CC BY
48
УДК 625.1:656.2.022.846
М. Б. КУРГАН, О. С. МАРКОВА (ДПТ)
ВПЛИВ ОБМЕЖЕННЯ ШВИДКОСТ1 НА ЕНЕРГЕТИЧН1 ПОКАЗНИКИ РУХУ ПОÏЗДIВ
Результати аналiзу постiйних i тривалих попереджень з обмеження швидкосп руху поïздiв, що дiють на Придншровськш залiзницi та пов'язанi 3i станом залiзничноï колiï.
Результаты анализа постоянных и временных предупреждений по ограничению скорости движения поездов, которые действуют на Приднепровской железной дороге и связаны с состоянием железнодорожного пути.
The results of analysis of constant and temporary speed limits of the train movement acting at Pridneprovskaya railway and connected with the railroad track condition.
Вступ
Утворення единого европейського ринку, ш-тегращя Укра!ни в европейське сшвтовариство створюють передумови до значного зростання обсяпв пасажирських i вантажних перевезень. За цих умов до транспорту пред'являються принципово новi вимоги. Радикальним заходом, що забезпечуе внутрiшнi i мiжнароднi пасажир-ськi перевезення е створення швидюсно! мереж залiзничних магiстралей з виходом на европей-ську мережу i кра!ни СНД [1].
На юнуючих напрямках мiжнародних транспортних коридорiв, що проходять терито-рiею Укра!ни, маршрутна швидкiсть становить 80...90 км/год. Досягти бшьшо! маршрутно! швидкостi тiльки за рахунок перерозподшу по-!здопотоку на мереж1, вдосконалення графiка руху по]дщв, рацiонального використання на-явних техшчних засобiв неможливо. Необхiдно впроваджувати бшьш дорогi заходи - реконст-рукщю залiзницi, що включае роботи з перебу-дови кривих, усунення постшних i тривалих попереджень швидкостi руху.
Також слщ вiдмiтити, що в Укрзалiзницi розроблено Програму приведення колшного господарства стальних магiстралей у належний стан, яка передбачае оновлення всього залiзни-чного полотна до 2010 року. Одне з головних
завдань залiзничникlв - лiквlдацiя прострочених терммв з модернiзацii i капiтального ремонту [2].
Постановка задачi
Обмеження швидкосп руху поiздiв на залiз-ницях - розповсюдженi явища. Поява попереджень з обмеження швидкосп руху поiздiв на тих чи шших дiлянках залiзницi залежить вiд багатьох факторiв: пропущеного тоннажу, ван-тажонапруженосп, осьових навантажень, по-здовжнього профшю тощо. Вплив деяких з пе-релiчених факторiв на рiвень швидкосп, що обмежуе рух, розглянуто в роботах [3-5].
Щоб провести статистичний аналiз попереджень, що були закладеш до графшв руху по-iздiв у 2005 i 2006 роках на Придншровськш залiзницi були зiбранi вихiднi данi i виконана !х систематизацiя. На рис. 1 i 2 показанi дiаграми розподшу вiдповiдно постiйно дiючих i тривалих попереджень з рiзним рiвнем допустимо! швидкостi. Як видно з дiаграми (рис. 1), найб> льша кiлькiсть попереджень (36 %), яю обме-жують швидкiсть рiвнем 25 км/год, майже одна чверть (23 %) - це попередження, що допуска-ють швидюсть руху 40 км/год та одна третина -попередження, що допускають максимальну швидюсть руху 60 км/год.
□ 9%
□ 36%
□ 23%
□ 31%- \_nl%
□ 25 км/год □ 40 км/год □ 50 км/год
□ 60 км/год □ 100 км/год
Рис. 1. Допустима швидшсть руху (постшш попередження)
□ 25 км/год □ 40 км/год □ 50 км/год □ 60 км/год □ 80 км/год
Рис. 2. Допустима швидшсть
Анатз розподшв показуе, що довжина д> лянки, у межах яко! ддать попередження, коли-ваеться 100... 6000 м. Яюсш картини ддачих попереджень наведеш в табл. 1-3. З рис. 3 видно, що найбшьшу кшьюсть постшних попереджень (51 %) було закладено через шахтш тд-роб^ки та 19 % попереджень - за деформащею земляного полотна.
Таблиця 1
Якчсмии розподш постiйних та тривалих попереджень
Допустима швидюсть руху, км/год Довжини дшянок з обмеженнями, м
постшш тривал1
25 7 900 14 200
40 5 200 36 900
50 200 1 000
60 6 900 64 000
80 - 200
100 2 000 -
nocTiáMi попередження
Причина обмеження швидкосп руху Довжини дшянок з певни-ми обмеженнями, м
Деформаци земляного 5 500
полотна
Спливи косогору 800
Ремонтш роботи в 1 400
тунелях
Шахтш пвдроб1тки 8 300
Всього 16 000
руху (тривал попередження)
Тривалi попередження
Таблиця 3
Причина обмеження швидкосп руху Довжини дiлянок з певними обме-женнями, м
Дефектшсть елеменпв штуч- 2 700
них споруд
Дефектшсть рейко-шпально! 33 600
решики
Попередження через простро-
чення:
каттального ремонту 4 200
модершзацп колй' 18 900
середнього ремонту 19 200
Всього 78 600
Таблиця 2
Найбшьша кшьюсть тривалих попереджень була зумовлена причинами, що виникли через невиконання ремонлв (прострочеш кшометри) з: модершзацп коли - 24 %, середнього ремонту -27 %, а також через непридатшсть шпал (рис. 4).
З анатзу наведених даних видно, що проблема щодо зменшення кшькосп i вид1в обме-жень швидкосп iснуе. Для i! розв'язання на-самперед необхiдно дослiдити, в якш мiрi той чи iнший фактор, пов'язаний з обмеженням швидкосп руху, впливае на енергетичш й екс-плуатацiйнi показники. В роботi розглядалися таю фактори:
- швидкiсть, що обмежуе рух по]дщв;
- довжина дшянки обмеження;
- час руху;
- ходова швидюсть;
- уклон поздовжнього профiлю, на якому знаходиться дiлянка обмеження.
З щею метою було виконано насгупш дослдження.
Методика дослiджеммя
Методика дослщження передбачае застосу-вання розроблено! на кафе^ «Проектування i будiвництво дор^» ДИТу тягово-експлуата-цшно! моделi. Така модель дозволяе встановлю-вати тдвищення зовшшньо! рейки в кривих i вщповщну довжину перехвдних кривих, визна-чати допустиму швидкiсть руху i виконувати тяговi розрахунки, оцiнювати комфортабель-нiсть !зди i визначати експлуатацшш витрати, пов'язанi з рухом по]дщв, табл. 4.
□ Деформацп земляного полотна □ Деформацп косогору
□ Роботи в тунелях □ Шахтт тдробггки
Рис. 3. Постшш попередження
□ 3%
□ Дефекттсть елементш штучних споруд □ Дефекттсть рейко-шпально! решггки
□ Каштальний ремонт □ Модершзащя коли
□ Середнш ремонт
Рис. 4. Тривалi попередження
Таблиця 4
Структурна схема тягово-експлуатацшноТ модел1
Виконання операцш Пояснення
Розрахунки шдвищення зовшшньо! рейки i корегу-вання довжини перех1дних кривих Розрахунки допустимо! швидкосп руху по!зда Тягов1 розрахунки Аналз комфортабельносп !зди Визначення експлуатацшних витрат Може бути змшено шдвищення зовшшньо! рейки ввд-носно юнуючого 1 вщкоригована довжина перехвдних кривих в залежносп ввд швидкосп, яку необх1дно за-безпечити шсля реконструкцii дiлянки затзниш (пе-рехвдш крив1 подовжуються, якщо достатня довжина прямих дшянок коли, що примикають). Результатами розрахунк1в е допустим! швидкосп руху на кожнш кривш з встановленням причин, що обме-жують швидк1сть. Виконуються розрахунки з використанням файл1в, що включають параметри поздовжнього профiлю, плану лши, характеристики рухомого складу, обмеження швидкосп на станщях 1 шших «бар'ерних» мюцях. Визначаеться векторна сума горизонтальних, вертика-льних 1 поздовжшх прискорень, що дють на пасажи-р1в у ш!зд1, 1 коефiцiент комфорту пасажира. Визначаються витрати пов'язанi з рухом вантажного i пасажирського по!зду. При цьому враховуються ме-ханiчна робота локомотива, робота сил опору, час руху, що визначаються тяговими розрахунками.
Для Bcix дшянок, на яких встановлено обмеження швидкосп, характерний такий режим руху по!зда. При руci на шдйом до обмеження та пicля його проходження по!зд рухаеться в режимi тяги, перед обмеженням гальмуе та
безпосередньо обмеження проходить в режимi обмеженого використання сили тяги. При рус на спуск по!зд рухаеться в режимi регулюваль-ного гальмування, перед обмеженням гальмуе, потiм по дшянщ обмеження знову рухаеться в
режим1 регулювального гальмування 1 п1сля 11 проходження для набирання швидкосп по1зд рухаеться в режим тяги, а поим знову у режи-м1 регулювального гальмування. Режими руху по1зда залежать вщ встановленого р1вня максимально! швидкосп на дшянщ, маси по!зда, уклону поздовжнього профшю та ш.
На рис. 5 наведено приклад обмеження швидкосп на д1лянщ сум1жних кривих, що роздшеш
прямою вставкою. Довжина д1лянки обмеження швидкосп руху (щлянка 2) включае в себе довжи-ну по!зда Ьи, довжини кривих К1, К 2 { пряму
вставку м1ж ними й . Аналопчний вигляд матиме дщянка з обмеженням швидкосп руху при постш-них, тривалих чи тимчасових попередженнях. На основ1 проведеного анашзу для розрахунюв були прийняп наступи виюдт дат (табл. 5).
160
О
2 120
.А I-
О ^
ш
80
Уобм
1«
'2 . К1
\_/
К;
Ьп 2
х )
Вiдс
тань, км
Рис. 5. Приклад обмеження швидкосп руху на дшянщ сум1жних кривих
2
Таблиця 5
Виидш дат Пасажирський рух Вантажний рух
Довжина дшянки обмеження. м 100, 500, 1 000, 2 000, 5 000
Вид тяги електрична
Тип локомотиву ЧС-7 ВЛ-11
Довжина по!'зда, м 500 1 000
Середня маса рухомого складу, т 1 000 4 500
Швидюсть, що обмежуе рух по!'з-д1в, км/год 25, 40, 50, 60, 80, 100 25, 40, 50, 60, 80
Максимальна швидюсть руху по-1'зд1в, км/год 160 90
Уклон проф1лю, %о 1.. .8 %о ( з кроком 1 %о)
Нижче наведет результати, що були отримаш з використанням тягово-експлуатащйно! модели Було встановлено наступш залежносп:
- часу руху вщ довжини д1лянки обмеження та швидкосп, що обмежуе рух по!зд1в;
- середнього квадратичного в1дхилення швидкосп руху вщ довжини д1лянки обмеження та швидкосп, що обмежуе рух по!зд1в;
- ходово! швидкосп вщ довжини дшян-ки обмеження, уклону профшю 1 швидкосп, що обмежуе рух по!зд1в.
Як показали результати розрахунюв, довжина д1лянки обмеження впливае на час руху лише до певного значення швидкосп, що обмежуе рух по-1здш. На рис. 6 наведено приклад руху вантажного по!зда на пщйом при уклош профшю 4 %о. З1 вка-заного графжу видно у сюльки раз1в зменшуеться час руху з1 зменшенням швидкосп, що обмежуе
рух по!здш, Найбшьш суттевий вплив довжини д1лянки обмеження на час руху спостертаеться при значены швидкосп, що обмежуе рух по!зд1в 25 { 40 км/год, а при швидкосп бшьше за 60 км/год, цей вплив зовам зникае.
В шших випадках при рус на пщйом довжина дшянки обмеження перестае впливати на час руху по!зда при наступному значенш швидкосп, що обмежуе рух по!зд1в: уклон 1.. .6 %о - 60 км/год 1 уклон 7.. .8 %о - 50 км/год.
Що стосуеться руху на спуск, то залежшсть у цьому випадку майже не вщр1зняеться вщ не!, що наведена на рис. 6: вплив довжини д> лянки обмеження на значення часу руху зникае, коли швидюсть, що обмежуе рух по!зд1в, дорь внюе 80 км/год, причому таке явище характер-не для ус1х уклошв профшю.
1.50
и ^
ft
^ 1.30
«
г
к =
=
а =
ж м
1.10
0.90
Is _ Ч
"-- !-0 !
20
30 40 50 60 70 80 90
Швидюсть, що обмежуе рух поiздiв, км/год
100
100 м
500 м
1000 м
2000 м
5000 м
Рис. 6. Залежнють зменшення значения часу руху вщ довжини дшянки обмеження та швидкосп, що обмежуе рух по!зд1в (рух на щдйом, уклон 4 %о, локомотив ВЛ-11)
На рис. 7 наведена залежнють часу руху поезда вщ швидкосп, що обмежуе рух по1зд1в, при рус вантажного по1зда на пщйом i на спуск (уклон профшю у даному випадку 8 %): зi зб> льшенням значення швидкостi, що обмежуе рух
поlздiв зменшуеться час руху за однаковими закономiрностями як для руху на шдйом, так i для руху на спуск. Вказана залежнють описуеть-ся полшомом другого ступеню (рис. 7) i також е характерною для руху пасажирського по!зду.
14.0
12.0
£ Е и и ^ о
а 2 10.0
о « Й
¡^ и
8.0
6.0
20
t (тдйом)= 0,0008Vобм 2 - 0,1162Vобм +15,978
t (спу ск)= 0,0002V о бм 2 - 0,0303V бм + 7,9859
к — ■ --Н I--1 1--
40 60 80
Швидкють, що обмежуе рух, км/год
100
- шдйом
- спуск
■Полшом1альниИ (100 м, шдйом)
Рис. 7. Залежшсть часу руху вщ швидкосп, що обмежуе рух по!зд1в (довжина д1лянки обмеження 100 м, уклон 8 локомотив ВЛ-11)
З метою попередньо! оцiнки плавностi руху по!зда були дослiдженi змiни середнього квадратичного вщхилення oV швидкост вiд довжини дiлянки обмеження, уклону профшю i швидкостi, що обмежуе рух подщв (рис. 8 i 9). Ре-зультати розрахунюв показали, що значення середнього квадратичного вщхилення швидкостi зменшуеться зi збiльшенням швидкостi, що обмежуе рух поЬздв (рис. 8) i описуеться логарифмiчним законом. 1снуе закономiрнiсть: чим бiльше довжи-
на д^нки обмеження, тим бiльше значення середнього квадратичного вщхилення (рис. 9).
Оскшьки зростання середнього квадратичного вщхилення швидкосп gv суттево впливае
на комфортабельнють !зди пасажирiв, то було проаналiзовано залежностi мiж середшм квад-ратичним вiдхиленням швидкостi i довжиною дiлянки обмеження, уклоном i швидкiстю, що обмежуе рух поlздiв. Вибiрковi результати роз-рахункiв наведеш в табл. 6.
25 40 50 60 80
Швидюсть, що обмежуе рух пойдав, км /год
90
1 100 м, тдйом
■ Логарифм1чний 100 м, тдйом
I 100 м, спуск
■ Логарифм1чний, 100 м, спуск
Рис. 8. Залежшсть середнього квадратичного вщхилення швидкосл в1д швидкосл, що обмежуе рух пойдгв (уклон проф1лю 2 %о, локомотив ВЛ-11)
■а s
<и
к е f ,
s
н н
CS о
^ 3 § §
S m % Э
<и ft <u О
30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0
а v(5000 м) = - 14,647Ьп(Уоб м) + 28,499
\ 4 . 18.8 а v(100 м) = -7,905Ьп(Уоб м) + 16,023
14.8 * Ч, 14.5
11.1 8.9 <* "Ч 10.7
« ■67 >1-3.4
—^¡20.2
25 40 50 60 80
Швидюсть, що обмежуе рух пойдш, км /год
90
100 м
I5000 м
- Логарифм1чний 100 м
■ Логарифмпчний, 5000 м
Рис. 9. Залежшсть середнього квадратичного вщхилення швидкосл в1д швидкосл, що обмежуе рух по!зд1в та довжини дшянки обмеження (уклон профшю 0 %о, локомотив ВЛ-11)
Таблиця 6
Зменшення середнього квадратичного вщхилення швидкост1 (у %) при збшьшенш значення швидкост1, що обмежуе рух поТзд1в (локомотив ЧС-7)
Шдвищення Уобм , км/год Довжина д1лянки обмеження, м
Уклон, % 100 м 1 000 м 5 000 м
^V (тдйом) °V (спуск) °V (тдйом) °V (спуск) °V (тдйом) °V (спуск)
0 ввд 25 до 40 25 25 29 29 30 30
ввд 40 до 50 15 15 15 15 16 16
2 ввд 25 до 40 28 25 30 27 34 31
ввд 40 до 50 16 15 17 15 17 16
4 ввд 25 до 40 29 26 31 28 35 31
ввд 40 до 50 16 15 18 15 20 16
З табл. 6 видно, що зi збшьшенням довжини дiлянки обмеження зростае значення середньо-го квадратичного вщхилення швидкостi. Це ж саме явище спостерiгаeться i зi збiльшенням значення уклону профшю, як при рус на шд-йом, так i при русi на спуск.
У подальших розрахунках наведенi данi щодо зменшення часу руху при зб№шент швидкосп, що обмежуе рух погадав, для пасажирського та ва-нтажного руху, табл. 7. З аналiзу табл.7 можна зробити висновок, що на горизонтально площадцi i довжит дiлянки обмеження 500 м тдвищення швидкостi, що обмежуе рух вщ 25 до 40 км/год, призводить до скорочення часу руху на 9,5 %. За тих же умов i довжит обмеження 1 000 м це скорочення вже складае 12,6 %, при довжит обме-
ження 5 000 м - 17,9 %. Пдабна закожмртсть спостертаеться й при вантажному рус. Слд вщ-мiтити, що зменшення часу при пасажирському рус бшьш суттеве, тж при вантажному.
Подальшi дослiдження стосуються мехашч-но! роботи локомотива та И взаемозв'язку зi швидкiстю. що обмежуе рух поlздiв. На рис. 10 полiномiальним законом описана залежнiсть мiж мехашчною роботою i швидкiстю, що обмежуе рух по]дщв, при рус вантажного по!зда на пiдйом i на спуск з уклоном поздовжнього профiлю 2 %о та довжиною дiлянки обмеження 100 м. Зi збiльшенням швидкостi, що обмежуе рух поlздiв вiдбуваеться зменшення мехашчно! роботи локомотива, причому бшьш суттеве при рус на спуск.
Таблиця 7
Зменшення часу руху (у %) при iii.iiuiiiiciiiii значення швидкост1, що обмежуе рух поТзд1в (локомотив ЧС-7)
Шдвищення У0бм, Довжина д1лянки обмеження, м
Уклон, %о 500 м 2 000 м 5 000 м
км/год ^(тдйом) спуск) ^(тдйом) ^(спуск) ^(тдйом) ^(спуск)
0 в1д 25 до 40 9,5 9,5 14,8 14,8 17,9 17,9
в1д 40 до 50 5,8 5,8 6,8 6,8 7,1 7,1
2 в1д 25 до 40 9,1 9,3 13,4 14,2 17,7 17,1
в1д 40 до 50 5,6 5,7 6,7 6,8 7,1 7,2
4 в1д 25 до 40 8,3 8,9 12,5 13,6 17,4 18,3
в1д 40 до 50 5,4 5,6 6,5 6,6 6,9 7,2
6 в1д 25 до 40 8,2 8,7 11,3 12,4 17,2 18,5
в1д 40 до 50 5,4 5,5 6,5 6,6 6,9 7,4
я н о
о и о ч
?S
о ю о
SP
о я
IT
'И
1.60
1.40
1.20
1.00
0.80
Имех( спуск) = -6*10-5V 'обм2+ 0, Ю04Узб]> 1 + 1,488
Кмех (т, щом)= -2 *10-6Уо бм2 - 0,00 13Уобм + 1,128
20 30 40 50 60 70 80 90 Швидюсть, що обмежуе рух жпздв, км/год
100
■ Рух на тдйом • Полшомiальний (спуск)
-Рух на спуск - Полiномiальний (тдйом)
Рис. 10. Зменшення мехашчно! роботи локомотива при шдвищенш швидкосп, що обмежуе рух по!зд1в (довжина д1лянки обмеження 100 м, уклон 2 %о, локомотив ВЛ-11)
Висновки
За результатами дослщжень можна зробити наступш висновки.
1. Наявшсть д1лянок з обмеженням швидкосп руху по!зд1в викликае суттеве збшьшення середнього квадратичного вщхилення швидкосп, що, в свою чергу, впливае на комфортабель-шсть !зди пасажир1в. Так, при уклош профшю
0 % i довжиш д1лянки обмеження 100 м з шд-вищенням швидкосп, що обмежуе рух, вiд 25 до 40 км/год, середне квадратичне вщхилення швидкосп gv зменшуеться на 25 %, а при довжиш обмеження 1 000 м - на 29 %. Також спо-стерiгаеться вплив уклону профшю. При уклонi 4 % oV вiдповiдно складають 29 i 31 % - при
рус на пщйом та 26 i 28 % - при руа на спуск.
2. На ходову швидюсть впливае довжина д> лянки обмеження: чим бшьша довжина дiлянки обмеження, тим менша ходова швидюсть, i, вiдповiдно, тим бiльший час руху. На д^нщ довжиною 100 м, що розташована на горизонтально площадщ при пiдвищеннi швидкостi, що обмежуе рух вщ 25 до 40 км/год ходова швидюсть пасажирського по!зда зросте на 1,9 %, а час руху зменшиться на 2,4 %. Якщо довжина дшянки обмеження становитиме 500 м, 1 000 i 5 000 м, то зростання ходово! швидкосп буде вщповщно 2,5; 5,8 та 9,2 %, а час руху зменшиться на 2,5; 6,8; 14,0 %. При уклош профшю 6 % ходова швидюсть зросте: при рус на пщйом - на 4,9; 8,3; 12,3 %, а при ру-ti на спуск - на 2,3; 7,2 та 11,2 %. З подальшим пщвищенням швидкосп, що обмежуе рух зростання ходово! швидкосп буде менш значним.
3. З пщвищенням швидкосп, що обмежуе рух по!здiв мехашчна робота локомотива зменшуеться i, вщповщно, зменшуються витрати електроенергн. Наприклад, якщо розглядати рух вантажного по!зду на спуск при уклош профшю 2 % i довжиш д^нки обмеження 100,
1 000 i 5 000 м, то пщвищення швидкосп, що обмежуе рух вщ 25 до 40 км/год викликае зме-
ншення мехашчно! роботи локомотиву на 4,4; 4,1 i 4,0 % вщповщно, при подальшому пщви-щенш до 50 км/год вщповщно на 3,5; 3,3 i 2,9 %. При руш на пщйом для таких самих умов зменшення мехашчно! роботи локомотиву буде менш суттевим (0,6...1,5 %).
4. Тривалють дп обмеження, безумовно, впливае на енергетичш показники, але в бшь-шш степенi впливае рiвень швидкостi, що обмежуе рух по!здiв. Зона впливу обмеження тим бшьша, чим бшьша довжина дшянки обмеження, менше встановлений рiвень швидкосп i б> льше час дi! обмеження.
Отримаш в роботi данi дають можливють визначити вплив обмеження швидкосп руху по!здiв на експлуатацiйнi витрати.
Б1БЛЮГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Курган М. Б. Впровадження швидк1сного руху по!здв в Укра!н1 /М. Б. Курган, I. П. Корженевич // Зал1зничний транспорт Укра!ни. - 2005. - № 2. - С. 45-51;
2. Рагулш П. В. Щоб не фальшивила колшна «мелод1я» / Маг1страль, № 10 (1188), 14 -20 лютого 2007 р. - С. 7;
3. Скутин А. И. Определение времени хода поездов с учетом состояния пути // Проектирование технического перевооружения железных дорог с учетом сохранения окружающей среды и применения элементов САПР: Межвузовский сб. науч. тр. - Днепропетровск: ДИИТ. - 1989. - С. 50-54.
4. Моисеенко О. Л. Анализ простоев поездов // Проектирование и усиление железных дорог Урала: Межвузовский сб. науч. тр. - Свердловск - 1984. - С. 18-26.
5. Юшаков Л. Ф. К вопросу о влиянии ограничений скоростей на движение поездов // Проектирование и усиление железных дорог Урала: Межвузовский сб. науч. тр. - Свердловск -1984. - С. 26-29.
Надшшла до редколегп 16.03.07.
