Теоретичні основи удосконалення конструкції та технології роботи залізничних станцій 05. 22. 20- експлуатація та ремонт засобів транспорту




НазваниеТеоретичні основи удосконалення конструкції та технології роботи залізничних станцій 05. 22. 20- експлуатація та ремонт засобів транспорту
страница3/6
Дата09.11.2012
Размер0.65 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6
третьому розділі розглядається функціональна модель розв'язки, яка базується на імітаційному моделюванні руху потоків поїздів на підходах до станцій та їх пропуску через пункти пересічення і злиття ліній.

Ієрархічна структура функціональної моделі розв'язки розроблена з використанням системного підходу. На метарівні розв'язка розглядається як керована система масового обслуговування (СМО), яка призначена для пропуску поїздів з ліній, що примикають. На макрорівні модель розв'язки включає модель руху потоків поїздів, а також модель системи регулювання руху поїздів та їх пропуску через пункти пересічення. На мікрорівні виконується моделювання руху окремого поїзда.

Модель руху поїзда побудована на основі диференціального рівняння другого порядку, у якому незалежною змінною є час:

sІ= 10-3, (2)

де g/(1+g)- прискорення сили тяжіння з урахуванням мас, що обертаються;

fк, wк, bт- відповідно, питомі сили тяги, опору і гальмування.

Дане рівняння дозволяє синхронізувати рух окремих поїздів у потоці між собою і з роботою пристроїв залізничної автоматики. Вибір режимів руху поїздів здійснюється з урахуванням показань світлофорів і діючих обмежень швидкості.

Використання рівняння (2) стало можливим внаслідок сплайн-апроксимації поздовжнього профілю, що, крім того, дозволило розробити ефективний метод визначення точок початку гальмування поїздів (рис. 3). При наближенні поїзда до ділянки обмеження швидкості, або до світлофора, що вимагає її зниження, включається алгоритм сканування, побудований на основі диференціального рівняння, у якому незалежною змінною є шлях:

(3)

За допомогою даного рівняння перед кожним кроком переміщення поїзда здійснюється розрахунок його можливої швидкості в точці обмеження у випадку початку службового гальмування на цьому кроці. У залежності від співвідношення розрахованої і припустимої швидкостей приймається рішення про початок гальмування поїзда на даному кроці. При цьому використання неперервної сплайн-апроксимації профілю в поєднанні з числовими методами забезпечує необхідну точність вирішення рівняння (3) при використанні всього одного кроку інтегрування, який дорівнює поточній відстані до найближчої точки обмеження швидкості.

Функціональна модель системи регулювання руху поїздів забезпечує перемикання прохідних світлофорів автоблокування і вхідних світлофорів у пунктах пересічення і злиття ліній. В якості моделі системи регулювання обраний детермінований скінченний автомат Мілі:

Aп = A(X, Z, S, Fz, Fs) (4)

У автоматі Aп (4) вхідний алфавіт X утворюють сигнали про заняття і звільнення поїздами окремих рейкових кіл, а також команди про встановлення маршрутів їх пропуску через пункти пересічення і злиття ліній (див. рис. 4).

Вихідний алфавіт Z являє собою сукупність номерів і сигнальних показань світлофорів, що перемикаються.

Множина станів S автомата Aп являє собою декартовий добуток множин наборів встановлених маршрутів M і станів рейкових кіл пересічення C: S=M Д C. Кожен стан Ап представляється кортежем (m1, m2, ..., mn, c1, c2, ..., cn), де (m1, m2, ..., mn) - бульовий вектор встановлених маршрутів, а (c1, c2, ..., cn) - бульовий вектор стану рейкових кіл пункту пересічення.

Функції виходів Fz і переходів Fs представлені в табличній формі. Розроблено методику синтезу автоматів для пунктів пересічення і злиття ліній з різними схемами колійного розвитку та з урахуванням пропуску поїздів з різним пріоритетом.

Автомат (4) є частковим і допускає можливість його мінімізації. Дослідження результатів мінімізації автоматів для різних схем розв'язок показали, що формальними методами можна скоротити обсяг таблиць переходів і виходів не більше ніж на 40%. У зв'язку з цим розроблена методика скорочення кількості станів автомата за рахунок зміни вхідних сигналів і структури його внутрішніх станів, що для окремих схем розв'язок дозволяє більш ніж у 2 рази зменшити обсяг зазначених таблиць.

Модель розв'язки може працювати в автоматичному режимі і як ергатична. Для роботи моделі в автоматичному режимі розроблений алгоритм вибору черговості пропуску через пересічення поїздів з різним пріоритетом. В ергатичній моделі дисципліну пропуску поїздів визначає людина, яка виконує моделювання. Дані про поточне поїзне положення на лініях розв'язки, які необхідні для прийняття рішень, оператор одержує за допомогою інформаційної моделі розв'язки.

Для оцінки ефективності функціонування розв'язок розроблено методику розрахунку витрат, пов'язаних з рухом поїздів та їх можливими затримками, що базується на системі одиничних норм. Беручи до уваги випадковий характер пропуску потоків поїздів через пункти пересічення та злиття ліній, з допомогою цієї методики за результатами моделювання визначається середня вартість пробігу одного поїзда у межах розв'язки.

Четвертий розділ присвячений функціональному моделюванню станцій, що є необхідним для одержання їх техніко-експлуатаційних показників, а також для визначення експлуатаційних витрат станцій.

Залізнична станція чи її окремий технологічний комплекс розглядається на метарівні як багатофазна багатоканальна СМО. Розроблено методику формалізації технологічних процесів станцій на базі структурно-часових таблиць операцій при довільній кількості фаз обслуговування й обслуговуючих пристроїв. Рядок таблиці характеризує елементарну технологічну операцію і представляється структурою:

Wi={w, р, f, r, M[t], st}, i = 0, ..., n-1 (5)

де w- список операцій, по закінченні яких може бути почата дана операція; р- спеціалізація виконавця операції; f- фактор безперервності операцій; r, M[t], st - відповідно, закон розподілу, математичне очікування і середнє квадратичне відхилення випадкової величини часу виконання операції t; n-кількість операцій.

Загальна тривалість обробки заявки (поїзда) пов'язана з роботою усіх виконавців, що робить її залежною від поточного стану системи (див. рис. 5). У цьому полягає перевага даного підходу перед традиційним, в якому загальний час обробки заявки розглядається як незалежна випадкова величина.

Методика допускає можливість моделювання обслуговування неоднорідного потоку заявок, що вимагають різної технології обробки.

Для відображення операцій, пов'язаних з переміщеннями рухомого складу по станції (рис. 5, операції 1,5,13,15,16), використовується метод імітаційного моделювання. При цьому на макрорівні розглядається переміщення всіх об'єктів, що рухаються на даному кроці моделювання. Для синхронізації паралельних процесів переміщення об'єктів між собою і з роботою пристроїв станційної автоматики, у моделі введений системний час, що змінюється дискретно з кроком Dt.

На мікрорівні виконується імітаційне моделювання руху кожної одиниці рухомого складу на кроці Dt. Розроблено наближену модель переміщення об'єктів, що базується на припущенні про їх рівноприскорений рух.

Для моделювання переміщень використовується геометрична модель станції, на основі якої попередньо будується ліс маршрутів у горловинах, а потім список можливих маршрутів Mi, i = 1, …, n. Кожний маршрут представляється множиною ізольованих стрілочних і колійних секцій Mi = {U1,U2,…,Um}, які займає об'єкт під час руху по маршруту. Розроблено методику автоматичної побудови списку маршрутів на основі проходження лісу в глибину.

Моделювання переміщень рухомого складу вимагає перевірки вільності маршрутів руху, для чого на макрорівні використовується модель системи електричної централізації (ЕЦ) стрілок і сигналів. В якості моделі ЕЦ використаний детермінований скінченний автомат

A=A(X, Z, S, Fz, Fs), X={X0, X1}, (6)

де - X0 = (x01, x02, …, x0m), x0i О{0, 1}- сигнали від рейкових кіл;

X1 = (x11, x12, …, x1n), x1j О{0, 1}- заявки на відкриття світлофорів;

Z = (z1, z2, …, zn), zj О{0, 1, 2}- показання світлофорів;

S = (x01, x02, …, x0m, x11, x12, …, x1n), - внутрішній стан автомата.

Функціонування автомата А для станцій описується сукупністю бульових функцій. Використання таблиць переходів і виходів для станцій, де велика кількість рейкових кіл, сигналів і маршрутів, виявилося неефективним через їх значну розмірність.

Потік поїздів, які надходять на станцію з кожної лінії, що примикає, представляється послідовністю векторів випадкових параметрів поїздів і моментів їх появи.

Основною відмінною рисою запропонованих функціональних моделей станцій є те, що в них людина бере безпосередню участь у моделюванні, виконуючи функції диспетчера (ергатичні моделі). Для цього до складу функціональної моделі станції включені інформаційна модель, що дозволяє контролювати станційні процеси і приймати потрібні рішення, а також засоби для вибору маршрутів руху і їх реалізації. Для прискорення процесу моделювання ергатична модель переводиться в режим реального часу тільки при очікуванні команди особи, яка виконує моделювання.

Експерименти з розробленою ергатичною моделлю парку прибуття сортувальної станції показали, що вона дозволяє виконати моделювання його добової роботи приблизно за 30 хвилин. Адекватність моделі доведена статистичними методами (порівнянням результатів моделювання з реальними даними за допомогою критерію Ван дер Вардена).

П'ятий розділ присвячений проблемі удосконалення моделей процесу скочування відчепів і розпуску составів із сортувальної гірки. Виконано дослідження неперервної сплайн-апроксимації поздовжнього профілю гірки. Розроблено методику його апроксимації кубічним сплайном:

Pi(s) = C1i + C2i(s-si) + C3i(s-si)2 + C4i(s-si)3, (7)

де si- вузли сплайна, i=1,…,n; s-довільна точка, .

Коефіцієнти сплайна визначаються як

C1i = Pi(si) = h(si), (8)

C2i = Pi'(si) = Ki,

C3i = P''i(si)/2 = (3 Dhi/ Dsi - 2Ki - Ki+1)/ Dsi,

C4i = P'''i(si)/6 = (Ki + Ki+1 - 2 Dhi/ Dsi)/ Dsi2

де Ki - кутовий коефіцієнт дотичної в i-му вузлі.

Виконані дослідження показали, що погрішності обчислення відміток профілю при сплайн-апроксимації значно менші, ніж при кусково-лінійній. Однак недоліком звичайного кубічного сплайна є те, що значення першої похідної сплайн-функції (ухилу) на прямолінійних ділянках з постійним ухилом істотно змінюється (на швидкісній ділянці гірки з ухилом 50 ‰ перша похідна змінюється від 42,2 до 53,7 ‰). У зв'язку з цим отриманий спочатку сплайн був перетворений у сплайн дефекту 2, що має розриви другої похідної у точках сполучення прямолінійних ділянок з вертикальними круговими кривими. Він забезпечує практично точну апроксимацію проектного профілю гірки (різниця відміток проектного профілю і відповідних значень модифікованої сплайн-функції h=f(s) не перевищує 0,1 мм; на прямолінійних ділянках ця різниця взагалі відсутня).

Неперервна апроксимація профілю дозволяє використовувати числові методи вирішення диференціальних рівнянь руху відчепів, що дає можливість розглядати діючі сили опору руху як змінні величини на кожному кроці моделювання. Крім того, вона дозволяє використовувати для моделювання рівняння, в яких незалежною змінною є час, що істотно спрощує синхронізацію насування состава і скочування групи відчепів.

Для оцінки ефективності зазначених пропозицій щодо удосконалення моделі скочування відчепів були виконані дослідження різних форм диференціального рівняння руху (з розділеними змінними f(s)ds = f1(v)dv та f(t)dt = f1(v)dv, а також вирішені відносно похідної v' = f(s,v) та v' = f(t,v), у т.ч. і рівняння 2-го порядку s''= f(t,s,s')). Для вирішення рівнянь з розділеними змінними використовувалися аналітичні методи різної точності (в наближеному методі опір повітряного середовища, а також опір від стрілок та кривих розглядаються на кожному кроці як постійні величини, а у точному – як функції швидкості відчепа). Для інших рівнянь використовувалися числові методи (Ейлера, Рунге Кутта II і IV порядку, а також Гілла). Усі розглянуті методи були реалізовані на ЕОМ, для чого були розроблені алгоритми обчислення сил, що діють на відчепи на кроці інтегрування, при виборі в якості незалежних змінних часу і шляху. Ці алгоритми використовувалися для аналізу точності і швидкодії відповідних методів.

З огляду на те, що точність вирішення рівнянь руху залежить від параметрів гірки і відчепів, а також від умов їх скочування, були виконані дослідження впливу перелічених факторів на погрішність розглянутих методів. Для оцінки впливу 10 різних факторів була використана 1/32 репліка плану повного факторного експерименту з роздільною здатністю IV; рівні варіювання факторів наведені у табл. 1.

Таблиця 1

Рівні варіювання факторів

Фактор Верхній рівень Нижній рівень

Початкова швидкість v0, м/с 5,0 2,0

Ухил i, ‰ 40,0 1,0

Основний опір w0, н/Кн 5,0 0,5

Вага вагона Q, т 70,0 22,0

Швидкість вітру v віт, м/с 5,0 -5,0

Напрямок вітру b, град 20,0 0,0

Кількість вагонів n 5 1

Коефіцієнт Kск 0,09 0,06

Тип вагонів цистерна піввагон

Температура повітря Т, оC 10,0 -15,0

Для реалізації даного плану було виконано 32 обчислювальних експерименти з кожним методом; крім того, при кожному методі варіювався крок інтегрування (Ds=1, 5, 10, 20, 40 м, або Dt=0,25, 0,5, 1, 5, 10 с). По кожному методу була виконана статистична обробка абсолютної і відносної погрішностей швидкості відчепа в кінці ділянки інтегрування; при цьому, у якості еталонного був прийнятий метод Гілла з кроком 0,1м. У результаті досліджень був встановлений вплив величини кроку інтегрування на максимальну погрішність моделювання для всіх розглянутих методів (див. рис. 6). Для оцінки і порівняння ефективності розроблених методів і відповідних алгоритмів для кожного з них були визначені припустимий крок інтегрування, при якому максимальна абсолютна погрішність методу не перевищує 0,01 м/с, а також швидкодія методу. Виявилося, що при використанні числових методів вибір незалежної змінної істотно впливає на погрішність моделювання (погрішність інтегрування рівняння v' = f(t,v) на порядок менше, ніж v' = f(s,v)).

У результаті виконаних досліджень встановлено, що найбільш ефективною моделлю скочування є рівняння s'' = f(s, s') у поєднанні з методом Рунге-Кутта IV порядку. При необхідності вибору в якості незалежної змінної шляху доцільно використовувати рівняння першого порядку v' = f(s,v).

На базі виконаних досліджень була розроблена модель розпуску составів, що дозволяє імітувати паралельні процеси насування состава і скочування відчепів. Для її реалізації необхідно було удосконалити моделі гірки і відчепа, а також методи моделювання його руху.

Розроблена модель гірки має деревоподібну структуру і забезпечує імітацію роботи уповільнювачів та переводу стрілок, контроль нерозділень і нагонів, моделювання проштовхування вагонів і заповнення сортувальних колій.

Для моделювання скочування відчепів в основному використовується диференціальне рівняння s'' = f(s, s') із кроком Dt. Для врахування взаємодії відчепа з наземними пристроями крок Dt може бути розділений на частини Dti, кожній з яких відповідає деяка відстань Dsi, що обумовлена положенням цих пристроїв на шляху скочування. При цьому, сума кроків Dsi повинна дорівнювати відстані Ds, яку відчеп пройде за час Dt (Ds = Ds1 + Ds2 + … + Dsk+1). На кроках Dsi (i=1, …, k) рух відчепа моделюється за допомогою диференціального рівняння v' = f(s, v). На останньому (k+1)-му кроці переміщення відчепа моделюється за допомогою рівняння s'' = f(s, s'); при цьому величина кроку визначається як

(9)

Розроблений метод моделювання руху відчепа з роздрібненим кроком Dt дозволяє визначити швидкість vj і час tj проходження кожною його віссю наземних пристроїв гірки і у той же час забезпечити синхронність руху усіх відчепів.

Наприкінці кожного кроку моделювання розпуску Dt виконуються дії:

  1. контроль зміни стану всіх рейкових кіл гірки та визначення інтервалів між відчепами на розділових елементах;

  2. перевірка необхідності та можливості переводу стрілок між відчепами і його імітація;

  3. контроль нагонів відчепів, при виявленні яких моделюється співударяння і з'єднання відчепів, а також проштовхування зупинених вагонів;

  4. контроль відриву чергового відчепа від состава і при його фіксації - коректування моделі состава і формування вісьової моделі нового відчепа.

Модель розформування составів на гірці може працювати в автоматичному режимі або як ергатична. У першому випадку в модель повинний бути включений модуль, що імітує роботу системи керування сповільнювачами. В другому випадку людина безпосередньо бере участь у моделюванні і виконує функції гіркового оператора. Ергатична модель може використовуватися для досліджень як механізованих, так і автоматизованих сортувальних гірок, на яких, як показали дослідження, спостерігаються значні втручання операторів у процес керування розпуском. Програмна реалізація ергатичної моделі розпуску була використана при створенні тренажера оператора сортувальної гірки.

Для одержання випадкового потоку составів, що розформовуються, та їх відчепів використовується статистичне моделювання параметрів окремих вагонів, а також заповнення сортувальних колій перед розпуском состава. Запропоновано новий метод моделювання призначень відчепів, у якому використовується матриця умовних ймовірностей прямування вагонів состава на окремі призначення ъзpijъз(m+1)ґm. Кожен елемент матриці pij, i=1, …, m є умовною імовірністю прямування вагона на j-у колію, визначеною за умови, що попередній вагон прямує на i-у колію. Матриця ъзpijъз може бути отримана на основі статистичної обробки сортувальних листків на гірці. В одержаних у такий спосіб составах випадкова кількість вагонів у відчепі має геометричний розподіл, що відповідає характеру потоку відчепів на діючих гірках. Крім того, у составах зберігаються зв'язки між призначеннями суміжних відчепів.

Розроблені моделі були використані для ідентифікації алгоритму керування розпуском в АСУ РСГ, а також для пошуку шляхів підвищення якості заповнення сортувальних колій вагонами при розпуску составів.

1   2   3   4   5   6

Похожие:

Теоретичні основи удосконалення конструкції та технології роботи залізничних станцій 05. 22. 20- експлуатація та ремонт засобів транспорту icon«Хімічні технології харчових добавок та косметичних засобів» ● Хімія природних органічних сполук ●
Основи товарознавства продуктів харчування та сенсорний та фізико-хімічний аналіз продуктів харчування та косметичних засобів
Теоретичні основи удосконалення конструкції та технології роботи залізничних станцій 05. 22. 20- експлуатація та ремонт засобів транспорту iconІнформаційні технології
Т, інформаційно-комунікаційні технології (Information and Communication Technologies, ict)— cукупність методів, виробничих процесів...
Теоретичні основи удосконалення конструкції та технології роботи залізничних станцій 05. 22. 20- експлуатація та ремонт засобів транспорту iconЛеонов В. П. Атлас науки
Філинюк М. А. Основи негатроніки: Монографія. Т теоретичні І фізичні основи негатроніки. Вінниця: універсум-вінниця, 2006. 456 с
Теоретичні основи удосконалення конструкції та технології роботи залізничних станцій 05. 22. 20- експлуатація та ремонт засобів транспорту iconЗміст вступ 2 Розділ Теоретичні основи управління інвестиційним портфелем комерційного банку 4
Розділ Теоретичні основи управління інвестиційним портфелем комерційного банку 4
Теоретичні основи удосконалення конструкції та технології роботи залізничних станцій 05. 22. 20- експлуатація та ремонт засобів транспорту iconОснови комп’ютерної грамотності. Основи роботи в Інтернеті для бібліотечних працівників
Модуль 1 складається з 2-х розділів які містять 8 тем, зв’язаних між собою змістовими складовими
Теоретичні основи удосконалення конструкції та технології роботи залізничних станцій 05. 22. 20- експлуатація та ремонт засобів транспорту iconРозділ 1 наф україни: теоретичні основи організації документів
Вступ
Теоретичні основи удосконалення конструкції та технології роботи залізничних станцій 05. 22. 20- експлуатація та ремонт засобів транспорту iconАвтореферат розісланий «27»
Теоретичні основи ергономічного забезпечення автотранспортних технологічних процесів
Теоретичні основи удосконалення конструкції та технології роботи залізничних станцій 05. 22. 20- експлуатація та ремонт засобів транспорту iconРозділ Теоретичні І методичні основи розвитку агротуризму та формування ринку агротуристичних послуг

Теоретичні основи удосконалення конструкції та технології роботи залізничних станцій 05. 22. 20- експлуатація та ремонт засобів транспорту iconРозділ Теоретичні основи формування конкурентоспроможності національної економіки в умовах інноваційної конкуренції

Теоретичні основи удосконалення конструкції та технології роботи залізничних станцій 05. 22. 20- експлуатація та ремонт засобів транспорту iconЛюбченко павло миколайович
Розділ Громадянське суспільство: теоретичні основи становлення І розвитку
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница