автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Цифровые модели процессов в автотормозах подвижного состава и разработка профессиональных тренажеров

На правах рукописи

РГ6 од БЕЗВЕРХИЙ

м с - и (г^- Александр Валерьевич

] 5 1. ,'м •

УДК 629.4.077-592-52:681.32

ЦИФРОВЫЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ В АВТОТОРМОЗАХ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И РАЗРАБОТКА ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ

Специальность 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 1995

Работа выполнена и Уральской государственной академии путей сообщения.

Научный руководитель -доктор технических наук, орофессор Попов Валерий Евгеньевич

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор Асад'шкко Лмггишй Романович

кандидат технических наук Пики Ш11 Георгий Борисович

Ведущее предприятие - Свердловская железная дорога.

Защита состоится " О'/ "__</ ? :■:____:_ 1995 г. в

час. О& мин. на заседании диссертационного совета К114.11.01 в Уральской государственной академии путей сообщения но адресу: 620079, т. Екатеринбург, Колмогорова, 66, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан " "__с/ /о/-/ .у_1995 г.

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

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

//

П. Е. Попов

'-/ ^..........

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Необходимыми условиями обеспечения безопасности движения поездов являются эффективная работа автотормозов подвижного состава, которая в значительной степени зависит от способов управления тормозами, и уровень профессиональной подготовки машинистов. Использование реального подвижного состава для разработки рекомендаций по рациональным режимам ведения поезда не только дорого, но н потенциально опасно. Исследования и выбор алгоритмов управления автотормозами невозможны без использования математических моделей процессов в тормозной системе (ТС) грузового поезда, позволяющих учитывать многообразие факторов, влияющих иа се работу.

Перспективным направлением п исследовании газодинамических процессов в явтотормозах подвижного состава является применение методов структурного моделирования, которые позволяют построить цифровые модели процессов, адекватно отражающие работу отдельных реальных.устройств ТС в заданном масштабе времени, и синтезировать модель процессов в пневматической системе грузового поезда. Цифровые модели процессов в автотормозах грузовых поездов применимы не только для проведения комплекса исследований и разработки рекомендаций по совершенствованию процессов управления тормозами в грузовых поездах различных схем формирования, но и являются основой математического обеспечения при создании программных средств профессиональных тренажеров для персонала, связанного с эксплуатацией, ремонтом II обслуживанием подвижного состава. Возможность исследовать различные режимы работы тормозных устройств позволяет выработать правильную стратегию и тактику ведения поезда по участку и подготовить специалистов к действиям а любых, * том числе аварийных ситуациях. Актуальность внедрения на предприятиях железнодорожного транспорта современных компьютерных тренажеров по

вырибогке нарыков действий в нестандартных ситуациях подтверждается приказом МПС России N1Ц от 8 января 1994 г.

Цель работы. Разработка и уточнение параметров цифровых моделей процессов в тормозной системе грузовых тйздов дня исследования работы автотормозов, разработки рекомендаций по их управлению и разработки математического обеспечения профессиональных тренажеров для технического персонала, связанного с эксплуатацией, ремонтом и обслуживанием подвижного состава.

Общая методика работы. Построение цифровых моделей процессов в тормозной магистрали ('ТМ) грузовых поездов основано на применении методов математического моделирования, теории автоматического управления и идентификации. Автором разработаны функциональные пневматические схемы отдельных тормозных устройств и на ш. основе с использованием методов структурного "и имитационного моделирования • синтезирована цифровая модель процессов в ТС поезда. При корректировке параметров цифровых моделей, решении систем уравнений, описывающих движение поезда, динамические и установившиеся режимы работы тормозных систем применялись методы вычислительной математики (методы Гаусса, Эйлера, Рунге-Кутта, "золотого сечения" и т.д.). Цифровые модели использованы при разработке программного обеспечения профессиональных электронных тренажеров на базе ПЭВМ. Достоверность разработанных цифровых моделей подтверждена экспериментально на тормозных испытательных станциях и реальном подвижном составе.

Наущая новизна работы состоит в следующем:

1. На основании методов структурного моделирования разработаны цифровые модели газодинамических процессов в ТМ грузового поезда с точностью отображения реальных процессов 3 - 14%.

2. Построены функциональные пневматические схемы тормозных устройств грузового поезда при различных режимах работы и на их

осноье разработаны структурные схемы, алгоритм«.! ч цифровые модели процессов в кране машиниста, кране вспомогательного тормоза, компрессорах, воздухораспределителях., тормозных цилиндрах к запасных резервуарах.

3. Предложены операторный и символический методы для расчета газодинамических процессов в элементах ТС вагона.

4. Выполнен синтез цифровых моделей, описывающих газодинамические процессы в элементах тормозной системы и обоснован блочный принцип построения цифровых моделей ТС вагона и поезда.

5. Разработана цифровая модель установившихся газодинамических процессов в тормозной системе грузовых поездов, учитывающая произвольное расположение локомотивов в составе.

6. Разработано математическое обеспечение, разработаны структура и состав аппаратных средств поездного тренажера.

Получено одно авторское свидетельство на изобретение и 3 свидетельства об официальной регистрации про(рам.ч для ЭВМ в Реестре РосАПО.

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

1. Разработаны пакеты прикладных программ для исследования установившихся и неустановившихся процессов в ТС грузовых поездов, позволяющие выполнять исследования работы тормозного оборудования подвижного состава при различных величинах зарядных давлений, утечек сжатого воздуха из ТС и характере их распределения по длине ТМ, типах, режимах и количестве тормозных приборов, алгоритмах управления тормозами и способах их включения, перекрытии концевых кранов в составе и т.д. в поездах различных длин и схем формирования.

2. По результатам исследований процессов в сдвоенных соединенных грузовых поездах при различных способах включения тормозных магистралей разработаны рекомендации по максимально допустимой скорости движения и управлению автотормозами при нарушении радиосвязи на одном из локомотивов.

3. Выполнена оценка ситуации перекрытия концевого к рана в составе поезда и выработаны рекомендации по контролю и обнаружению перекрытия концевого крана в пути следования.

4. Для различных серий локомотивов созданы пакеты обучающих программ "Газодинамический анализатор", "МАРШРУТ" и построены поездные тренажеры для технического персонала, связанного с эксплуатацией, ремонтом и обслуживанием подвижного состава.

Реализация работы. Работа выполнялось согласно отраслевых приказов МПС N 52Ц от 27.12.84 г.,с"М 48Ц от 25.12.85 г., N 58Ц от 30.12.86 г., N 2543 от 06.11.87 г., договоров о творческом сотрудничестве со Свердловской ж.д. в период 1986-1994 г.г., госбюджетных тем УЭМИИТа-УрГАПС в период С 1985 г. по настоящее время в рамках Указаний МПС и Отраслевой научно-технической программы "Вес поезда" (Указание МПС N719-у от 10.07.85 г.).

Рекомендации по управлению тормозами грузовых поездов внедрены в Инструкцию по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог ЦТ-ЦВ-ЦЛ-ВНИИЖТ/277.

Работы по созданию пакетов программ "Газодинамический анализатор", "МАРШРУТ" и' поездных электронных тренажеров, внедрению на сети дорог профессиональных тренажеров и 200 комплектов обучающих программ включены в сводные перечни НИР и ОКР МПС России на 1994, 1995 г.г., утвержденные МПС 30.12.93 г. и 26.12.94 г.

Созданный на базе ПЭВМ профессиональный электронный тренажер для подготовки локомотивных бригад особенностям управления автотормозами и тягой грузовых поездов обсуждался па научно-технических совещаниях в

Управлении Свердловской ж.д., локомотивных депо, школе машинистов и на дорожном совещании 25 февраля 1992 г. в г. Перми и рекомендован к внедрению на отделениях дороги. В настоящее время в локомотивных депо и учебных заведениях установлено 15 комплектов профессиональных электронных тренажеров (варианты исполнения 2ТЭ10Л, ВЛ10, ВJI11), в том числе 12 на Свердловской ж.д.

Работа по созданию профессиональных электронных тренажеров отмечена медалью "Лауреат ВВЦ" (Постановление N7-H 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); Всесоюзной конференции "Проблемы механики железнодорожного транспорта: динамика, прочность и надежность подвижного состава ' (ДИИТ, Днепропетровск, 1988г.); Всесоюзной" конференции "Автоматизированные системы испытаний объектов железнодорожного транспорта (МИИТ, Москва, 1988г.); III Всесоюзной конференции "Автоматнзиропанные системы испытаний объектов железнодорожного транспорта" (МИИТ-ОМИИТ, Омск, 1991г.); Всесоюзной конференции "Моделирование систем и процессов управления на транспорте" (ИПТ АН СССР, Москва, 1991г.); научно-технической конференции (УО ВНИИЖТ, Свердловск, 1983г.); XXXVI научно-технической конференции (УЭМИИТ, Свердловск, 1985г.); XXXVII научно-технической конференции (УЭМИИТ, Свердловск, 1986г.); научно-технической конференции "Роль молодых ученых и специалистов в ускорении научно-технического прогресса на транспорте" (Свердловский областной совет НТО, Свердловск, 1987г.); Межвузовской научно-технической конференции "Повышение надежности, совершенствование технического обслуживания и ремонта вагонов (УЭМИИТ, Свердловск, 1989г.);

XXXVII научно-технической конференции (ХабИИЖТ, Хабаровск, 1991г.); научно-технической конференции "Фундаментальные и прикладные исследования - транспорту" (УрГАПС, Екатеринбург, 1995).

Результаты работы обсуждались на сетевых совещаниях (Екатеринбург, 1993 г., Екатеринбург, 1994 г., Ярославль, 1995 г.); научно-техническом совещании отделения шлотормозкого хозяйства ВНИИЖТа (1987 г.); на научно-технических совещаниях специалистов Свердловской ж.д. (1986-1989 г.г., 19911994 г .т.); объединенном каучио-техническом семинаре кафедр "Электрическая тяга", "Вагоны и вагонное хозяйство", "Вычислительная техника и автоматизация производственных процессов" УрГАПС (1995 г.).

Публикации, По теме диссертации опубликовано 25 работ, из них одно авторское свидетельство на изобретение и три свидетельства об Официальной регистрации программ для ЭВМ в Реестре РосАПО, а также выполнено 10 научно-технических отчет.».

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка использованной литературы и 3 приложений. Основной текст диссертации содержит 138 сттр., из них 12 таблиц, 28 рисунков, список литературы из 89 наименований на 13 стр., приложения на 18 стр.

СОДВГЖАНИЕ РАБОТЫ

Во »делении показана актуальность разработки цифровых моделей процессов а автотормозах железнодорожного подвижного состава и создания на их базе математического обеспечения профессиональных электронных тренажеров.

В первой главе выполнен анализ математических моделей газодинамических процессов в ТС грузовых поездов. Вопросам управления тормозами ц динамикой поезда, совершен«вования методов расчета процессов в автотормозах посвящены работы отечественных ученых: Б.Л. Карвацкого, Д.Э. Кирминского, В.Г. Иноземцева, Б.А. Соколова, Л.А. Мугинштсйна,

В.А. Латаряна, N.M. Казкриноиа, П. Т. Гребеаюка, В.В.Крылова, В.П. Терещенко, ВЛI. Лнсунока, Ь.Д. Иикнфоропа, Ii.il. Лобова, A.II. Савоськнна, М.М.Соколова, Е.П. Блохнпа, Л.С. Аннснмова, Л.М. Пыж<?вича, В.Ф. Яеен-ueaa, II.Д. Панькнш, М.П. Пахомова, E.H. Кузьминой, В.II. Фомченко, Г.В. Гогрнчиани, И.Н. Гдлпсла, В.Р. Асадченко, В.Е.Попова, A.B. Кизаринова, М.И. Глушко, Г.Б. Никитина, Г.М. Илсдкова, S.A. Юдина, Ю.В. Зыкова, Ю.Г. Кутыгва л мног их других.

Аналитические методы расчета, наиболее полно отображенные а трудах член. корр. ЛИ России, докт.техи.наук, проф. В.Г. Ииочемценя, основанные на рассмотрении движении гпза как одномерного течения вязкой окнмг.емой жидкости, позволили получить исходные данные для опенки эффективности, "управляемости, неистощимости, автоматичности тормозов, выбора производительности компрессорных установок, определения зарядного давления, темпа изменения давления в магпстрмыюм воздухопроводе при торможении и отпуске, выбора оптимального дияметра дроссельных отверстий для зарядки подключенных к тормозной магистрали обьемов, определения, чувствительности воздухораспределителей к срабатыванию и т.д.

В трудах докт. техн. наук Г.В. Гогрнчиани предлагается модульный подход к построению структуры модели ТС с применением иолнощлх уравнении и методов сосредоточенных параметров ,что позволяет исследовать переходные процессы в разветвленной пневматической сети, оценивать влияние конструктивных параметров тормозных устройств на процессы в ТС подвижного состава и т.д.

Однако, существующие методы нсследовяния не учитывают всего многообразия ситуаций в ТС, сложных алгоритмов управления тормозами грузовых поездов и не отображают работу тормозных устройств в реальном масштабе времени, что является неприемлемым при создании профессиональных тренажеров.

. Успешное применение методов математического моделирования да я исследования газодинамических процессов и системах с распределенными (докт. техн. наук, проф. В.Е. Поров) и сосредоточенными (канд. техн. наук, доц. Г.М. Елеаков) параметрами позволило едл^ать вывод о возможности использования математического моделирования, теории автоматического управления и идентификации и для разработки цифровых моделей процессов в автотормозах. Однако, при создании прикладного математического обеспечения профессиональных тренажеров необходимо учитывать специфику работы в реальном масштабе времени моделей, сопряженных с реальными приборами управления и контроля. Это обусловило применение методов структурного и имитационного моделирования для разработки цифровых моделей газодинамических процессов в тормозной системе железнодорожного подвижного состава.

Вь.,¡опасна классификация тренажеров и определены • требования к профессиональному тренажеру длч социалистов желе ¡подорожного ■фиисиорта, связанных с эксплуатацией, ремонтом и обслуживанием подвижного состава:

-работа в реальном иаси.габевремени;

- возможность отработки нештатных (аварийных) режимов;

-модульный принцип построения; -

- базирование математического обеспечения электронного тренажера на цифровых моделях газодинамических процессов в ТС грузового поезда.

Сформулированы цгль и задачи исследования.

Во ¡порой гльрс вытк сна детализация тормозной системы грузового поезда на \роаеш> члемелтарнш звеньев. Цифровые модели процессов в пневматической'ТС грузовых поездов построены на основе имитационных математических моделей элемента длины воздухопровода (ЭДВ) первого и второго порядков. Порядок модели ЭДН определяется количеством инерционных звеньев й структурной схеме цифровой модели и зависит от

требований к точности получаемых реэультаюв и задач исследования. На рис. 1 показан.) структура цифровой модели ¿-элемента ТС, где Р,{Я) - аналог величины давления; (2/($) • аналог веничнны расхода сжатого воздуха; к л = кцу ■ ¡¡[ - коэффициент, пропорциональный квадрату диаметра (Ц дросселя на входе ячейки; кц — к/х, 1 /; - коэффициент, обратно пропорциональный числу пагонои в группе; Х'д., А'/,, - обобщенные параметры; к\п - конструктивны» коэффициент модели первого порядка; А'>)( - конструктивный коэффициент модели второго порядки. Данная структура описывается системой уравнений:

т-^т-ам).

(п

из которой «случены исходные уравнения для численного интегрирования

\dQiiS)

--к,к,У к\п

(2)

а с применением преобразований Лапласа получены цифровые модели процессов дня расчета символическим методом:

'}к,1у к!п -/>■)-б,■)•

(?)

Проверка достоверности отображения цифровыми моделями реальных газодинамических процессов п "чистой" ТМ показала, что для практических расчетов достаточно использовать цифровые модели процессов в ЭДВ первого

Структурная схема цифровой модели газодинамических процессов в элементе тормозной системы лоезда (модель ЭДВ второго порядка)

<Ь—

>-!л

к-

■ш

ли. г*.

Лгп.

ф,

Ч Г1-и<2>

1

О!*!«)

Р.1с. 1

Функцшшллышч гшглмншческнл схема работы КМ N394 во П положении

1_Ш_

и

л

Ст^ИИ'З&ТОР

Л-Н"

ЗВ-в

Г

НА

Рас. 2

порядка (табл. 1), причем величина погрешности 5 при этом не превышает для процессов зарядки 14 %, для процессов рззрядки - 5/ '. Мри этом представление модели ТМ десятью ячейками обеспечивает необходимую точность расчетов, а увеличение количества ячеек практически не влияет на точность отображения моделью реальных процессов. Кроме того, при численном решении системы дифференциальных уравнении (2) методом Рунге-Купа время расчета газодинамических процессов более чем и два раза опережает реальный процесс.

Применение методов наименьших квадратов, "золотою сечсния" при решении систем уравнений, описывающих процесс:.! в элементе тормозной магистрали, позволило уточнить конструктивные параметры моделей А:,,, и /1ч„ для ТМ различной длины а режимах наполнения и опорожнения.

Для отдельных устройств пневматической ТС трутового поезда (крана машиниста (КМ), крана вспомогательного тормоза, компрессоров, воздухораспределителе!!, тормозных цилиндров и та;к:спь:х резервуаров) согласно положений пневмоавтоматики разработаны функциональные пневматические схемы, основой и построении которых является определение закона соответствия выходного сигнала входному с учетом различных факторов внешнего воздействия. На рис. 2 представлена функциональная пневматическая схема работы крапа машиниста (КМ) во втором положении, на которой

[ данному и уравнительному резернуарам соогветтл ву.ог пнсьмокондепсагоры ГР и У?, пневмопроводам в КМ с ¡} роулентпым течением воздуха пченмосоиротппдения 1<!, К2, 1<4, тормозной магистрали с преихпщсстпенно .ламинарным характером ¡еченпя скатого воздуха - пнсвмосопрошвлспы.; 'ГМ, редуктору, стабилизатору и уравнительному поршню КМ - соошетствуклние пневмореле. На основании функциональных схем иоорошы струкг.'рпые схемы, алгоритмы п цифровые модели процессов в оIдельны* элемент.« ГС грузового поезда для распитых режим«» рабо1ы, тхатна дос: онериооь отображения цифровыми моделями устройств ТС иоода реальных процессов.

Таблица I

Достоверность отображения цифровой математической моделью первого порядки реальных газодинамических процессов

о

Количество Процесс в Количество Длина ячейки

вагонов тормозной ячеек ЭДВ ЭДВ /, 6, %

поезда магистрали модели п вагоны

зарядка I 3 10,8

3 3 1 13,9

разрядка 1 3 3,4

3 1 4,7

зарядка ! . 10 11,4

5 2 10,2

10 разрядка 1 10 4,6

5 2 3,9

зарядка ! 20 ■ 11,9

10 о 9,7

20 разрядка 1 20 3.3

10 3,1

1 •100 13,0

зарядка 20 5 8,5

К' 25 4 7,9

100 1 100 5,0

разрядка " 20 5 4,1

25 4 4,4

В третье»_главе выполнен сшпи полученных цифровых моделей

элементов ТС. При исследовании газодинамических процессов в 'ГС грузового поезда при отпуске и торможении предложенные структуры математических моделей дополнены блоками, имитирующими подключение к T¡v.°o6i.cmod потребителей сжатого воздуха - запасных резервуаров п камер BP, которые в схеме представлены дифференцирующим звеном с замедлением:

S

--, (4)

1 + -- - - — S Kii !<и

где k'j¡ ~ kjy • i//*" - коэффициент, пропорциональный квадрату диаметра с/,' дросселя подключенного объема; kv¡~kvvIV¡ - коэффициент, обратно пропорциональный величине подключенного обьема К-; k^v ■ обобщенный параметр; Q'.,¡{S) - аналог величины расхода сжатого воздуха па зарядку

подключенного объема. Для цифровой модетн элемента ТС поезда получены уравнении дан решения численным интегрированием и символическим методом с учетом преобразований Лапласа.

Структура цифровой модели процессов в элементе ТС поезда дополнена блоком, имитирующим утечки сжатого аоздуха, что позволило получить систему линейных уравнений дш расчета распределения величин давлений сжатого воздуха но .длине ТМ при зарядном давлении P(¡ на головном юкомошве и Рплi на локомотиве в составе « установившемся процессе, вид лоторон не зависит от видов математических моделей ЭДВ:

¡\d} - J] (d{ + л\ + d\) +■ l\dl - 0

l\d\ - l\ [d¡ d¡ + dj y ) + P^d¡ - 0 '

P2d¡ - P3 (d¡ + di + d2yl) + /у42 =0 ' : (5)

Ф

На основании экспериментальных зависимостей, меюдов "золотого сечения" и наименьших кьадрагоп получен;', формула расчета диаметра отверстия

эквивалентного расходу сжатого воздуха и> тормозной системы группы вагонов для различных но величине утечек сжатого во!духа и любого числа вагонов в ячейке ЭДВ. Разработаны модели расчега давлений и хвосте поезда по известной величине зарядного давления (прямая задача), в голове поезда по известному давлению в ТМ последнего нагона (обратная задача) и модель расчет распределения давлений по длине соединенного поезда с локомотивами в голоье и в составе при любом количестве и произвольной расстановке локомотивов ¡Рсостаье поезда.

В процессе создания цифроьых моделей процессов в ТС разработан пакет прикладных программ расчета длин тормозных путей и времени торможения грузового поезда, позволяющих для различных скоростей движения учитывать:

- схему формирования поезда, его массу и длину;

- способы управления автотормозами и ¿шды торможения, в том чикле •аварийные ситуации (неодновременно«!, выполнения торможений на локомотивах в соединенном поезде п т.д.);

- влияние величины и темпа изменения давления в ТМ при различных утечках сжатого воздуха и месте их сосредоточения на характер наполнения тормозных цилиндров вагонов;

- влияние профиля пути, » том числе переломного, и продольно-динамических усилий за счет представления поезда системой с

* распределенными параметрами;

- типы н режимы включения ВР, их соотношение в составе и т.д.

Выполнены исследования процессов в сдвоенных грузовых поездах и

рекомендовано включение тормозных магистралей составов в общую ТМ поезда. С. учетом аварийной ситуации (невыполнение торможения машинистом локомотива в составе при нарушении радиосвязи) максимально допустимая Скорость движения таких поездов согласно расчетам не должна превышать

60 км/ч. Предложено выполнение ступени торможения с глубиной разрядки ТМ на втором локомотиве на 0.07-0,03 МПа по срабатыванию сигнализатора обрыва ТМ N'418 независимо от вида торможения на головном локомотиве, что позволяет повысить максимально допустимую скорость движения на 5 ом/ч.

Разработана цифровая модель процессов в 'ГС грузового поезда, учитывающая возможность перекрытия ТМ концевым краном. Выполнена оценка на цифровой модели ситуации перекрытия концевого крана в составе поезда. Доказано, что при сосредоточении утечек в головной части поезда и допустимом Инструкцией снижении плотности ТС на 20% возможно бесконтрольное отключение до 70% вагонов, что приводит к возрастанию длин тормозных путей при выполнении экстренного торможения в 3 - 5 раз в зависимости от плотности ТС, места сосредоточения утечек сжатого воздуха, начальной скорости движения поезда. В качестве рекомендации предложено осуществлять контроль перекрытия концевых кранов в составе по величине плотности "ГС и длине тормозного пути (времени торможения) при опробовании тормозов в пути следования. Если при отключении части тормозов и увеличении плотности ТС на 20% длина тормозного пути и время снижения скорости на 10 км/ч возрастает на 40% и более, следует принять меры к остановке поезда.

Четвертая_глава посвящена разработке требовании к структуре,

аппаратному составу, программному обеспечению профессиональных поездных тренажероз и созданию их математического обеспечения. Специфика задач управления движением »езда определили необходимый аппаратный состав профессиональных тренажеров для специалистов, связанных с эксплуатацией, ремонтом и обслуживанием подвижного состава (рис. 3). Основным элементом структуры является рабочее место, оборудованное приборами управления грузовым поездом и контроля. В качестве приборов управления применяются контроллер, крап машнннста N395 и кран вспомогательного тормоза N254, вспомогательные устройства. Органы управления обеспечивают целенаправленное вмешательство в моделируемый процесс движения, имитацию

Структурная схема профессионального тренажера для технического персонала связанного с эксплуатацией, ремонтом и обслуживанием подвижного состава

Рис. 3

аварийных ситуаций и т.п. Блок управления включает преобразователь аналогового сигнала в цифровой (АЦП) и интерфейс связи с ПЭВМ. В состав рабочего места входят манометры, рАтсрметрм, установленные в реальной кабине локомотива, локомотивный светофор, лимиочк:Р датчика обрыва тормозной магистрали N418. К моделирующему устройству, в качестве которого используется вычислительный комплекс на базе персонального компьютера 1ВМРСАТ, приборы подключаются через цнфроаналоговый преобразователь (ЦАГ1). Предусмотрено расширение функциональных возможностей системы за счет подключения модулей видеоизображения реального участка пути и аудиоэффектов. Использование современных технических средств и программных технологий нелинейного монтажа поможет при отработке навыков управления тягой и тормозами поезда создать привычную рабочую среду, что повысит качество Обучения специалистов чокомотишюго хозяйства. Обоснован состав и взаимосвязи между отдельными элементами профессиональных электронных тренажеров.

Использование цифровой модели газодинамических процессов, протекающих в ТС поезда, позволило автоматизировать проведение ц.1 числительного эксперимента и использовать данный пакет не только с кследовагельской целью, но и я качестве математического обеспечения (рофессионального тренажера но обучению машинистов особенностям правления тягой к автотормозами грузового поезда. На основании 1азработанных цифровых моделей процессов в автотормозах построена и |боснована структура математического обеспечения профессионального ренажера, включающая следующие блоки:

- Ввод статической информации о профиле пути, ш-раннченнях скорости . по режимной карте и состоянию пути, расстановке светофоров, расположениях станций на маршруте и т.п.;

- обработка действий машиниста по управлению тягой и тормозами;.

- определение текущих координат, скорости и сил, действующих иа поезд

о

при движении;

- контроль ларам<уров массы и дайны поезда;

- расчет значений параметров, характеризующих состояние ТС поезда, режимы включения воздухораспределителей, их количество и т.д.;

- расчет газодинамических процессов, протекающих в различных

пневматических устройствах ТС поезда (в 'ГМ, устройствах управления

тормозами, воздухораспределителях, тормозных цилиндрах и запасных

резервуарах локомотива и вагонов); о

- расчет удельных сил в поезде и решение уравнения движения.

Построено математическое обеспечение профессионального тренажера и

разработаны пакеты обучающих программ для локомотивных бригад "Газодинамический анализатор" и "МАРШРУТ".

Показана экономическая эффективность применения на железнодорожном транспорте профессиональных тренажеров '- для обучения и отработки машинистами в локомотивных депо навыков управления тягой и тормозами грузовых поездов. Согласно расчетов, выполненных зарубежными специалистами, время обучения машинистов с использованием компьютерного тренажера снижается на 70%, а стоимость обучения в 3,5 раза по сравнению с обучением в реальных условиях эксплуатации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

I, Выполнен анализ математических моделей процессов! в тормозной системе железнодорожного подвижного состава и показана целесообразность применения методов математического и имитационного моделирования газодинамических процессов для исследования работы автотормозов подвижного состава и создания профессиональных тренажеров.

I. Выполнена детализация тормозной системы грузового поезда на

уровень элементарных звеньев. Разработаны функциональные

пневматические схемы тормозных устройств в различных режимах

о

работы.

Разработаны структурные схемы, построены алгоритмы и цифровые модели, отображающие газодинамические процессы в кране машиниста, кране вспомогательного тормоза, компрессорах, воздухораспределителях, тормозных цилиндрах, запасных резервуарах в реальном масштабе времени.

I. Выполнен синтез цифровых моделей процессов в тормозных устройствах и обоснован блочный принцип построения цифровой модели тормозной системы поезда. Достоверность отображения моделями реальных газодинамических процессов 2 - 14е;!>. ¡. Разработана цифровая модель установившихся процессов в тормозной системе грузовых поездов различных схем формирования. Решены задачи расчета по заданной величине плотности ТС давлений в хвостовой части магистрали по известной величине зарядного давления на локомотиве (прямая задача), определения величины зарядного давления па локомотиве но величине давления в ТМ хвостового вагона, а также распределения давлений по шине поезда с локомотивами, распределенными по составу.

|. Выполнены исследования процессов в соединенных грузовых поездах, которые показали целесообразность объединения магистралей соединенных поездов и общую ТМ. Максимально допустимая по условиям безопасности скор о с, и следования соединенных поездов с числом осей в составе 520 - 560 и массой 11-12 тысяч тонн не должна превышать 65 км/ч. При нарушении радиосвязи между локомотивами рекомендовано выполнение ступени торможения на локомотиве в составе глубиной разрядки ТМ 0,07 МПа по загоранию лампы датчика

сигнализатора обрыва N418 независимо от вида торможения ни головном локомотиве. °

7. Проиедены исследования процессов в ТС поезда при перекрытии концевого крана в составе и выработаны рекомендации по контролю и обнаружению перекрытия концевого крана в пути следования . (по величинам тормозного пути и времени снижения скорости на 10 км/ч при опробовании тормозов).

8. Разработано и внедрено на сети 175 комплектов обучающих программ для локомотивных бригад "Газодинамический анализатор" и "МАРШРУТ".

9. Выполнена классификация транспортных тренажеров и определены требования к профессиональному тренажеру для специалистов, связанных с эксплуатацией, ремонтом и обслуживанием железнодорожного подвижного состава.

10. Разработана структура математического обеспечения, обоснован состав и взаимосвязи между отдельными элементами профессиональных электронных тренажеров. Тренажеры внедрены в локомотивных депо Свердловской, Октябрьской, Западно-Сибирской и Кемеровской ж.д.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: с

1. Попов В.Е., Казаринов A.B., Безверхий A.B., Абашкин И.В. Анализ на ЦВМ эффективности действия автотормозов грузового поезда при перекрытии концевых кранов в составе. //Сб. научных трудов /ВНИИЖТ. 1991. Современные направления и перспективы развития автотормозной техники железных дорог СССР. с. 25-33.

2. .Попов В.Е., Безверхий A.B., Ткачепхо Е.В. Обучающие компьютерные системы. //Ж.-д. транец. Сер. "Безопасность движения" ОИ/ЦНИИТЭИ МПС, -1У94, -вып. 4: - 54 с.

3. Безверхий Л.it. Разработка цифровых моделей процессов в

автотормозах грузовмх поездов для профессиональных электронных

тренажеров. //Фундаментальные и прикладные исследования

о

Tpancnopiy. Тез. докл. к презентации УрГЛПС. Нкатгриноург, УрГАПС, 1995. с. 119-120.

4. .Безверхий A.B. Разработка сервисных программ визуальной информации о работе нитотормозов для информапионно-обучаюших систем. //Межвузовский сб. научн. трудов. /УЭМИИТ, 1990, вып. 82. Совершенствование методов исследования, технологии ремонта тормозных устройств и ходовой части вагонов, с. 123 - 126.

i. Попов В.Е., Безверхий A.B. Разработка цифровых и математических моделей для исследования газодинамических процессов в пневматических тормозах подвижного состава. //Межвуз. сб. научн. тр./УЭМИИТ -1990. Вып. 82.: Совершенствование методов исследования, технологии ремонта тормозных устройств и ходовой части вагонов, -с. 29-41.

>. Попов B.R., Безверхий A.B., Чирятьева В.И. Пакет прикладных программ тормозных расчетов грузовых поездов. //Рук. дел. ЦНИИТЭИ МПС, 1988, №4697. -46 с.

. Попов В.Е., Безверхий A.B. Разработка пакета прикладных программ "Расход" для исследования работы пневматических автотормозов грузовых поездов при перекрытии концевых кранов в составе. //Рук. дсп. ЦНИИТЭИ МПС, 1989, №5012. -59 с.

. Попов В.Е., Безверхий A.B., Гкаченко Е.В. Автоматизация исследования работы автотормозов грузовых поездов, разработка математического обеспечения информанпонпо-обучаюших систем, и тренажеров на базе ПЭВМ. //Автоматизированные системы испытаний объектов железнодорожного транспорта. Тез. докл. Ill Всесоюз. НТК. г.1 Омск, ОмИИТ. 1991. с. 46-47.

9. Попои В.Е., Безверхий Л.В., 'Гкачеико Е.В. Модели процессов

тормозной системе подвижного состава и исследование работ!

автотормозов в грузовых поездах. //Актуальные проблемы развити Г)

железнодорожного транспорта. Тез. докл. I Международной НТК, 1 Москва, 1994. с. 19

10. Авторское свидетельство N1734107 СССР МКИ С06 07/57. Устройств для моделирования процессов наполнения и опорожнения тормозно магистрали железнодорожного подвижного состава. /В.Е. Попо!

В.И.Чирятьева, A.B. Безверхий. -УЭМИИТ, N 467269/24. Заявлен 04.049)0.-БИ 1992, N18.

Подписано в но. 31.05.95 Бумага газеитя. Объем 1,0 Екатеринбург, К-83, пр. Ленина, 51.

Формат 60x84 Ш6 Тир. 100 . Зак. 'Гпполаборазория УрГУ.