TRANSCOMP XV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

Transkrypt

1 TRANSCOMP XV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT CIEŚLAKOWSKI Stanisław Janusz 1 bezpiezeństwo, wagon, rozrządzanie, grawitayjny system, rozrządowy PROBLEMY STRZELANIA DO CELU W GRAWITACYJNYCH SYSTEMACH ROZRZĄDOWYCH W pray oblizono w jakim stopniu podwyŝszenie dopuszzalnej prędkośi zderzenia wagonów, powoduje moŝliwość podwyŝszenia dopuszzalnego błędu systemu hamowania. ISSUES OF TARGET SHOOTING IN GRAVITATIONAL MARSHALLING SYSTEMS The study alulated the extent to whih inrease of the speed limit wagon ollision, ausing the possibility of inreasing the aeptable error of the braking system. 1. WSTĘP Staje rozrządowe są skomplikowanymi organizmami tehniznymi, a od sprawnośi ih działania zaleŝy w duŝej mierze sprawność ałego transportu kolejowego. Staje te spełniają bowiem i nadal będą spełniały zasadnizą rolę w organizowaniu potoków wagonów towarowyh w poiągi. W proesie unowoześniania kolejnitwa polskiego jest koniezna - obok innyh działań - takŝe zasadniza modernizaja staji rozrządowyh, ze względu na zwiększenie wydajnośi oraz bezpiezeństwa wagonów i personelu, a takŝe zwiększenie sprawnośi obróbki przerabianyh przez nie potoków wagonów. Modernizaja ta polega przede wszystkim na unowoześnieniu układów torowyh oraz automatyzaji i mehanizaji wybranyh, istniejąyh juŝ staji rozrządowyh, na któryh będzie skonentrowana praa manewrowa. W pewnyh nieliznyh przypadkah moŝe równieŝ powstać potrzeba budowy nowyh staji rozrządowyh. Rozwój przewozów w poiągah zwartyh nie wymagająyh rozrządzania, zarówno z ładunkami masowymi jak i poiągów kontenerowyh, wzrost udziału wagonów zteroi więejosiowyh w ałym parku wagonów oraz przejmowanie przez transport samohodowy przewozów na bliskie odległośi oraz w mniejszyh ratah ładunków - powodują, Ŝe zadania staji rozrządowyh nie rosną tak szybko, jak zadania przewozowe kolei ogółem. Błędne byłoby jednak mniemanie, Ŝe nastąpi eliminaja lub radykalne ogranizenie przewozów koleją w pojedynzyh wagonah lub grupah relayjnyh, liząyh kilka lub kilkanaśie wagonów. Po prostu istnieje, i zawsze będzie istniała, gospodarza potrzeba 1 Politehnika Radomska, Wydział Transportu i Elektrotehniki; Radom; ul. Malzewskiego 9. Tel

2 538 Stanisław J. CIEŚLAKOWSKI obsługi przewozów kolejowyh w ratah rzędu kilkudziesięiu lub kilkaset ton, tj. takih, któryh z róŝnyh przyzyn nie będzie się wykonywało samohodami lub w kontenerah, a z drugiej strony są one zbyt małe, aby obsługiwać je w poiągah zwartyh o ładownośi około 000 do 3000 ton. Wynika stąd, Ŝe będzie to zawsze generowało potrzebę stazania wagonów kolejowyh na stajah rozrządowyh, wykorzystująyh do tego elu grawitayjne systemy rozrządowe.. REGULACJA PRĘDKOSCI STACZANYCH ODPRZĘGÓW Przyjęty dla PKP system regulaji prędkośi ze swobodnym przemieszzaniem się wagonów na torah kierunkowyh ( strzał do elu ) zakłada dla górek 4- i 3-torowyh instalaję dwóh pozyji hamowania na drodze stazania odprzęgów. System regulaji prędkośi musi ehować duŝa niezawodność i preyzja pray, gdyŝ na nim iąŝy - w głównej mierze - odpowiedzialność za bezpiezeństwo wagonów i ładunków. Obenie na PKP zastosowano w większośi hamule torowy - oznazony symbolem ETH-1 - o nowej konstrukji, który harakteryzuje się znazną oszzędnośią materiału oraz krótkim zasem odhamowania i opuszzania - ehą szzególnie istotną w sterowaniu automatyznym. Dostosowanie długośi hamula do lokalnyh wymagań umoŝliwia modułowość. Hamule ETH-1 jest zbudowany z typowyh profili stalowyh, a jego szzęki są wykonane z szyn S60. Nie wymaga fundamentu lub wykopu i jest montowany na podrozjazdniah, na podsype - jako typowe przęsło toru. Kontrolę prędkośi odprzęgu na hamulu realizuje radarowy system sterowania STH-1. Radar zawiera falowodową antenę szzelinową z głowią mikrofalową składająą się z półprzewodnikowego osylatora praująego na diodzie Gunna i układu przetwarzania powrotnego z mieszazem diodowym. Sygnałem wyjśiowym z anteny jest napięie przemienne o amplitudzie 7 V i o zmiennej zęstotliwośi w graniah Hz proporjonalnej do prędkośi odprzęgu będąego w zasięgu działania anteny. Operator pulpitu zintegrowanego ma do dyspozyji trzy sposoby sterowania hamulami torowymi: - ręzny - poprzez obsługę przyisków H (hamowania) i L (luzowania), który naleŝy razej traktować jako tryb pray awaryjnej, - półautomatyzny - przez wybór na tastaturze obsługiwanego hamula zadanej prędkośi wyjazdu, po uprzednim wiśnięiu przyisku PA, - automatyzny; wiskają przyiski PA,A operator powierza sterowanie hamulem zestawowi mikroproesorowemu. Wyboru zadanej prędkośi wyjazdu odprzęgu z hamula operator pulpitu zintegrowanego dokonuje na podstawie oeny własnośi toznyh tego odprzęgu i sytuaji na góre rozrządowej oraz informaji o stanie zajętośi torów kierunkowyh. Jakość pray przy zastosowaniu sposobu półautomatyznego regulowania prędkośi zaleŝy głównie od doświadzenia operatora pulpitu zintegrowanego. Niewielkie oddalenie hamulów odstępowyh od nastawni rozrządowej umoŝliwia, operatorowi pulpitu zintegrowanego bardzo poprawne regulowanie odstępów między kolejnymi odprzęgami, a ponadto umoŝliwia natyhmiastowe skutezne reagowanie w sytuajah trudnyh lub wręz niebezpieznyh, takih jak: ponowne rozdzielenie odprzęgów uznanyh za dopędzone, staria bozne od-

3 PROBLEMY STRZELANIA DO CELU W GRAWITACYJNYCH przęgów w ukresah zwrotni i groźne zderzenia odprzęgów przed hamulami kierunkowymi. Wprowadzenie automatyznego hamowania odstępowego odiąŝa operatora od konieznośi obsługiwania tastatury hamulów odstępowyh, lez nie zwalnia od interwenji w sytuajah trudnyh i niebezpieznyh. DuŜe oddalenie hamulów kierunkowyh od nastawni rozrządowej oraz słaba widozność stopnia zapełnienia torów kierunkowyh, powaŝnie utrudniają operatorowi realizaję półautomatyznego hamowania doelowego, a wię maksymalnego zapełnienia torów przy zahowaniu dopuszzalnyh prędkośi w momenie zderzenia się odprzęgów. Z tego powodu nadzieje pokładane w automatyznym hamowaniu doelowym wykrazają poza proste odiąŝenie operatora od wybierania prędkośi wyjazdu z hamulów kierunkowyh. System automatyzny musi gwarantować większą skuteznośi zapełnienia torów, bezpiezeństwo wagonów i ładunków niŝ operator w trybie pray półautomatyznej oraz ogranizać interwenje złowieka do sygnalizowanyh przypadków awarii elementów systemu. 3. ZAGROśENIE BEZPIECZEŃSTWA NA TORACH KIERUNKOWYCH "Strzelanie do elu", które powinno być wykonywane w grawitayjnyh systemah rozrządowyh, podobne jest do strzelania balistyznego realizowanego z róŝnyh odległośi poiskami o róŝnej harakterystye, np. kształtu i ięŝaru i gdzie artylerzysta miałby jedynie moŝliwość zmiany prędkośi miotania, mają uprzednio daną właśiwość batalistyzną poisku. To o dotyzy "strzelania do elu" w grawitayjnyh systemah rozrządowyh jest stosunkowo proste i wypływa z równania: VA VB = l(w i) + [m] (1) g g gdzie: V A - prędkość wyjazdu wagonu z hamula doelowego [m/s], l - zasięg jazdy wagonu na torze kierunkowym [m], w - ałkowity opór jednostkowy wagonu, i - pohylenie toru kierunkowego, V B - prędkość wagonu w punkie doelowym [m/s], g - zmodyfikowane przyspieszenie ziemskie [m/s ]. Wagon powinien dojeŝdŝać do elu z prędkośią zerową ale moŝna teŝ przyjąć pewną prędkość zderzenia o takiej wartośi, aby nie przekrazała dopuszzalnej prędkośi zderzenia. PoniewaŜ wartość V A obarzona jest błędem działania hamula doelowego wartośi l, w - błędami pomiarowymi, to moŝna oszaować błąd "strzelania do elu" w grawitayjnyh systemah rozrządowyh. W tym elu wprowadzono następująe wyraŝenie B: VA B = l (w i) [m] () g

4 540 Stanisław J. CIEŚLAKOWSKI Teraz oszaowano metodą róŝnizki zupełnej błąd tego wyraŝenia: B B B B = VA + l + w [m] (3) V l w a Dokonują oblizeń, otrzymano: VA B = VA + w l + l w [m] (4) g gdzie: V A - błąd działania hamula doelowego [m/s], 1 - błąd pomiaru wolnej długośi toru [m], w - błąd pomiaru oporu jednostkowego wagonu. Dla grawitayjnyh systemów rozrządowyh l = 6 [m]. Zgodnie z praami [] w = 0,0001. Natomiast według pray [4] g' = 9,5 [m/s ]. Dla hamulów ETH 10, V A = 0,5 [m/s] [3]. Wynika stąd, Ŝe drugi składnik równania (4) jest dziesięć razy mniejszy od trzeiego i sto razy mniejszy od pierwszego. MoŜna wię drugi składnik we wzorze (4) pominąć. Ostateznie wzór na błąd wyraŝenia () przyjmie postać: V A B = ± VA + l w [m] (5) g Zakładają we wzorze (1) V B = V z, gdzie: V z - dopuszzalna prędkość zderzenia wagonu [m/s], moŝna napisać nierówność: VZ B [m] (6) g Jest to warunek, który musi być spełniony, aby wagony nie ulegały uszkodzeniu na torah kierunkowyh. Pokazuje on, jak zmniejszanie dopuszzalnyh prędkośi zderzenia powiększa trudnośi rozwiązania problemu "strzelania do elu". Trudnośi te wynikają z tego, Ŝe naleŝy wówzas stosować dokładniejsze metody pomiaru wolnej długośi toru i oporu jednostkowego wagonu oraz dąŝyć do preyzyjniejszego działania hamulów doelowyh, o powiększa koszty grawitayjnyh systemów rozrządowyh.

5 PROBLEMY STRZELANIA DO CELU W GRAWITACYJNYCH PRZYKŁAD LICZBOWY Punkt zatrzymania wagony przewidziany jest na l = 400 m za hamulem doelowym. Jednostkowy opór ałkowity wagonu wynosi w =,5 N/kN, a pohylenie toru kierunkowego i = 1,5. Wymaganą prędkość wyjazdu wagonu z hamula doelowego, umoŝliwiająą dojazd wagonu do wagonów zapełniająyh tor kierunkowy z prędkośią V Z = 0, oblizamy ze wzoru (1): Wstawiają dane wartośi otrzymuje się: V A = g l (w i) [m/s] (7) V A = 9,5 400(0,005 0,0015) =,7 m/s Oblizają teraz błąd, który powstanie z niedokładnośi hamula oraz przy oenie straty energii pomiędzy hamulem doelowym i punktem zatrzymania: V A B = ± VA + l w [m] g Wstawiają dane wartośi otrzymuje się:,7 0,5 B = ± ,0001 = ± ± 9,5 ( 0,15 + 0,04) = 0, 19 Ze wzoru (6) moŝna oblizyć jaka powinna być dopuszzalna prędkość zderzenia wagonów V Z, aby przy błędzie B nie były one uszkadzane: V Z Wstawiają dane wartośi, otrzymuje się: g B [m] (8) m zyli V Z V Z 1,88 9,5 0,19 [m/s] m / s, tzn. V Z 6,77 km / h Oznaza to, Ŝe wszystkie wagony ze zderzakami o dopuszzalnej prędkośi zderzenia V Z < 6,77 km/h ulegną uszkodzeniu. Prawdopodobieństwo, Ŝe błąd B będzie miał dodatnią wynosi P b = 0,5.

6 54 Stanisław J. CIEŚLAKOWSKI Warto porównać teraz, jaki błąd moŝna popełnić dla wagonów wyposaŝonyh w zderzaki o dopuszzalnej prędkośi zderzenia V = 5 km/h = 1,4 m/s, a jaki dla wagonów wyposa- Ŝonyh w zderzaki o dopuszzalnej prędkośi zderzenia V Z = 15 km/h = 4, m/s, zyli zderzaki elastomerowe lub sprzęgi samozynne. Wartość błędu moŝna oblizyć ze wzoru (6): Dla pierwszego przypadku: Dla drugiego przypadku: 5. WNIOSKI VZ B m g B 0,1 m B 1,0 m Z przedstawionyh oblizeń wynika, Ŝe trzykrotne podwyŝszenie dopuszzalnej prędkośi zderzenia V Z powoduje dziesięiokrotne podwyŝszenie dopuszzalnego błędu B. 6. BIBLIOGRAFIA [1] Cieślakowski St.J.: Kształtowanie pohylenia rozpędowego górki rozrządowej. IV Konferenja Naukowo-Tehnizna. PROJEKTOWANIE, BUDOWA I UTRZYMANIE INFRASTRUKTURY W TRANSPORCIE SZYNOWYM. INFRASZYN 011. Zakopane 6-8 kwietnia 011. [] Celiński K.: Mikroproesowy system sterowania praą urządzeń górki rozrządowej. Problemy Kolejnitwa. Z. 104, [3] Uieklak J.: Hamule torowe ETH-1oraz system elektrohydrauliznego napędu SHN-1. Problemy Kolejnitwa. Z. 103, [4] Węgierski J.: Układy torowe staji. WKŁ. Warszawa 1974.