722

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

мВ

U →

i →

Рис. 2. Электрический сигнал источника волны АЭ: зависимость электрического напряжения (U) с ПАЭ от номера отсчета АЦП (i)

В эксперименте регистрировали последовательность сигналов от одного источника одновременно двумя датчиками. Для выявления наиболее информативных и устойчивых параметров были вычислены следующие параметры: амплитуда A, размах R, среднее квадратическое отклонение s, среднее модуля сигнала z:

	A = max(U i ) ;					(1)
	R = max(U i ) - min(U i ) ;					(2)
		n
	å(U i -U ср )					(3)
	s = i=1				;
			n -1
		n	U i -U ср
	å				,	(4)
	z =	i=1
		m2 - m1

где Ui – измеренное значение напряжения с датчика вi-й отсчет АЦП, В; Uср – среднее измеренное значение напряжения с датчика, В; m1 и m2 – первый и последний отсчет интервала усреднения.

Анализ результатов исследования показал, что значение коэффициентов корреляции амплитуды и размаха сигнала равны 0,573 и 0,403 соответственно. Таким образом, эти параметры менее устойчивы к воздействию малозначительных факторов при проведении

181

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

акустико-эмиссионного контроля. Слабая связь сигналов на двух преобразователях обуславливается влиянием на них угла наклона стержня, незначительных перемещений координаты источника излучения, проскальзыванием имитатора при изломе, направлением излома.

Наибольший коэффициент корреляции наблюдался у среднего модуля сигнала, он составил 0,904. Высокий уровень корреляции объясняется способом расчета среднего модуля сигнала. Для определения коэффициента использовали значения сигнала на интервале, на котором влияние переотражений(ревербераций) минимально. Длительность этого интервала определяется временем прихода переотраженного сигнала, которое равно:

T = L/c,		(5)
где L – минимальный линейный	размер	пластины, мм; с –

скорость распространения сигнала в пластине, мм/мкс.

В нашем случае время начала ревербераций составит: t = 25 мс. Влияние ревербераций на амплитуду проиллюстрировано на рис. 2, максимальное значение амплитуды колебаний сигнала приходится на время t = 150 мкс, что совпадает со временем прихода волны, отраженной от противоположного торца пластины.

Форма сигнала на датчиках при повторном возбуждении акустической волны не повторяет форму предыдущих сигналов вследствие многочисленных отражений от стенок пластины. Таким образом, размах, сумма сигналов и среднее квадратическое отклонение также менее устойчивые характеристики.

Экспериментальные исследования с использованием генератора проводились на плоском объекте – пластине толщиной 10 мм, на которую устанавливали один датчик-излучатель сигналов и два датчика-приемника. Сигналы АЭ с датчиков регистрировались с помощью системы СЦАД-16.03. Используя генератор HM8130, возбуждали сигналы АЭ в пластине на расстоянии45 мм

от ее края. Результаты обрабатывали при помощи программного обеспечения MathCad-2000.

При изменении амплитуды излучаемых сигналов от1,5 В до 0,1 В коэффициент корреляции изменяется незначительно с0,98 до 0,96, при этом основное уменьшение коэффициента происходит в интервале амплитуд от 0,1 В до 0,5 В и связано с влиянием

182

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

собственных шумов аппаратуры, так как отношение«сигнал – шум» меньше 10. Таким образом, изменение амплитуды сигнала от одного и того же источника не влияет на значение корреляции, если отношение «сигнал – шум» больше 10. Обработка сигналов, полученных с использованием электронного имитатора, показала, что значение коэффициента корреляции при изменении координаты источника излучения (на 3 мм, 8 мм, 18 мм) изменяется от 0,991 до 0,710 при интервале измерения, равном 25 мкс. При изменении интервала с 25 мкс до 100 мкс уровень корреляции сигналов уменьшается на12 %. Наибольшее значение корреляции наблюдается в диапазоне от 20 до 50 мкс. При увеличении расстояния между источником и приемником более чем на 10 мм переотражения сигнала оказывают влияние на его форму, поэтому коэффициент корреляции изменяется случайным образом.

Эксперимент проводили на стальной пластине толщиной 10 мм, на которую устанавливали два датчика, подключенных к системе СЦАД-16.03. На расстоянии 180 мм от края пластины сделали зазор 5 мм (рис. 3).

Акустикоэмиссионная система

	11 мм
100 мм	45 мм

5 мм

180 мм

85 мм

370 мм

Рис. 3. Схема эксперимента

Сигналы с ПЭП регистрировали с помощью СЦАД-16.03, данные обрабатывали в програмном обеспеченииMathCad. В ходе эксперимента пластину нагружали с одной стороны, вторая –

183

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

была закреплена с помощью струбцин на столе. Нагружение производили два раза. Полученные сигналы имеют вид, представленный на рис. 4.

0,24

мВ

0,18

2

0,12

U ®

0,06

0

1

-0,06

50

150

250

350

450 мкс

550

t ®

Рис. 4. Электрические сигналы источника сигнала АЭ: 1 – первый датчик; 2 – второй датчик

Анализ распределения величины размаха сигнала проводили путем обработки 50 сигналов. Наибольшее количество сигналов приходится на наименьшее значение размаха, закон распределения носит экспоненциальный характер (рис. 5).

30

20

n ®

10

0

0,60

1,20

1,80 мВ

2,40

R ®

Рис. 5. Гистограмма распределения величины размаха сигнала

184

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

Для определения закона распределения размаха сигналов обработали сигналы. Гистограмма показала, что при небольшом количестве интервалов распределение экспоненциально, следовательно, чем больше размах, тем меньше сигналов с данным значением размаха.

Анализ аппроксимации полулогарифмической зависимости (рис. 6) проводили для значений напряжения до1,20 мВ. На данном интервале разброс значений, полученных экспериментально, относительно аппроксимированных несущественен. Таким образом, теория об экспоненциальном распределении получаемых аку- стико-эмиссионным методом сигналов верна для значений электрического напряжения, находящихся в интервале от 0 до 1,20 мВ.

n ®

4

3

2

1

2

1

0

0,30

0,60

0,90 мВ 1,20

U ®

Рис. 6. Полулогарифмическая зависимость количества сигналов от значения электрического напряжения сигнала АЭ (1)

иаппроксимация значений (2)

Входе проведения экспериментальных исследований были изучены акустико-эмиссионные сигналы, информативные параметры, влияние изменения координаты источника сигналов и значения напряжения на коэффициент корреляции. Данная тема является важной и актуальной, так как метод акустической эмиссии позволяет проводить контроль объектов различного размера и формы, а также выявлять дефекты, расположенные во всех направлениях.

Научный руководитель канд. техн. наук, доц. С.А. Бехер

185

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

Ю.А. Чечулина

(аспирант кафедры «Управление эксплуатационной работой»)

ПРОБЛЕМА ПРЯМОЙ И ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ЭЛЕМЕНТОВ СОРТИРОВОЧНОЙ СТАНЦИИ

Сортировочная станция является сложной системой, состоящей из ряда взаимодействующих подсистем. К таким подсистемам можно отнести входные участки, парк прибытия, сортировочную горку, сортировочный парк, парк отправления и выходные участки. Каждая из этих подсистем подразделяется на элементы, при этом все подсистемы конструктивно и функционально связаны друг с другом – выход из одной подсистемы является входом для другой, последующей.

Современная технология работы любой сортировочной станции определяется на основе обеспечения четкого взаимодействия элементов станции между собой и с прилегающими участками на всех этапах переработки вагонов – это должно обеспечить бесперебойную работу станции без значительных простоев грузовых вагонов с переработкой.

Взаимосвязь между элементами станции выражается в том, что изменение параметров одних оказывает влияние на параметры других элементов. Такое действие между элементами станции может проявляться как в прямом, так и в обратном процессу переработки вагонов направлении. При нехватке поездных локомотивов, т.е. при несвоевременном вывозе составов со станции, не только все пути парка отправления, но и сортировочные пути могут быть заняты составами. Это непременно приведет к затруднению работы горки и увеличению простоя составов в ожидании

расформирования и даже может вызвать задержки поездов на подходах к станции.

Обратная связь имеет место при колебании поступающего на станцию поездопотока и неравномерности его обслуживания. В результате этой обратной связи снижается пропускная и перерабатывающая способность элементов станции, а следовательно, и всей станции в целом. В связи с этим увеличиваются межоперационные простои составов и поездов. Поэтому в случаях наличия обратной связи требуется не только отдельное рассмотрение систем станции,

186

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

для которых может быть выполнено условие устойчивого изолированного функционирования, но и рассмотрение их как части сложной системы, т.е. сортировочной станции.

С точки зрения обеспечения функционирования систем сортировочных станций рассматриваются необходимые и достаточные условия взаимодействия элементов. Необходимые условия – это условия, обеспечивающие устойчивый режим работы отдельно взятых систем. Они обуславливают предельно допустимую загрузку каждого элемента станции. Но если для систем станции будут выполнены только необходимые условия, это не значит, что в целом станция сможет устойчиво функционировать. При коэффициентах загрузки систем, близких к единице, из-за неравномерности процессов могут создаваться очереди, приводящие к отказам в работе парков станции. В этом случае будет иметь место обратная связь. Поэтому для обеспечения устойчивой работы

сортировочной станции необходимо выполнять и достаточные условия, определяющие минимально необходимый резерв относительной пропускной способности элементов.

В работе сортировочных станций существует постоянная технологическая (функциональная) взаимосвязь между входными и выходными участками, парками, сортировочными устройства-

ми. Разработку технологии каждого элемента сортировочной станции и расчет оптимального путевого развития необходимо выполнять с учетом этой связи.Так, парк прибытия должен рассчитываться с учетом взаимодействия примыкающих к нему входных участков и сортировочной горки; парк формирования – с учетом взаимодействия горки и вытяжек формирования; парк

отправления – с учетом вытяжек формирования и выходных участков. Речь идет, таким образом, о расчете путевого развития подсистем станции «входные участки – парк прибытия – горка», «горка – парк формирования – вытяжки формирования» и «вытяжки формирования – парк отправления – выходные участки». Работа одной подсистемы тесно связана с работой других– последующей и предыдущей. Необходимо, чтобы каждая подсистема сохраняла самостоятельные технологические функции. Число путей в каждой из рассматриваемых подсистем– при установленной их длине– зависит не только от технологических пара-

187

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

метров работы этих подсистем, но и в значительной степени от объема работы (от нагрузки на подсистемы).

Производительность выходного канала подсистемы(горки, вытяжных путей формирования и выходных участков) и путевое развитие должны устанавливаться исходя из обеспечения оптимального уровня работы подсистемы за длительный период времени (необходимо установить такой период времени, к концу которого в подсистеме остается наибольший остаток поездов, который и определяет оптимальную потребность в путевом развитии подсистемы).

В качестве нагрузки на подсистему входные« участки – парк приема – горка» рассматривается суточный поток перерабатываемых поездов, нагрузка на подсистему «горка – парк формирования – вытяжки формирования» задается суточным потоком накапливающихся поездов, нагрузка на подсистему «вытяжки формирования – парк отправления – выходные участки» – числом формируемых и выставляемых в парк отправления составов за сутки.

Характеристикой работы транспорта является оборот вагона, а для станции основным качественным показателем остается время нахождения вагона в процессе выполнения с ним технологических операций, в ожидании операций или простой вагона.

Операции с вагонами, определяющие элементы затрат времени, производятся на объектах сортировочной станции:

–от прибытия до расформирования (прибытие, ожидание обработки, обработка, ожидание расформирования) – в парке приема, подсистема «входные участки – парк приема – горка»;

–расформирование – на сортировочной горке, подсистемы «горка – парк формирования – вытяжки формирования» при надвиге состава, «горка – парк формирования – вытяжки формирования» при роспуске состава;

–простой – в сортировочном парке (накопление, формирование, ожидание перестановки в парк отправления, перестановка), подсистема «горка – парк формирования – вытяжки формирования»;

–от перестановки до отправления(ожидание обработки в парке отправления, обработка, ожидание локомотива и ожидание отправления) – в парке отправления, подсистема «горка – парк формирования – вытяжки формирования».

188

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

Простой транзитного вагона с переработкой на сортировочной станции рассчитывается по формуле

tпер = tприб + tож обр + tобр + tож рсф + tрсф + tнак + tоф +

+ tож пер + tож обр + tобр + tож лок + tож отпр,

где t приб – прибытие поезда; tож обр – ожидание обработки бригадой в парке приема; tобр – обработка; tож рсф – ожидание расформирования; tрсф – расформирование; tнак – накопление; tоф – формирование; tож пер – ожидание перестановки и перестановка состава в парк отправления; tож обр – ожидание обработки бригадой в парке отправления; tобр – обработка; tож лок – ожидание поездного локомотива; tож отпр – ожидание отправления.

Простой транзитного вагона с переработкой с расчленением по элементам изображен на рис. 1.

Операции и затраты времени на выполнение операций с транзитными с переработкой вагонами

Операции и затраты времени на путях

Ожидание обработки

приема от прибытия до начала расфор- tож обр Обработка tобр мирования t.приб.с/п.

Ожидание расформирования tож рсф

Затраты времени на расформирование tрсф

Накопление tнак

Простой в сортировочном парке

t.простой СП

Окончание формирования состава tоф

Ожидание перестановки tож пер и перестановка состава в парк отправления

Простой в парке отправления

t.отпр с/п

Ожидание обработки

tож обр

Обработка tобр

Ожидание отправления

tож отпр

Ожидание локомотива

tож лок

Рис. 1. Простой транзитного вагона с переработкой по элементам

189

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

Проанализировав качественные показатели сортировочной станции Инская, было отмечено, что расчлененный простой транзитного вагона с переработкой на станции 2011в г. составляет 13,5 ч и превышает плановый показатель на 1,7 ч, в том числе:

–в парке приема – на 0,5 ч (лимитирующий элемент – ожидание расформирования (+0,59 ч к плану));

–в сортировочном парке– на 2 ч (накопление превышает норму на 1,04 ч, формирование – на 0,23 ч, ожидание перестановки в парк отправления, включая перестановку, – на 0,76 ч);

–в парке отправления – на 0,83 ч (лимитирующими элементами являются: ожидание обработки (+0,21 ч), ожидание электровозов (+1,16 ч)).

Диаграмма, показывающая долю среднего времени простоя транзитного вагона с переработкой с расчленением по элементам, изображена на рис. 2.

2%1%	3%
10%	8%
6%	2%
2%
6%
5%
	55%

ожидание обработки в ПП	технический осмотр в ПП
ожидание расформирования	расформирование
накопление	формирование
ожидание перестановки в ПО	ожидание обработки в ПО
технический осмотр в ПО	ожидание электровозов
ожидание отправления

Рис. 2. Простой транзитного вагона с переработкой на ст. Инская в 2011 г. с расчленением по элементам в долях к общему времени простоя

190