CC BY
21DOI 10.52170/1815-9265_2021_57_15 УДК 656.222.6
Е. В. Климова, Н. В. Волкова
Эффективность пропуска грузовых поездов из вагонов с повышенной осевой нагрузкой
Поступила 15.11.2019
Рецензирование 26.02.2020 Принята к печати 09.04.2021
В статье представлены результаты исследования эффективности пропуска грузовых поездов из вагонов с повышенной осевой нагрузкой для условного железнодорожного участка, а также для основных направлений Западно-Сибирской, Красноярской и Дальневосточной железных дорог. Установлено, что формирование и пропуск вышеуказанных грузовых поездов могут осуществляться в различных условиях функционирования железных дорог, например, в случае ограничений пропускной способности участков и направлений, в условиях необходимости оптимизации эксплуатационных расходов, связанных с пропуском поездов и др.
Технологическим эффектом в данном случае будет выступать показатель «сокращение размеров движения грузовых поездов». При увеличении массы груза в вагоне с повышенной осевой нагрузкой происходит снижение суммарных размеров движения грузовых поездов, тем самым уменьшаются потребные размеры движения в нитках грузовых поездов. При неизменной наличной пропускной способности это приведет к снижению коэффициента заполнения пропускной способности.
Экономический эффект устанавливается разницей эксплуатационных расходов, связанных с пропуском суммарных размеров движения грузовых поездов в условиях применения технологии пропуска поездов графиковой массы и поездов из вагонов с повышенной осевой нагрузкой. При увеличении массы груза в вагоне с повышенной осевой нагрузкой происходит снижение данных эксплуатационных расходов.
Результаты расчетов представлены в виде зависимостей ключевых показателей от коэффициента соотношения масс нетто поездов. Данные зависимости позволяют определять коэффициент соотношения масс нетто поездов при заданных расчетных размерах движения поездов различных категорий, сокращение размеров движения поездов, эксплуатационные расходы, связанные с пропуском поездов по участку. Далее на основании коэффициента соотношения масс нетто поездов выбирается модель вагона, соответствующая расчетной грузоподъемности одного вагона.
Применение представленной методики позволит оценить эффективность использования вагонов с повышенной осевой нагрузкой как для освоения возрастающих объемов перевозок, так и при оперативном управлении движением поездов диспетчерским персоналом в условиях недостатка пропускной способности в конкретные сутки.
Ключевые слова: вагоны с повышенной осевой нагрузкой, тяжеловесные поезда, пропускная способность перегонов, технологическая эффективность, экономическая эффективность.
На современном этапе развития элементы железнодорожной инфраструктуры некоторых направлений достигают критического уровня заполнения пропускной способности [1, 2].
В настоящее время ОАО «РЖД» реализует ряд проектов реконструкции инфраструктуры полигонов [3]:
1. Мероприятия по увеличению пропускной и провозной способности контейнеропотока в 4 раза, в том числе «Транссиб за 7 дней».
2. Модернизация БАМа и Транссиба (I и II этапы).
В частности, от Новосибирска до восточных границ Российских железных дорог предусматривается пропуск части потока грузовых поездов массой 7 100 т с применением современного тягового подвижного состава и модернизацией системы электроснабжения на отдельных участках (например, от Новосибирска до Мариинска, от Комсомольска-на-
Амуре до порта Ванино), что в перспективе позволит пропускать грузовые поезда при значении расчетного интервала между поездами на уровне 8-10 мин [4].
Одной из мер по усилению пропускной способности таких элементов является применение грузовых вагонов с повышенной осевой нагрузкой, например 25 т/ось и выше. Формирование грузовых поездов из вагонов с повышенной осевой нагрузкой рекомендуется применять на станциях погрузки массовых грузов, таких как уголь. За счет этого достигается ряд положительных технологических эффектов [5-8]:
- повышение массы грузового поезда до 7 100 т;
- сокращение суммарного числа грузовых поездов, пропускаемых по рассматриваемому участку, и, как следствие, снижение потребной пропускной способности;
- сокращение потребного эксплуатационного парка поездных локомотивов и контингента локомотивных бригад;
- возможность пропуска дополнительного объема перевозок грузов за счет высвободившихся ниток графика движения поездов;
- возможность пропуска тяжеловесных поездов по участку без удлинения приемо-от-правочных путей промежуточных станций.
В некоторых случаях ограничениями при формировании и пропуске грузовых поездов из вагонов с повышенной осевой нагрузкой являются:
- необходимость модернизации системы электроснабжения электрифицированных участков железных дорог для поддержания значения расчетного интервала между поездами в пакете не более прежнего уровня, так как в случае пропуска тяжеловесных поездов массой 7 100 т произойдет увеличение значения интервала между поездами в пакете и снижение наличной пропускной способности перегонов. В этом случае пропуск дополнительного числа поездов будет невозможен;
- необходимость замены парка поездных локомотивов на более мощные или использование кратной тяги при вождении поездов массой 7 100 т, так как силы тяги локомотивов, используемых в настоящее время, может быть недостаточно, особенно для участков со сложным планом и профилем главных путей.
Анализ работ, выполненных различными авторами в данной предметной области, показал, что организация движения тяжеловесных поездов, в том числе из вагонов с повышенной осевой нагрузкой, является эффективной мерой повышения провозной способности направления, позволяет высвободить нитки графика движения поездов за счет формирования тяжелых поездов [911]. Однако результаты исследований не учитывают сокращения эксплуатационных расходов, связанных с пропуском поездов, состоящих из вагонов с повышенной осевой нагрузкой.
В ходе исследования выдвинута гипотеза о том, что в случае формирования и пропуска грузовых поездов из вагонов с повышенной осевой нагрузкой могут быть достигнуты технологический и экономический эффекты. При этом оценку предлагается вести в разрезе натуральных и стоимостных критериев [12]:
1. Технологический эффект - при увеличении массы груза в вагоне с повышенной осевой нагрузкой происходит снижение суммарных размеров движения грузовых поездов, тем самым уменьшаются потребные размеры движения в нитках грузовых поездов. При неизменной наличной пропускной способности это приведет к снижению коэффициента заполнения пропускной способности.
2. Экономический эффект - при увеличении массы груза в вагоне с повышенной осевой нагрузкой происходит снижение эксплуатационных расходов, связанных с пропуском суммарных размеров движения грузовых поездов.
Технологический эффект будет оцениваться двумя показателями:
1. Сокращение размеров движения грузовых поездов (в нитках грузовых поездов) в условиях пропуска поездов из вагонов с повышенной осевой нагрузкой:
АМ = Гпон (1 -«нетто), (1)
где Гпон - грузопоток, перевозимый в грузовых поездах, состоящих из вагонов с повышенной осевой нагрузкой, т нетто / сут; аНетто -коэффициент соотношения масс нетто поездов, состоящих из вагонов с обычной и с повышенной осевой нагрузкой.
Значение анетто определяется как
бнетто
а
нетто ^ПОН : Анетто
(2)
где Q нетто, бне1то - масса нетто поезда, состоящего из вагонов с обычной и повышенной осевой нагрузкой соответственно, т нетто.
2. Суммарные размеры движения грузовых поездов (в нитках грузовых поездов) в условиях пропуска поездов из вагонов с повышенной осевой нагрузкой:
у N = Мгр -АМ =
гР
Г
Qнt
+ ГПОН («нетто !),
(3)
где Мгр - размеры движения грузовых поездов из вагонов с обычной осевой нагрузкой, по-езд./сут; Г - общий грузопоток, перевозимый в грузовых поездах по рассматриваемому участку, т нетто / сут.
Кроме того, на основе вышеприведенных показателей можно установить потребную, а также наличную пропускную способность и
коэффициент заполнения пропускной способности участка или направления [13-16].
Экономический эффект от применения технологии пропуска грузовых поездов из вагонов с повышенной осевой нагрузкой рассчитывается по формуле
ЭФ = ЭгР -Эпон, (4)
где Эгр, Эпон - эксплуатационные расходы, связанные с пропуском суммарных размеров движения грузовых поездов в условиях применения технологии пропуска поездов графиковой массы и поездов из вагонов с повышенной осевой нагрузкой соответственно.
Эксплуатационные расходы, связанные с пропуском грузовых поездов, могут быть определены методом расходных ставок. При этом учитываются только расходы, зависящие от объемов перевозок. Расходы, не зависящие от объемов перевозок, принимаются условно-постоянными [17].
Зависящие эксплуатационные расходы в грузовом движении за сутки определяются как произведение расходной ставки и соответствующего значения измерителя работы (расчет ведется в одном направлении на суммарные размеры движения грузовых поездов, измеряющиеся в нитках грузовых поездов):
Эзав г Сизм г"^изм г, (5)
где Сизм г - значение единичной расходной ставки для '-го измерителя работы, определяемое в соответствии с данными экономической службы рассматриваемой железной дороги за отчетный год, рублей на измеритель; ^изм г - значение '-го измерителя работы: ваг.-км, лок.-км, лок.-ч, бригад.-ч, т-км брутто вагонов и локомотивов, лок.-ч работы маневровых локомотивов, количество грузовых отправок.
Классические формулы для расчета измерителей работы в случае пропуска грузовых поездов из вагонов с повышенной осевой нагрузкой могут быть адаптированы следующим образом:
1. Вагоно-километры определяются по формуле
X пБ = Х пБр +Х и^пон = Л - ЛЛ)пЬ, (6) где X пБгр - ваг.-км пробега вагонов с обычной осевой нагрузкой; XиБПОН - ваг.-км пробега вагонов с повышенной осевой нагрузкой; Пв - количество вагонов в составе поезда;
Ь - протяженность маршрута (может определяться как средняя дальность перевозки рассматриваемого вида груза), км.
XиБф = (Лгр -Лпон -АЛ)пЬ;
X пБпоН = ЛПОН пв Ь.
2. Локомотиво-километры линейные рассчитываются по формуле
МБлин = ЛЬ (1 + РгЛ), (7)
где ЛЬ - пробеги грузовых поездов, поезд.-км; Ргл - отношение вспомогательного пробега локомотивов к пробегу во главе поездов.
Величина пробега грузовых поездов составляет
ЛЬ = £ ЛЬ. (8)
3. Локомотиво-часы определяются по формуле
ЫХ = 24-
.М!
(9)
где Бл - среднесуточный пробег локомотива, км.
4. Бригадо-часы рассчитываются следующим образом:
X МХбр = МлА, (10)
V
уч
где кл - коэффициент, учитывающий дополнительное время работы локомотивных бригад; Vуч - участковая скорость движения грузовых поездов, км/ч.
5. Тонно-километры брутто вагонов и локомотивов определяются по формуле
X ^бр =1 иБгр ^ +
+X ПБПОН ЧпОН + МБлин Рло^ (11)
где Чгр - масса вагона с обычной осевой нагрузкой, т брутто / ваг.; дпон - масса вагона с повышенной осевой нагрузкой, т брутто / ваг.; рлок -масса поездного локомотива, т.
6. Расход электроэнергии на тягу поездов составляет
Э = X Р1<
а.
э/т
бр104:
(12)
где аэ/т - норма расхода электроэнергии/топлива на тягу поездов, кВтч или кг условного топлива на 10 000 т-км брутто.
7. Локомотиво-часы маневровых локомотивов определяются по формуле
а. ~н X пБ
X Мман =-
103
(13)
где аман - норма расхода маневровых локомо-тиво-часов на 1 000 ваг.-км, лок.-ч.
8. Количество грузовых отправок равно:
У ^ГО =
m„
(14)
где тотпр - среднее число вагонов в одной грузовой отправке.
В качестве объекта исследования приняты двухпутные участки трех железных дорог с
различными показателями, представленными в таблице.
Масса тары вагона 23 т, масса груза в вагоне изменяется от 67 до 77 т с шагом 2 т. Единичные расходные ставки приняты для ОАО «РЖД» в целом. Полученные в ходе исследования результаты представлены на рис. 1-4. Расчеты велись с учетом только груженого направления.
Основные характеристики принятых в исследовании участков железных дорог
Показатель Железная дорога
Западно-Сибирская Красноярская Дальневосточная
1. Протяженность участка в пределах дороги, км 377 969 467
2. Число поездов графиковой массы, поезд./сут 65 57 55
3. Число поездов из вагонов с повышенной осевой нагрузкой, поезд./сут 3 39 40
Рис. 1. Изменение суммарных размеров движения в зависимости от коэффициента соотношения
масс нетто поездов
■ Западно-Сибирская ж. д.
Рис. 2. Сокращение размеров движения в зависимости от коэффициента соотношения масс нетто поездов
п
в
Рис. 3. Изменение эксплуатационных расходов в зависимости от коэффициента соотношения
масс нетто поездов
Рис. 4. Экономический эффект в зависимости от коэффициента соотношения масс нетто поездов
В случае применения грузовых вагонов с повышенной осевой нагрузкой (свыше 67 т на ось до 77 т/ваг.) происходит снижение суммарных размеров движения поездов для всех рассматриваемых участков железных дорог (см. рис. 1). То есть заданный объем перевозок в тоннах нетто можно осуществить меньшим числом грузовых поездов. А поскольку от потребной пропускной способности напрямую зависит коэффициент заполнения пропускной способности, то последний в данном случае будет снижаться.
При этом по высвобожденным ниткам грузовых поездов можно пропустить дополнительный поездопоток в условиях перспективного роста объемов перевозок (см. рис. 2). Эти поезда могут состоять как из обычных грузовых вагонов, так и из вагонов с повышенной осевой нагрузкой.
Аналогичный тренд показывают и эксплуатационные расходы, связанные с пропуском суммарных размеров движения поездов. При росте коэффициента соотношения масс нетто поездов расходы железной дороги по пробегу
поездов сокращаются (см. рис. 3). Экономический эффект представлен на рис. 4.
Например, увеличение массы груза в вагоне с 67 до 77 т (коэффициент соотношения масс нетто поездов, состоящих из вагонов с повышенной и обычной осевой нагрузкой, -1,15) вызовет увеличение массы поезда брутто с 6 390 до 7 100 т, сокращение суммарных размеров движения грузовых поездов с 57/55 до 65/50 поезд./сут для Красноярской/Дальневосточной железной дороги при числе поездов с повышенной осевой нагрузкой, равном 39/40 поезд./сут. Эксплуатационные расходы, связанные с пропуском потока поездов в груженом направлении, сократились с 13,3/6,2 до 12,6/5,9 млрд р. / год. Годовой экономический эффект при этом составил 614/308 млн р. / год.
Кроме того, разработанные графики изменения суммарных размеров движения (см. рис. 1) и эксплуатационных расходов (см. рис. 3) могут быть использованы для определения коэффициента соотношения масс нетто поездов при заданных расчетных размерах движения поездов различных категорий и эксплуатационных расходов на пропуск поездов по участку. Далее на основании коэффициента соотношения масс нетто поездов выбирается модель вагона, соответствующая расчетной грузоподъемности.
Например, в оперативном порядке при ограничении пропускной способности в конкретные сутки до 55 грузовых поездов диспетчерский персонал Красноярской/Дальневосточной железной дороги с помощью рис. 1 определяет предельный уровень соотношения масс нетто поездов - не менее 1,06/1,00 при числе поездов, состоящих из вагонов с повышенной осевой нагрузкой, - 39/40 поезд./сут, т. е. средняя масса груза в вагоне должна составлять не менее 71/67 т.
Оперативное решение о числе пропускаемых грузовых поездов, состоящих из вагонов с повышенной осевой нагрузкой, должно приниматься диспетчерским персоналом в зависимости от технических возможностей формирования таких поездов и от наличия конкретного подвижного состава.
В целом выполненные расчеты показали, что в случае увеличения массы груза в вагоне (увеличения доли поездов с массой нетто более графиковой) суммарные размеры движения поездов и эксплуатационные расходы,
связанные с пропуском поездов, уменьшаются. Таким образом, достигается технологический эффект за счет сокращения суммарных размеров движения грузовых поездов и экономический эффект за счет уменьшения эксплуатационных расходов железной дороги.
Кроме того, в качестве объекта дополнительного исследования принят условный двухпутный участок железной дороги протяженностью 1 000 км. Потребные размеры движения поездов в груженом направлении - 70 поездов графиковой массы и длины в сутки. Масса тары вагона 23 т, масса груза в вагоне изменяется от 67 до 85 т с шагом 2 т. Число поездов из вагонов с повышенной осевой нагрузкой изменяется от 5 до 20 с шагом 5 поездов.
Полученные в ходе исследования результаты представлены на рис. 5-8. Расчеты велись с учетом только груженого направления.
Увеличение массы груза в вагоне с 67 до 77 т (коэффициент соотношения масс нетто поездов, состоящих из вагонов с повышенной и обычной осевой нагрузкой, - 1,15) вызовет сокращение суммарных размеров движения грузовых поездов с 70 до 67 поезд./сут при числе поездов с повышенной осевой нагрузкой, равном 20 по-езд./сут. Эксплуатационные расходы, связанные с пропуском потока поездов в груженом направлении, сократились с 9,85 до 9,46 млрд р. / год. Годовой экономический эффект при этом составил 389 млн р. / год.
В оперативном порядке при ограничении пропускной способности в конкретные сутки до 67 грузовых поездов диспетчерский персонал железной дороги с помощью рис. 5 определяет предельный уровень соотношения масс:
- вариант 1: не менее 1,15 при числе поездов, состоящих из вагонов с повышенной осевой нагрузкой, 20 поезд./сут, т. е. масса нетто поезда не менее 5 474 т;
- вариант 2: не менее 1,2 при числе поездов, состоящих из вагонов с повышенной осевой нагрузкой, 15 поезд./сут, т. е. масса нетто поезда не менее 5 708 т.
Таким образом, в условиях применения технологии формирования и пропуска грузовых поездов, состоящих из вагонов с повышенной осевой нагрузкой, достигается:
- технологический эффект за счет снижения потребных размеров движения при заданном грузопотоке, что приводит к уменьшению
Рис. 5. Изменение суммарных размеров движения в зависимости от коэффициента соотношения
масс нетто поездов
Рис. 6. Сокращение размеров движения в зависимости от коэффициента соотношения
масс нетто поездов
Рис. 7. Изменение эксплуатационных расходов в зависимости от коэффициента соотношения
масс нетто поездов
Рис. 8. Экономический эффект в зависимости от коэффициента соотношения масс нетто поездов
коэффициента заполнения пропускной способности участков и направлений и возможности пропуска дополнительного числа грузовых поездов за счет высвобождения ниток графика;
- экономический эффект за счет сокращения эксплуатационных расходов железных дорог, связанных с пропуском меньшего числа грузовых поездов, рассчитанных методом расходных ставок.
Расчеты на условном участке показали, что формирование 20 грузовых поездов в сутки в
груженом направлении из вагонов с массой груза 77 т позволит сократить суммарные размеры движения с 70 до 67 поезд./сут, эксплуатационные расходы сократятся на 600 тыс. р. в сутки, экономический эффект в годовом исчислении составит 26,4 млн р. Кроме того, пропуск грузовых поездов из вагонов с повышенной осевой нагрузкой возможно осуществить без инвестиций в развитие инфраструктуры железнодорожного комплекса, однако необходимы затраты на приобретение компаниями-операторами нового подвижного состава.
Библиографический список
1. Стратегия инновационного развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 года : (Белая книга ОАО «РЖД»). М., 2007. 54 с.
2. Распоряжение Правительства РФ от 17.06.2008 № 877-р «О Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года». М., 2006. 104 с.
3. Инвестиционные проекты ОАО «РЖД». URL: https://company.rzd.ru/ru/9382 (дата обращения: 15.01.2021).
4. Организация движения поездов на участках Восточного полигона на период до 2025 года. М., 2018. 595 с.
5. Климова Е. В., Волкова Н. В. Методика оценки применения технологии формирования и пропуска тяжеловесных грузовых поездов на участках и полигонах железных дорог : свидетельство о регистрации электронного ресурса № 22007. Дата регистрации 14.07.2016.
6. Климова Е. В. Исследование сфер эффективности применения технологии пропуска соединенных и тяжеловесных поездов // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2017. № 4. С. 66-73.
7. Плахотич С. А. Организация пропуска тяжеловесных поездов на основе использования станций преобразования // Вестник УрГУПС. 2013. № 3. С. 60-71.
8. Дмитренко А. В., Карасев С. В. Обгонные пункты для безостановочного пропуска тяжеловесных и длинносоставных поездов // Соискатель : приложение к журналу «Мир транспорта». 2015. № 2. С. 32-34.
9. Мирошниченко О. Ф., Огинская А. Е. Предварительная оценка экономического эффекта от перевозок в инновационных вагонах с нагрузкой на ось 27 т на участках Восточного полигона // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2019. № 6. С. 351-357.
10. Упырь Р. Ю, Гончарова Н. Ю., Еременко М. Н. Тяжеловесное движение - резерв увеличения провозной способности // Железнодорожный транспорт. 2020. № 7. С. 10-13.
11. Югрина О. П., Танайно Ю. А. Эффективность организации тяжеловесного движения и вождения соединенных поездов на примере Западно-Сибирской железной дороги // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2019. № 4. С. 22-27.
12. Климова Е. В. Методика оценки эффективности формирования и пропуска соединенных грузовых поездов на участках и полигонах железных дорог // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2015. № 4. С. 19-23.
13. Инструкция по расчету наличной пропускной способности железных дорог : утв. ОАО «РЖД» 10.11.2010. М., 2011. 289 с.
14. Инструкция по определению станционных и межпоездных интервалов : ЦД-361 : утв. МПС РФ 16.06.1995. М., 1995. 162 с.
15. Методика определения пропускной и провозной способности инфраструктуры железнодорожного транспорта общего пользования : утв. приказом Минтранса России 18.06.2018 № 266. М., 2018. 40 с.
16. СП 119.13330.2017. СНИП 32-01-95. Железные дороги колеи 1520 мм : утв. приказом Мин-ва строит. и жил.-коммун. хоз. РФ 12.12.2017 № 1648/пр. М., 2017. 46 с.
17. Лунина Т. А., Беляева Т. В. Оценка экономической эффективности тяжеловесного движения на Западно-Сибирской магистрали // Инновации в жизнь. 2017. № 3. С. 42-51.
E. V. Klimova, N. V. Volkova Efficiency of Passing Freight Trains from Cars with Increased Axial Load
Abstract. The article presents the efficiency study results of passing freight trains from cars with an increased axial load for a conditional railway section, as well as for the main directions of the West Siberian, Krasnoyarsk and Far Eastern Railways. It has been established that such a technology can be applied in various conditions for the functioning of railways, for example, in the case of restrictions on the throughput capacity of sections and directions, in terms of setting limits on operating costs associated with the passage of trains, etc.
The technological effect in this case will be an indicator-a reduction in the size of the movement of freight trains. With an increase in the mass of cargo in the car (or its carrying capacity) with increased axial load, the overall size of the movement of freight trains decreases, thereby reducing the required size of movement in the lines of freight trains. With constant available bandwidth, this will lead to a decrease in the bandwidth fill factor.
The economic effect is determined by the difference in operating costs associated with skipping the total size of freight trains in terms of applying the technology for skipping trains of scheduled mass and trains from cars with increased axial load. With an increase in the mass of cargo in a car with increased axial load, there is a decrease in operating costs associated with skipping the total size of freight trains movement.
The results of the calculations are presented in the form of key indicators dependencies on the net weight ratio of trains. The presented dependences allow us to determine the ratio of the train net mass at the given calculated sizes of train traffic of various categories, the reduction in the size of train traffic, and the operating costs associated with the passage of trains along the section. Then, based on the net weight ratio of the trains, a car model is selected that corresponds to the calculated load capacity of one car.
Application of the presented methodology will allow us to evaluate the efficiency of using wagons with increased axial load, both for the development of increasing volumes of traffic, and in the operational management of dispatch personnel in case of bandwidth limitations on a specific day.
Key words: wagons with increased axial load; heavy trains; haul capacity; technological efficiency; economic efficiency.
Климова Екатерина Викторовна - кандидат экономических наук, доцент кафедры «Управление эксплуатационной работой» Сибирского государственного университета путей сообщения, заведующий научно-исследовательской лабораторией «Совершенствование перевозочного процесса». E-mail: kate-kit-ton@yandex.ru
Волкова Наталья Валериевна - младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Совершенствование перевозочного процесса». E-mail: volkoffa88@mail.ru
