ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ горки И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ СПУСКНОЙ ЧАСТИ ГОРКИ

Исходные данные

Продольный профиль спускной части сортировочной горки проектируют по условию обеспечения установленной скорости роспуска (Прил.2). При этом высота сортировочной горки определяется как сумма расчётных профильных высот элементов продольного профиля и проверяется по условию обеспечения пробега вагонов расчётной (обычно лёгкой) весовой категории при неблагоприятных условиях работы горки до расчётной точки. Расчётная точка (РТ) принимается на расчётном трудном сортировочном пути на расстоянии 50 м от выходного конца парковой тормозной позиции.

Трудный путь – путь сортировочного парка, на котором по маршруту скатывания отцепа суммарная удельная работа всех сил сопротивления движению (потерянная энергетическая высота) имеет наибольшее значение: , где i – вид сопротивления.

Лёгкий – путь сортировочного парка, на котором по маршруту скатывания отцепа суммарная удельная работа всех сил сопротивления движению (потерянная энергетическая высота) имеет наименьшее значение: .

Основные профильные параметры горки рассчитывают на условия, указанные в таблице 3.2.

Таблица 3.2

Параметры	Условия
Расчетный бегун	Путь	Ветер	Температура
Расчётная высота горки,	ОП, Л весовая категория (220кН), крытый вагон	трудный	встречный	зимняя, минусовая
Профиль спускной части горки	ОХ, Т весовая категория (850кН), полувагон	трудный	попутный	летняя, плюсовая

Трудный и лёгкий пути могут быть определены следующим способом: выбираются пути сортировочного парка, имеющие соответственно наибольшие и наименьшие: расчётную длину, количество стрелочных переводов и сумму углов поворота (в примере прил. 11 это 11-й и 23-й пути).

Для облегчения проектирования профиля спускной части горки вычерчивают развёрнутые планы трудного и лёгкого* путей так, чтобы вершина горки в плане и на развернутом плане находилась в одном сечении. Здесь отмечают основные точки плана и расстояния между ними в масштабе (1:1000). К таким точкам относятся вершина горки, начало и конец кривой, центр, начало и конец стрелочного перевода, начало и конец тормозной позиции, расчётная точка (рис.3.7). Расстояния между отдельными элементами следует брать из плана соответствующего пути головы сортировочного парка и откладывать по горизонтальной прямой. Тангенсы и длину кривой, угол поворота которой равен , рассчитывают по формулам:

, (20)

, (21)

где R – радиус кривой, м;

- число, равно 3,1415

Рис.3.7. Фрагмент плана и развернутого плана подгорочного пути от вершины горки до конца второй тормозной позиции

Развернутая длина трудного пути должна быть равна L_р. На развернутом плане пути расчётная точка будет располагаться правее по сравнению с планом подгорочной горловины.

3.4.2. Порядок определения расчётной высоты горки и сопротивлений, преодолеваемых вагонами при скатывании

При проектировании сортировочных устройств различают расчетную Н_р и конструктивную Н_к высоту сортировочной горки [2].

Расчетная высота сортировочной горки Н_р определяется из условия докатывания ОП-бегуна* до расчётной точки трудного пути при неблагоприятных условиях (минусовая температура, встречный ветер) по формуле

, (22)

где 1,75 – мера отклонения расчетного значения суммы потерянных энергетических высот в скобках от ее среднего значения;

– средние значения потерянной энергетической высоты на преодоление сопротивлений движению соответственно основного, воздушной среды и ветра, стрелок и кривых на участке от ВГ до РТ, м;

– потерянная энергетическая высота на преодоление сопротивления от снега и инея в стрелочной зоне и на подгорочных путях, м;

– энергетическая высота, соответствующая расчетной скорости роспуска (для ГБМ м/с; для ГСМ м/с), м. Определяется из выражения

, (23)

где – приведённое ускорение свободного падения с учётом инерции вращающихся частей вагона, м/с². Величина приведенного ускорения свободного падения g' зависит от отношения веса вращающихся частей вагона к его полному весу, т.е. от числа осей и нагрузки, и может быть подсчитана по формуле

, (24)

где g – ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с²;

q_бр – вес вагона брутто, кН;

п – число осей.

Значения g', рассчитанные по формуле (24) приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3

Определять потерянные энергетические высоты на преодоление сопротивлений движения вагонов по трудному пути, вызванных различными факторами, удобно заполняя таблицу 3.4.

Таблица 3.4

Значения параметров плана трудного пути	Удельные сопротивления движению	Потерянные энергетические высоты на преодоление различных сопротивлений, м
обоз-наче-ние участ-ка	длина участ-ка, м	кол-во стре-лочных переводов на участке	сумма углов поворота, включая стрелочные, на участке
				–		–	–
				–		–	–
				–		–	–
				–		–	–
Итого		–	–		–

, , , – расчётные участки, выбираются согласно Приложению 13 (см. схему на рис. 3.8). Длины расчётных участков, число стрелочных переводов и сумму углов поворота берут из развёрнутого плана трудного пути;

– расчётная длина трудного пути.

Основное удельное сопротивление движению вагонов при скатывании их с горки учитывает физические свойства вагонов и принимается одинаковым независимо от характеристик окружающей среды (температуры, ветра). Его средние значения применительно к весовым категориям одиночных вагонов для расчёта высоты горки приведены в Приложении 14.

Удельное воздушное сопротивление (от воздушной среды и ветра), , Н/кН, для одиночных вагонов (одновагонных отцепов) определяют по формуле:

; (25)

где C_х – коэффициент воздушного сопротивления одиночных вагонов или первого вагона в отцепе (прил.15);

S – площадь поперечного сечения (мидель) одиночного вагона, м², (прил. 15);

– вес вагона, кН, (см. табл. 3.2);

– температура воздуха, ^oС (берётся по заданию);

– относительная (результирующая) скорость вагона (отцепа) с учётом направления ветра, м/с.

Если угол между направлением ветра и осью участка пути, по которому движется вагон (отцеп), град. не превышает 30°, то

, (26)

где _j – средняя скорость движения вагона по рассматриваемому j-тому участку (4 участка по приложению 13);

– скорость ветра (знак «+» принимается при встречном ветре, знак «–» – при попутном).

Величина принимается со знаком «–» при скорости попутного ветра, превышающей скорость скатывания вагона . по приложению 13. Во всех остальных случаях сопротивление берётся со знаком «+».

Удельное сопротивление движению вагонов от снега и инея ω_снследует учитывать для зимних условий только в пределах стрелочной зоны и на сортировочных путях и устанавливать в зависимости от весовой категории вагонов и температуры наружного воздуха по приложению 16.

Дополнительное сопротивление движению вагонов от стрелок и кривых при проектировании горок не рассчитывается, а по эмпирическим формулам сразу определяется потерянная энергетическая высота, соответствующая этим видам сопротивлений.

Удельная работа сил сопротивления движению вагона (потерянная энергетическая высота) в метрах энергетической высоты (м эн. в.) на спускной части горки определяется по следующим формулам:

для основного удельного сопротивления

; (27)

для удельного сопротивления от воздушной среды и ветра:

; (28)

; (29)

для удельного сопротивления от снега и инея

; (30)

для удельного сопротивления от кривых, включая переводные кривые:

; (31)

(32)

для удельного сопротивления от ударов колес об остряки, крестовины и контррельсы стрелочных переводов

(33)

, 34)

где k – количество расчетных участков от вершины горки до расчетной точки согласно прил. 13 (k = 4);

j – номер участка;

l _j – длина участка по развёрнутому плану ( , , , ), м;

– расстояние от конца второй тормозной позиции до расчетной точки, м, на котором необходимо учитывать дополнительное сопротивление от снега и инея;

υ_j – средняя скорость движения по участку, м/с (см. прил. 13);

_j – сумма углов поворота, включая стрелочные углы на участке, град;

п_{с j} – число стрелочных переводов на участке.

3.4. 3. Порядок расчёта конструктивной высоты горки и построения профиля спускной части горки

Конструктивная высота горки, Hк, определяется как сумма профильных высот отдельных элементов спускной части горки (для трудного пути):

. (35)

Расчетная схема продольного профиля спускной части горки при двух тормозных позициях на спускной части представлена на рис.3.8, допустимые величины уклонов отдельных элементов профиля – в табл. 3.5.

Длины l отдельных элементов профиля принимаются с таким расчётом, чтобы сопрягающие вертикальные кривые находились вне пределов вагонных замедлителей, остряков и крестовин стрелочных переводов. Расстояние от концов указанных устройств до точек перелома профиля должно быть не менее тангенса вертикальной кривой, определяемого для спускной части (при радиусе 250 м) по формуле, м,

, (36)

где – разность сопрягаемых уклонов, ‰.

Таблица 3.5

Допустимые уклоны на спускной части горки

Наименование элемента профиля	Обозначение длины элемента	Допустимая величина уклона , ‰	Примечание
1. Первый скоростной		до 50
2. Второй скоростной		от до	‰
3. I ТП		от 12 до
4. Промежуточный		от до
5. II ТП		не менее 7 ‰	в холодных зонах (при ) не менее 10 ‰
6. Стрелочная зона		1-2 ‰	при числе сортировочных путей более 30 и допускается до 2,5 ‰
7. Сортировочные пути от предельного столбика последнего разделительного стрелочного перевода до III ТП		1-2 ‰	на прямых до 1,5 ‰
8. III ТП		в кривой до 2 ‰, на прямой до 1,5 ‰	-
9. Сортировочные пути от III ТП до РТ		0,6 ‰	-

Рис.3.8. Расчетная схема продольного профиля спускной части горки

Конструктивная высота горки H_к в общем случае может быть представлена (см. рис. 3.8) как сумма трёх профильных высот расчётных участков: головного (от вершины горки до точки 7) h₁, среднего (от точки 7 до точки 5) h₂ и нижнего (отточки 5 до РТ) h₃, т. е.

. (37)

Профильная высота h₁головного участка горки определяется с учётом наиболее полного использования допустимой скорости входа на второй*замедлитель I ТП первой колесной пары расчётного ОХ-бегуна** при благоприятных условиях скатывания (скорость входа указана для разных замедлителей в приложении 17). Поскольку энергетические высоты рассчитываются по центру тяжести вагона, точка 7 должна отстоять от начала второго замедлителя I ТП на половину базы полувагона (примерно на 5,5 м), а точка 5 на столько же от начала первого замедлителя II ТП.

Из рис. 3.8 видно, что

, (38)

откуда

, (39)

или в развернутом виде

, (40)

где – наибольшая начальная скорость скатывания ОХ-бегуна (принимается 2,5 м/с);

– расстояние от ВГ до точки 7, м;

– основное удельное сопротивление ОХ, Н/кН (приложение 18);

– сопротивление воздушной среды для ОХ при попутном ветре при скорости движения вагона (см. прил.13);

п₁ – число стрелочных переводов на участке ;

– сумма градусов углов поворота на кривых, включая стрелочные, на участке ;

– средняя скорость движения отцепа на участке ;

– скорость входа, максимально допустимая для принятого типа замедлителя (прил. 17).

Суммируя профильные высоты элементов, начиная от расчетной точки, получим выражение конструктивной высоты горки:

, (41)

где – расстояние от точки 7 (см. рис. 3.8) до конца уклона I ТП, м.

Для получения профильных высот и первоначальные значения уклонов участков № 3, 4 и 5 (см. табл. 3.5) могут быть приняты минимальными (12; 7 и 7 ‰), участков № 6, 7 и 8 – максимально допустимыми (2; 1,5 и 1,5 ‰).

Подставляя значения длин отдельных элементов из развернутого плана трудного пути, получим первоначальное значение H_к, которое сравниваем с величиной H_р.

Если (Н_к = Н_р) либо (Н_к > Н_р)*, то высота горки и первоначальный профиль среднего и нижнего участков может быть принят окончательно; остается определить уклоны и длины первого и второго скоростных элементов.

При высота горки принимается равной H_р; для получения этого равенства нужно увеличить либо только , либо и , либо , и .

Далее необходимо определить .

При этом первый скоростной участок желательно проектировать по возможности более крутым – до 50‰, длиной между тангенсами вертикальных сопрягающих кривых не менее 20 м (то есть м). Приняв и можно определить , ‰

, (42)

где – расстояние от точки перелома профиля до точки 7.

Если ‰, расчет заканчивается. Если ‰, то возможны следующие решения:

1) уменьшение или .

Следует принять новое значение первого скоростного уклона , чтобы выполнялось условие .

Новые значения скоростных уклонов определяются следующим образом:

сохраняя высоту скоростного участка равной

(см. рис. 3.8), можно записать равенство

, (43)

откуда

; (44)

а .

После определения всех уклонов оформляется окончательный продольный профиль спускной части горки: определяются отметки всех точек перелома профиля относительно отметки расчетной точки, принимаемой за нуль; еще раз уточняется положение точек перелома относительно вагонных замедлителей, остряков и крестовин стрелочных переводов; на масштабной сетке под развернутыми планами трудного и легкого путей наносятся отметки точек перелома и соединяются между собой жирной линией; проверяется правильность расчета профиля по условию

. (45)

Продольный профиль строится в следующем масштабе: вертикальный – в 1 см– 0,2 м, горизонтальный – в 1 см – 10 м.