТ) глубиной разрядки магистрали на 0,15 МПа;

- экстренное торможение.

В обоих случаях рассматривались следующие варианты величины перепада давления:

- минимальные утечки или их отсутствие;

- перепад давлений величиной 0.04 МПа;

- перепад давлений 0.06 МПа;

- перепад давлений величиной 0.08 МПа;

- перепад давлений величиной 0.1 МПа;

- перепад давлений величиной 0.12 МПа.

На основании полученных характеристик наполнения ТЦ при различных по величине перепадах зарядных давлений выполнен расчет ожидаемых длин тормозных путей. На рис. 4 приведены расчетные номограммы длин тормозных путей при ЭТ и ПСТ для поездов длиной 60, 80 и 100 вагонов, для осевой нагрузки ц=22 т/ось и скорости движения У=70км/ч. На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что увеличение перепада давлений по дайне магистрали приводит к увеличению длины тормозного пуги поезда при ПСТ до 9 %, ЭТ до 7 % и СТ более чем на 40 %.

Зависимость изменения длины тормозного пути при ЭТ и ПСТ грузового поезда и различных по величине перепадах зарядных давлений

по длине магистрали ¡Зт, М-|-------

900 --з-------

800 -.....

600 -I-----

0,02 0,04 0,06 0,08 ОД Р, МПа Рис. 4

1 - 60 вагонов; 2 - 80 вагонов; 3 - 100 вагонов

- ПСТ; ............... ЭТ

Согласно полученным результатам, с целью обеспечения безопасности движения длинносоставных грузовых поездов длиной более 250 осей предлагается по результатам опробований тормозов на станции указывать в справке ВУ-45 фактическое расчетное нажатие колодок,

____

3 "К

-тггтг. ------ - ■ - ■ "

....... _2у '' * ¡У *

определяемое в зависимости от величины реального перепада давления в магистрали поезда уменьшением суммарного расчетного нажатия согласно таблице 1.

Табл. 1

Перепад давления до 0,04 от 0,04 от 0,06 от 0,08 от 0,1

в МПа до 0,06 до 0,08 до ОД до 0,12

Уменьшение рас-

четного нажатия, в % 0 2 4 7 10

С помощью предложенной модели выполнен анализ алгоритмов отпуска автоматических тормозов, оборудованных ВР 483М и ВР 483 в поездах различной длины. Анализ полученных характеристик отпуска тормозов позволил определить, что ВР 483М не обеспечивает в полной мере устойчивую работу тормоза в режиме перекрыши и способен выполнить отпуск тормоза при завышении давления в ТМ краном машиниста, что может служить причиной самопроизвольного массового отпуска тормозов в поезде с ВР 483М. Поэтому следует отказаться от алгоритма отпуска тормозов, осуществляемого в ВР 483М, как не обеспечивающего достаточную защиту режима перекрыши тормоза, и вернуться к более надежному алгоритму, реализованному в ВР N 483.

На модели исследованы ситуации затяжного отпуска тормозов при включении воздухораспределителей на равнинный режим. Анализ расчетных данных показал, что особенности конструктивного исполнения ВР допускают возможность его работы но характеристике горного отпуска при включении на равнинный режим при завышении усилия режимной пружины.

Обоснована необходимость регламентации условия автоматического перехода ВР с равнинного режима на горный режим отпуска тормоза при давлении в РК не более Ррк=0,36 МПа.

С целью подтверждения полученных теоретических результатов в 1995 г. на Орском отделении Южно-Уральской железной дороги были проведены экспериментальные исследования на реальном подвижном составе. Для измерения характеристик наполнения ТЦ при различных по величине перепадах давления в ходе проведения экспериментов использовалась измерительная; аппаратура динамометрического вагона (ДМВ) дороги. В таблице 2 приведены экспериментальные и расчетные характеристики наполнения ТЦ хвостового вагона при нормативном и увеличенном перепадах давления в ТМ.

Таблица 2

Перепад давлений ДР=0,04 МПа Перепад давлений дР=0,14 МПа

Т, с Рзксп. Ррасч. 5ср, % Т, с Рэксп. Ррасч. 5, %

0 0 0 0 0 0

5 0,1 0,07 8 4 0,1 0,04 13,6

19 0,18 0,17 25 0,12 0,11

27 0,22 0,23 40 0,14 0,14

32 0,23 0,23 57 0,15 0,15

Как видно из таблицы, величина среднеквадратического отклонения результатов расчета и эксперимента не превышает 8...14%.

В четвертой главе приведены основные положения разработки программного обеспечения для профессиональной подготовки локомотивных бригад и специалистов вагонного хозяйства с применением ПЭВМ. Основой для создания средств обучения, направленных на отработку навыков управления автотормозами и средствами тяги поезда является модель газодинамических процессов в исполнительных тормозных приборах и в ТС вагона.

В главе приводится описание разработанного пакета программ «ПРОЛОК», который включает 9 программ для обучения. Разработан-

ный комплекс позволяет проводить обучение по принципу от «простого к сложному». Модульный принцип построения пакета программ «ПРОЛОК» позволяет добавлять новые модули расчетных моделей газодинамических процессов в элементах ТС или параметров движения и новые задачи обучения, направленные на отработку навыков управления средствами тяги и автоматическими тормозами поезда.

В настоящее время внедрено более 250 комплектов пакета программ «ПРОЛОК» в локомотивные депо и учебные заведения железнодорожного транспорта по сети дорог. Разработанное программное обеспечение входит в состав информационно-обучающей и контролирующей системы для машинистов, которая внедрена на ряде дорог России.

Выполнен расчет экономической эффективности проведения исследования газодинамических процессов на ПЭВМ в сравнении с исследованиями, проводимыми на тормозоиспытательной станции. Экономия средств за год составляет 61318,2 тыс. руб. с учетом затрат на разработку специализированного программного обеспечения и приобретение ПЭВМ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Выполнен анализ применяемых методов исследования процессов в тормозной системе железнодорожного подвижного состава и обоснована целесообразность применения методов математического моделирования газодинамических процессов для исследования эффективности действия автоматических тормозов подвижного состава.

2. Доказано, что процессы наполнения сжатым воздухом камер и резервуаров тормозных устройств вагона описываются апериодическим звеном второго порядка, а процесс опорожнения резервуара - апериодическим звеном первого порядка системы автоматического регулирования.

3. Синтезированы структурные схемы и разработаны математические модели газодинамических процессов в тормозной системе грузового вагона. Погрешность отображения реальных процессов по среднеквадра-тическому отклонению составляет 5...10 %.

4. Определено влияние величины перепада давления в тормозной магистрали поезда на стабильность действия воздухораспределителей по темпу наполнения тормозных цилиндров в хвостовой части состава. Доказано, что при увеличении перепада давления в магистрали с 0,04 МПа до 0,1 МПа время наполнения тормозных цилиндров хвостовых вагонов при торможении, в зависимости от длины состава, увеличивается на 10...60 %.

5. Увеличение перепада давления в тормозной магистрали до 0,12 МПа приводит к увеличению длины тормозного пути поезда при торможении: экстренном - до 7 %, полном служебном - до 9 % и служебном -более чем на 40 %.

6. Рекомендуется по результатам опробования тормозов на станции в поездах длиной более 250 осей указывать в справке ВУ-45 фактическое расчетное нажатие колодок, определяемое в зависимости от величины перепада давления в магистрали поезда уменьшением суммарного расчетного нажатия при перепаде давления:

- от 0,04...0,06 МПа - на 2%;

-отО,06...0,08МПа-на 4%;

- от0,08...0,1 МПа-на 7%;

- от ОД...0,12 МПа-на 10%.

7. Рекомендуется исключать из эксплуатации ВР, имеющие характеристику горного отпуска при его включении на равнинный режим (нредотпускном давлении в РК 0.36 МПа и более), так как такая работа воздухораспределителей может служить причиной затяжного отпуска

тормозов поезда, образования ползунов и других повреждений колесных пар вагонов.

8. Определено, что конструкция воздухораспределителя № 483М способствует процессу самопроизвольного отпуска тормоза при завышении давления в тормозной магистрали краном машиниста в режиме перекрыши, особенно в зимних условиях. Сравнительный анализ работы воздухораспределителей № 483М и № 483 показал большую устойчивость последнего в режиме отпуска тормоза.

9. Разработано и внедрено в локомотивных депо сети железных дорог более 250 комплектов обучающих программ для профессиональной подготовки локомотивных бригад.

Экономический эффект от использования математических моделей при исследованиях процессов в автоматических тормозах подвижного состава составляет более 60000 тыс. рублей.

10. Обучающие программы внедрены в учебный процесс Уральской государственной академии путей сообщения, при повышении квалификации специалистов транспорта в исследовательском центре «СПЕКТР» МПС России, и в других учебных заведениях железнодорожного транспорта.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Попов В.Е., Безверхий A.B., Ткаченко Е.В. Автоматизация исследования работы автотормозов грузовых поездов, разработка математического обеспечения информационно-обучающих систем и тренажеров на базе ПЭВМ //Автоматизированные системы испытаний обьек-тов железнодорожного транспорта: Тез. докл. III Всесоюз. НТК. -Омск/ОМИИТ. - 1991.-С. 46-47.

2. Попов В.Е., Безверхий A.B., Ткаченко Е.В., Клягин A.A., Чепурин A.B.

Разработка и создание компьютерных моделей и моделирующих установок для автоматизации исследования работы пневматических тормозов железнодорожного подвижного состава // Моделирование систем и процессов управления на транспорте: Тез. докл. Всесоюз. НТК. - М. ИПТ АН СССР, 1991. - С. 122-123.

3. Попов В.Е., Безверхий A.B., 'Гкаченко Е.В. Применение компьютерных моделей при обучении локомотивных бригад управлению автотормозами поезда //Тез. докл. XXXVII НТК. - Хабаровск / ХабИ-ИЖТ.-1991.-С 270-272.

4. Попов В.Е., Наговицын B.C., Ткаченко Е.В., Шабардин А.Г. Применение вычислительной техники для подготовки специалистов локомотивного хозяйства : Тез. докл. НТК. - Екатеринбург 1 УрГАПС, 1996. -С. 188.

5. Ткаченко Е.В. Моделирование процессов в приборах автоматических тормозов подвижного состава // Сб. научн. тр./УрГАПС - 1996. -Вьш. 5(87).-С. 68-72.

6. Ткаченко Е.В. Исследование причин снижения тормозной эффективности в грузовых поездах: Тез. докл. НТК. - Часть I. - Екатеринбург / УрГАПС.-1996. -С.187.

7. Попов В.Е., Безверхий A.B., Ткаченко Е.В. Модели процессов в тормозной системе подвижного состава и исследование работы автотормозов в грузовых поездах: Тез. докл. I Международной НТК. -М. / МГУПС. -1994. -С.19.

8. Ткаченко Е.В., Чирятьева В.И. К оценке процессов в тормозной систе-

ме длинносоставных грузовых поездов при торможении. /УрГАПС. -Екатеринбург, 1994. -6 с: ил. 2. -Библиогр.: 3 назв. -Деп. в ЦНИИТЭИ МПС, 1994. N5969.

9. Попов В.Е., Наговицын B.C., Ильиных М.К., Ткаченко Е.В. Компьютерная информационно-обучающая и контролирующая система //Локомотив. -1993.- № 11 -12. - С. 15-16.

10. Попов В.Е., Ткаченко Е.В. Разработка моделей газодинамических процессов в тормозных приборах железнодорожного подвижного состава // Сб. научи. тр./УрГАПС. - 1994. - Вып. 4(83). - С. 89-94.

11. Ткаченко Е.В. Моделирование газодинамических процессов в тормозной системе вагона // Сб. научн. тр./ УрГАПС - 1994. - Вып. 1(83). -С. 95-99.

12. Ткаченко Е.В. Разработка моделей процессов в тормозных устройствах подвижного состава :Тез. докл. НТК. - Екатеринбург / УрГАПС-1995. - Часть I.-С. 126.

13. Попов В.Е., Безверхий A.B., Ткаченко Е.В. Обучающие компьютерные системы //Ж. -д. транш., Сер. Локомотивы и локомотивное хозяйство. Ремонт локомотивов: ОИ/ЦНИИТЭИ МПС. -1994. -Вып. 4: -С. 4-52.

Бумага писчая № I Тираж 100

Подписано к печати ZI XI 9 7.

№1 Формат 60x84 I/I6 Объем 1,5 п.л.

Бесплатно

Заказ 37

Тип. УрГАПС 620034, г. Екатеринбург, Колмогорова, 66