CC BY
55
УДК 656.222 Иванкова Людмила Николаевна,
к. т. н., доцент кафедры «Эксплуатация железных дорог», Российская открытая академия транспорта - филиал ФБГОУ ВПО Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ), тел. 8-916-78-50-492, e-mail: ivankovaln@yandex.ru Иванков Алексей Николаевич,
к. т. н., доцент, ФБГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения»,
кафедра «Управление эксплуатационной работой», тел. 8-914-89-39-774, e-mail: aivankov@yandex.ru Фуфачева Марина Валерьевна, к. т. н., доцент, Красноярский институт железнодорожного транспорта - филиал ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения»,
кафедра «Эксплуатация железных дорог», тел. 8-902-940-95-63, e-mail: fumari@mail.ru
ЭТАПНОЕ ОВЛАДЕНИЕ ПЕРЕВОЗКАМИ НА ДВУХПУТНЫХ ЛИНИЯХ ПРИ ОБРАЩЕНИИ ДЛИННОСОСТАВНЫХ
ГРУЗОВЫХ ПОЕЗДОВ
L.N. Ivankova, A.N. Ivankov, M. V. Fufacheva
LANDMARK MASTERING THE TRAFFIC ON TWO-WAY LINES IN CIRCULATION OF LONG FREIGHT TRAINS
Аннотация. Разработана имитационная модель работы железнодорожного участка и предложена методика определения количества и продолжительности задержек длинносоставных поездов под обгоном пассажирскими на промежуточных станциях.
Ключевые слова: пропускная способность, длинносоставные поезда, удлинение станционных путей, этапность реконструктивных мероприятий.
Abstract. A simulation model of work of the railway section is developed and a procedure for determination of the amount and duration of long trains delays under passenger trains passing at intermediate stations is proposed.
Keywords: capacity, long train, extension of station tracks, phasing of reconstructive measures.
Проводимая в настоящее время реструктуризация железнодорожного транспорта предусматривает внедрение на сети железных дорог новой эксплуатационной модели управления технологией перевозок, которая предполагает улучшение показателей использования подвижного состава.
В соответствии со Стратегической программой развития ОАО «РЖД» на период до 2030 года в перспективе намечается рост объемов перевозок, что потребует дополнительных пропускных и провозных способностей железнодорожных линий.
Одним из наиболее эффективных мероприятий по повышению пропускной способности железных дорог является увеличение норм массы и длины поездов. Сдерживающим фактором увеличения длины грузовых поездов является полезная длина приемоотправочных путей на станциях. Для устранения этого ограничения требуются значительные затраты на реконструктивные мероприятия по увеличению емкости путей. Очевидно, что одновременно удлинить приемоотправочные пути на всех станциях железнодорожного направления невозможно. Поэтому определение целесообразности переустройства каждого раздельного пункта на железнодорожном полигоне значительной протяженности является весьма трудоемкой задачей. Изложенное свидетельствует об актуальности проблемы и необходимости разработки методики по определению очередности выполнения реконструктивных мероприятий на железнодорожном направлении при обращении длинносоставных поездов.
Для освоения поездопотока длинносостав-ных и тяжеловесных поездов необходимо иметь в наличии станционные пути достаточной полезной длины.
В современных условиях рыночной экономики, когда необходимо повышать доходы, не увеличивая себестоимость услуг по перевозке грузов, а также увеличения конкурентоспособности железных дорог, реконструкция технических и промежуточных станций по увеличению длины
приемоотправочных путей должна быть обоснованной и с наименьшими капитальными затратами.
Оптимизация этапности реконструкции промежуточных станций требует разработки ряда новых методик, позволяющих исследовать влияние различных факторов на эксплуатационные расходы по пропуску длинносоставных грузовых поездов.
В практике эксплуатации пропуск длинно-составных поездов по участку связан с определенными трудностями в условиях ограниченной полезной длины приемоотправочных путей на промежуточных станциях. Наибольшие задержки появляются при приеме на промежуточные станции длинносоставных грузовых поездов под обгон пассажирскими.
Одновременно выполнить все работы по удлинению путей на станциях участка невозможно, необходимо планировать этапность инвестиций с учетом имеющихся ресурсов.
Для определения оптимального путевого развития станций, пропускающих с остановкой длинносоставные поезда с минимальными затратами, необходимо установить структуру и характер поездопотоков на участке железнодорожной линии.
Для решения поставленной задачи анализируются графики движения поездов и поездопотоки на двухпутных участках железной дороги, как в четном, так и в нечетном направлениях.
Анализируя графики движения поездов, необходимо принять основные факторы, которые характеризуют грузовые поездопотоки, - длины поездов, интервалы поступления на технические станции участка, размеры поездопотоков. Работа железнодорожного участка представляет собой многофазовую многоканальную систему, где фазами являются перегоны, а каналами - путевое развитие станций. Поэтому для получения количественной оценки технологических параметров необходимо составить имитационную модель работы участка [6].
Для моделирования работы железнодорожного участка необходимо установить статистические характеристики и закономерности распределения интервалов поступления поездопотоков на технические и промежуточные станции и длины грузовых поездов [1].
На железнодорожном участке моделируется поступление грузовых поездов на промежуточные станции.
Для оценки продолжительности задержек при пропуске длинносоставных поездов по участку необходимо разработать модель работы участка с учетом емкости путевого развития промежуточ-
ных станций (длина путей и их количество), длительности перегонного времени хода, количества раздельных пунктов на участке, соотношения времени хода пассажирских и грузовых поездов, плотности поездопотоков. Для того чтобы установить, каким образом размеры движения влияют на простои, число поездов в модели варьируется.
В настоящее время на большинстве железных дорог увеличение длины грузовых поездов вызывает потребность в реконструктивных мероприятиях, связанных с удлинением станционных путей. Одним из аспектов этой проблемы является удлинение станционных путей на промежуточных станциях и обгонных пунктах, где будет производиться обгон длинносоставных грузовых поездов пассажирскими. Учитывая перспективу увеличения длинносоставного поездопотока на железной дороге, необходимо увеличивать пропускную способность участков, а сделать это можно только реконструктивными мероприятиями, увеличивая емкость путевого развития промежуточных станций.
При реконструкции участка, связанной с удлинением приемоотправочных путей, возникает множество вопросов: какие станции удлинять; сколько «длинных» путей необходимо иметь на станции; где осуществлять обгон поездов; сколько станций на участке следует выделять для обгона длинносоставных поездов.
На предварительном этапе работы моделирующего алгоритма составляется расписание поступления поездов на участок. Моделируется категория поездов (пассажирский, грузовой), для последних варьируется длина.
В процессе моделирования работы участка методом особых состояний фиксируются моменты времени проследования грузовых поездов по промежуточным станциям. При съеме нитки грузового поезда пассажирским моделируется задержка грузового поезда под обгоном на впередилежащей станции, имеющей достаточную емкость путевого развития. Горловины станций представлены в виде совокупности промежуточных элементов. Прие-моотправочные пути представлены в виде базисных элементов определенной емкости.
Времена хода поездов по перегонам и время занятия промежуточных элементов в горловинах моделировались по усеченному нормальному закону.
Рассмотрены случаи фиксированного расписания пассажирских поездов, «случайного» расписания при одиночной и пачечной их прокладке на графике.
Задачей моделирования является определение количества и продолжительности стоянок грузовых поездов под обгоном в зависимости от ве-
личины поездопотока длинносоставных поездов, отношение скорости движения пассажирских поездов к скорости движения грузовых поездов, среднее расстояние между пунктами, где осуществляется обгон грузовых поездов пассажирскими (с учетом намеченных для реконструкции станций).
Обработка результатов моделирования осуществлялась методом планирования эксперимента [1]. Задачей обработки полученной в ходе эксперимента информации является задача оптимизации, то есть нахождение такой комбинации влияющих независимых переменных, при которой выбранный показатель оптимальности принимает экстремальное значение.
При планировании эксперимента был использован полный факторный эксперимент 23.
Величина коэффициентов регрессии - количественная мера влияния. Чем больше коэффициент, тем сильнее влияет фактор. О характере влияния факторов говорят знаки коэффициентов. Знак «плюс» свидетельствует о том, что с увеличением значения фактора растет величина параметра оптимизации, а при знаке «минус» - убывает. Поскольку в данном исследовании интерес представляет минимум функции, то необходимо рассмотреть значение тех факторов, знаки коэффициентов которых отрицательны.
Методом планирования эксперимента определены эмпирические зависимости количества и продолжительности стоянок от ранее перечисленных факторов. Пронормированы значения влияющих факторов, составлены планы полных факторных экспериментов.
После обработки экспериментальных данных были получены следующие уравнения регрессии для кодированных значений факторов:
количество задержек грузовых поездов 71 = 0,891 + 0,138 Х1 - 0,245 Х2 + 0,116 Хз -- 0,0025 • Х1Х2 - 0,01475 хх + + 0,012 х2х3 +0,036 Х]Х2Х3; (1)
продолжительность задержек грузовых поездов 72 = 21,318 + 9,648 • Х1 - 11,661 Х2+ 5,436 Х3 -- 5,806 Х\Х2 + 2,053 Х]Х3 -- 2,731- х2х3 - 0,669 • Х]Х2Х3. (2)
Здесь Х1 - нормированное значение средней длины перегона; Х2 - соотношение скоростей хода пассажирских и грузовых поездов; х3 - величина поездопотока грузовых поездов.
Помимо уравнений регрессии для кодированных значений факторов представляет интерес построение уравнений регрессии для натуральных значений. Уравнения для натуральных значений были получены с использованием формулы переходов:
х =■
2 X — X — X
I I тах I тт
X — X
I тах I тт
(3)
где Хтах, X] т1П - максимальное и минимальное значение фактора, то есть пределы варьирования фактора в эксперименте; X] - именованное (абсолютное) значение фактора.
2 X — 90 30
=0,0667X1 — 3
2 2 — '^10 X — 7;
2 0,2 2 X, —110
30
=0,0667X0 — 3,667.
(4)
(5)
(6)
Анализируя результаты исследования, можно отметить следующее:
1. При планировании реконструктивных мероприятий по удлинению путей на участках в первую очередь необходимо выполнять эти работы на тех станциях, которые обеспечат наибольшую идентичность перегонных времен хода. Отступление от этой рекомендации может быть оправдано в случае больших капитальных вложений в удлинение путей по конкретной станции (вынос инженерных сетей, спрямление трассы главных путей с переустройством искусственных сооружений и так далее).
2. На начальном этапе необходимо удлинять пути на станциях, расположенных посредине участка. Кроме того, необходимо удлинять пути на предузловых станциях для сглаживания неравномерности движения. Затем с ростом поездопо-тока грузовых поездов удлинение должно производиться на станциях, ограничивающих перегоны с максимальным временем хода.
Моделирование работы участка позволит определить эксплуатационные расходы, связанные с задержками поездов под обгоном.
Обоснована экономическая этапность реконструкции раздельных пунктов участка при обращении длинносоставных поездов. Для решения этой задачи был использован метод динамического программирования [3].
Решение этой задачи базируется на оптимизации этапности удлинения путей на станциях в координатах «время - состояние».
Пошаговый расчет критерия эффективности и определение условно-оптимальных переходов осуществляются на основе известного рекуррентного соотношения [4, 5].
Изменение длины путей промежуточных станций выгодно в тот год, сразу после которого экономия эксплуатационных расходов окупает
X
X
3
потребные капитальные вложения на реализацию перехода не более чем за нормативный срок.
Метод динамического программирования обеспечивает получение варианта реконструктивных мероприятий с минимальной суммой приведенных строительных и эксплуатационных расходов и позволяющего учесть характер большинства переменных и имеющиеся ограничения, такие как длина перегонов между промежуточными станциями, количество станций на участке и так далее. Это позволит определить раздельные пункты, на которых необходимо выполнить реконструкцию.
Для определения оптимальной схемы этап-ности реконструкции станций участка в течение расчетного периода строится график возможных переходов от одного варианта реконструкции к другому.
Производится оценка отобранных вариантов схем реконструкции станций путем сравнения технико-экономических показателей. Основным критерием оценки служат приведенные затраты на реконструкцию станции.
Наличие единственного критерия сопоставления схем ведет зачастую к неправильной оценке того или иного фактора, который при определенных обстоятельствах приобретает большой вес. Качественным показателям отводится второстепенная роль, и они учитываются интуитивно. Реконструкция промежуточных и технических станций по увеличению длины приемоотправочных путей представляет определенную сложность. Необходимо обязательно учитывать конкретные условия расположения, технологию работы станции и всего прилегающего железнодорожного участка, с учетом выполнения качественных и количественных показателей работы станции и участков.
Для выбора рациональных конструкций горловин раздельных пунктов можно воспользоваться методикой [7], адаптированной к реконструктивным мероприятиям на станции.
Для решения многокритериальной задачи можно воспользоваться методом Парето [2]. Стратегия выбора рациональной горловины основана на заранее приготовленных нескольких вариантах ее конструкции и определения их технико-экономических показателей. Таким образом, образуется совокупность конкурентоспособных вариантов, так называемое подмножество Парето.
Применение методики поиска рациональной горловины станции позволяет комплексно оценить конкурентоспособные варианты и выбрать такую конструкцию, показатели которой будут опти-
мальными или близкими к этому. Следует учитывать, что в реальной практике проектирования на выбор варианта реконструкции горловины могут влиять наличие зданий и инженерных сооружений, естественных препятствий, схема водоотвода и так далее.
После выбора схемы реконструкции намеченных станций определяются необходимые инвестиции. Далее моделируется работа участка после реконструктивных мероприятий. Рассчитываются эксплуатационные расходы, связанные с задержками поездов. С использованием динамического программирования определяется схема этапности реконструкции участка.
Полученные результаты исследований позволят проектным и научным организациям определять этапность реконструкции промежуточных станций участка, планировать необходимые инвестиции, а также оценить эксплуатационные расходы, связанные с задержками поездов под обгоном.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Акулиничев, В.М., Математические методы в эксплуатации железных дорог [Текст] / В.М. Акулиничев, В.А. Кудрявцев, А.Н. Корешков -М.: Транспорт, 1981. - 234 с.
2. Архангельский, Е.В. Этапное развитие сортировочных станций и планирование потребных для этого капитальных вложений [Текст]: метод. указания / Е.В. Архангельский // Московский инс-т инженеров тр-та. - М.: Изд-во МИ-ИТ, 1989. - 43 с.
3. Беллман, Р. Прикладные задачи динамического программирования [Текст] / Р. Беллман, С. Дрейфус. - М.: Наука, 1965.
4. Инструкция по определению экономической эффективности капитальных вложений на железнодорожном транспорте [Текст]. - М.: Транспорт, 1973. - 199 с.
5. Косов, В.В. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов [Текст] / В.В. Косов, В.Н. Лившиц, А.Г. Шахназаров и др. - М.: Экономика, 2000. -421 с.
6. Персианов, В.А. Моделирование транспортных систем [Текст] / В.А. Персианов, К.Ю. Скалов, Н.С. Усков. - М.: Транспорт, 1972. - 208 с.
7. Сюй, Ю.А. Выбор рациональных конструкций горловин раздельных пунктов [Текст]: метод. указ. курсовому и дипломному проектированию / Ю.А. Сюй // Московский инс-т инженеров тр-та. - М.: Изд-во МИИТ, 1989. - 24 с.
