CC BY
12DOI 10.52170/1815-9265_2021_58_14 УДК 656.73.021.5
Н. А. Кузьмина, В. В. Широкова
Исследование условий для вождения тяжеловесных поездов на направлении Кузбасс - Дальний Восток
Поступила 14.04.2021
Рецензирование 08.06.2021 Принята к печати 23.06.2021
Своевременное появление тяжеловесного движения стало действенным инструментом для повышения провозных способностей участков и направлений и, как следствие, создания резерва пропускной способности. Масштабных инвестиций, необходимых для развития сети железных дорог, отрасль так и не получила, что повлекло за собой увеличение дефицита пропускной и провозной способности и неудовлетворенный спрос на перевозки.
Выход России на страны АТР обеспечивает Дальневосточная железная дорога. На Дальнем Востоке находится большое количество портов: Находка, Владивосток, Восточный, Посьет и т. д. Восточный порт, являющийся крупнейшим угольным портом России, третий по величине грузооборота и ежегодно увеличивает объем перевозок на 6,2 %.
В условиях роста объема добычи угля и его экспортной направленности перед железными дорогами стоят задачи усиления пропускной способности за счет оптимизации организации перевозок. Существующий дефицит наличной пропускной способности на полигоне Дальневосточной железной дороги влечет за собой необходимость поиска потенциальных решений ускорения продвижения поездопотока к портам Дальнего Востока.
В статье рассматривается один из железнодорожных полигонов для вождения тяжеловесных поездов в свете перспективного изменения структуры потоков грузов к 2030 г. Представлены результаты исследования определенных условий и возможные варианты пропуска тяжеловесных поездов по отдельным участкам направления Кузбасс - Дальний Восток. Для решения задачи применены графические и аналитические методы математического моделирования, научные методы сбора и обработки статистических данных, современные достижения в части общих принципов и методов управления рисками.
Ключевые слова: тяжеловесные поезда, железнодорожная станция, полигон Кузбасс -Дальний Восток, пропускная способность, провозная способность.
Мировой кризис существенно повлиял на сырьевую модель отечественной экономики России. В поисках рынков сбыта промышленники вынуждены разрабатывать новые схемы доставки, которые пролегают по международному транспортному коридору Восток - Запад и обеспечиваются железной дорогой совместно с тихоокеанскими портами.
В соответствии с прогнозом значительный прирост грузовых потоков предусмотрен на подходе к портам, расположенным на территории Приморского края, он составил на 2020 г. 124,9 млн т, на 2025 г. планируется 159,5 млнт[1].
«Провозная способность Восточного полигона (БАМа и Транссиба) может быть увеличена до 201 млн т к 2025 году», - сообщает ТАСС со ссылкой на заявление главы Минэнерго РФ А. Новака, которое он сделал на заседании комиссии по вопросам стратегии развития топливно-энергетического комплекса и экологической безопасности [2].
Дефицит пропускной способности, связанный с постоянным ростом объема перевозок, на участках Транссибирской магистрали возникает в месте прохождения Восточно-Сибирской и Дальневосточной (ДВЖД) железных дорог [3].
Угольные маршруты по Транссибирской магистрали следуют со станций района Кузбасса Западно-Сибирской железной дороги к портам Приморского края. Использование инновационных полувагонов позволит осуществлять организацию перевозок угля в поездах весом 7 100 т [4].
Повышение весовых норм грузовых поездов является одним из приоритетных направлений, позволяющим увеличить резерв пропускной способности и провозную способность, а также повысить эффективность работы железных дорог в рыночных условиях. На сегодняшний день Российские железные дороги имеют в постоянном обращении поезда массой 6 тыс. т. В перспективе для пере-
возки рудных, угольных и нефтяных маршрутов потребуется ввести в действие движение поездов массой от 6 до 18 тыс. т. В планах до 2030 г. организовать курсирование на отдельных направлениях железных дорог России поездов с осевой нагрузкой до 30 т [5].
Диаграмма распределения массы на направлении Кузбасс - Дальний Восток приведена на рис. 1. Исходя из ее анализа можно сделать вывод, что самая низкая пропускная способность на участке Шкотово - Смоляниново. На рассматриваемом направлении предусмотрено подталкивание грузовых поездов более чем на 20 лимитирующих железнодорожных участках, из которых 70 % электрифицированы. Для вождения тяжеловесных поездов в качестве основной серии локомотива используются локомотивы серии 4ЭС5К или 2х2ЭС5К СМЕТ (электровоз 2ЭС5К, работающий по системе многих единиц тяги) [6].
Несомненно, развитие тяжеловесного движения предполагает трудности в его организации. Особенно это касается условий реализации тяги тяжеловесных поездов. Организация движения тяжеловесных поездов возможна
только при осуществлении его на особых условиях. С этой целью можно рассмотреть связь параметров электровоза с эксплуатационными показателями перевозок.
Производительность локомотива Ж определяется как частное от деления грузооборота брутто ^ р1 на рабочий парк локомотивов
Мр:
IР1
Ж
(1)
Годовой грузооборот определяется как
X р1 = 365ЖлМр. (2)
В то же время производительность локомотива может быть определена через величину участковой скорости Ууч и суточный бюджет времени работы локомотива Тсут по формуле
Ж = (3)
где Обр - масса состава поезда брутто, т.
Для электровозов с установленной расчетной производительностью заданный грузооборот реализовать можно. Например, при плановой производительности локомотива на
Масса-поезда, т
7500
7100 6300 6000
4500
3000
1500
3ЭС5К
§
§
о и к о
£
'3 £
1—г
о
СП
СУ
<
тт
гг
о
13
I"
Дд2-2ЭС5К=3950
г
£
а г
Направление
о СЦ
Рис. 1. Диаграмма распределения нормы массы грузовых поездов на направлении
Кузбасс - Дальний Восток
ДВЖД 1 997 тыс. т-км брутто / лок. с повышением массы состава поезда снижается участковая скорость (рис. 2), ас повышением участковой скорости наблюдаем снижение массы состава поезда (рис. 3).
Решая задачу снижения эксплуатационных расходов на перевозку грузов, необходимо системно оценить приоритетность наращивания скоростей или массы поездов:
X р1 = 36506рКуГМр. (4)
Повышение массы поезда, ведомого одним электровозом, повлечет за собой увеличение силы тяги и коэффициента сцепления. При этом может потребоваться частичная модернизация инфраструктуры, а повышение массы поездов более 8 тыс. т (более 50 %) вызовет сложности, так как потребуются значительные инвестиции для модернизации всех структур, обеспечивающих перевозку грузов. Если скорость тяжеловесных поездов будет ниже скорости обычных, то это приведет к снижению пропускной способности участков.
Анализ путевого развития станций на направлении показывает достаточное путевое развитие с полезной длиной приемо-отпра-вочных путей 1 050 м и более. В то же время по отдельным станциям отсутствуют пути вместимостью 71 условный вагон и более.
Для отправительских маршрутов с массовыми грузами установлена весовая норма грузовых поездов 6 000-6 300 (для существующего подвижного состава) и 7 100 т (при использовании инновационных вагонов), что соответствует стандарту длин приемо-отправоч-ных путей по маршруту следования.
Расчет потребного числа грузовых поездов определяется по формуле
106 У Гпотр К
NnOTp _ L-l ГР Н .-.ч
гр 365^ ' К)
нетто
где ^ Ггпр01р - потребная провозная способность
при перевозке грузов в грузовых и ускоренных грузовых поездах, млн т в год; Кн - коэффициент неравномерности перевозок; Q^TT0 - уста-
о о
40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 , 15,0 10,0 5,0 0,0
32,1
26,9
23,2
°'3 18,1
1000 2000 3000 4000 средняя масса состава поезда брутто, т
5000
2250 2200 2150 2100 2050 2000 1950 1900
2190
2134
2080
2029
1981
1935
37,0
38,0
39,0
40,0
41,0
42,0
43,0
44,0
средняя участковая скорость, км/ч
0
Рис. 2. Значение участковой скорости при повышении массы состава поезда
Рис. 3. Значение участковой скорости при снижении массы поезда
новленныи вес поезда нетто для грузовых и ускоренных грузовых поездов, т.
На основании расчетов построен график зависимости потребного числа грузовых поездов от доли пропущенных тяжеловесных поездов (рис. 4).
Графики зависимости потребного числа грузовых поездов от массы тяжеловесных поездов (7 100, 8 300 и 9 100 соответственно) и их доли в графике движения поездов представлены на рис. 5.
Результаты расчетов потребной пропускной способности с учетом пропуска пассажирских поездов по участкам Транссибирской магистрали на период 2021 и 2025 гг. приведены в табл. 1.
Критерием загрузки линии является коэффициент заполнения пропускной способности [5]. С учетом комплексной оптимизации эксплуатационной работы на направлении Кузбасс -Дальний Восток данный коэффициент представлен в табл. 2.
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
доля тяжеловесных поездов
0,8
7100
8300
•9100
Рис. 4. График зависимости потребного числа грузовых поездов от доли пропущенных тяжеловесных поездов
различной массы
а)
_
10
20
30
40
50
60
70
80
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
■ Общее потребное число грузовых поездов 75 74 73 72 71 70 69 69
■ Число тяжеловесных поездов 7 13 20 27 33 40 47 54
■ Число поездов установленной массы 68 60 53 45 38 30 23 15
Рис. 5. Графики зависимости потребного числа грузовых поездов от массы тяжеловесных поездов и их доли в графике движения поездов {начало): а - массой 7 100 т
0
б)
10
20
30
40
50
60
70
80
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
■ Общее потребное число грузовых поездов 74 72 70 68 66 64 63 61
■ Число тяжеловесных поездов 6 11 17 23 29 34 40 46
■ Число поездов установленной массы 68 60 53 45 38 30 23 15
б)
10
20
30
40
50
60
70
80
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
■ Общее потребное число грузовых поездов 73 71 68 66 64 61 59 57
■ Число тяжеловесных поездов 5 10 16 21 26 31 37 42
■ Число поездов установленной массы 68 60 53 45 38 30 23 15
Рис. 5. Графики зависимости потребного числа грузовых поездов от массы тяжеловесных поездов и их доли в графике движения поездов (окончание): б- массой 8 300 т; в - массой 9 100 т
Таблица 1
Потребная пропускная способность участков Транссибирской магистрали на 2021 и 2025 год
Участок Потребное число грузовых поездов в сутки
2021 г. 2025 г.
Восточно-Сибирская железная дорога 104 118
Забайкальская железная дорога 99 111
Дальневосточная железная дорога 115 135
В том числе: Угловая - Смоляниново 66 91
Кузнецове - Находка-Восточная 35 41
0
0
Таблица 2
Коэффициент заполнения пропускной способности
Участок Наличная пропускная способность (^факт /—нал ) Коэффициент заполнения пропускной способности
2021 г. 2025 г.
Восточно-Сибирская железная дорога 101 1,05 0,98
Забайкальская железная дорога 102 1,21 1,15
Дальневосточная железная дорога 106 1,38 1,14
В том числе: Угловая - Смоляниново 80 0,82 1,13
Кузнецове - Находка-Восточная 109 0,32 0,41
Пропускная способность станции проверяется для приемо-отправочных парков, специализированных только для пропуска грузовых транзитных поездов; пропускные способности приемных парков (для приема поездов в расформирование) и отправочных (для отправления поездов своего формирования) должны рассчитываться отдельно.
На станциях двухпутных линий выделяются парки (группы путей), специализированные для поездов четного и нечетного направлений движения [5].
Общее время занятия путей парка под предусмотренные технологическим процессом операции с грузовыми поездами, зависящие от размеров движения и специализации путей, определяется по формуле, мин:
(6)
Т = п ^ + п ?р + п! ?ф + п. ?тр .,
тр зан р зан ф зан ^ зан J'
где птр - число транзитных поездов, пропускаемых через парк с подхода; ^зран, ^ -время занятия пути выполнением технологических операций с поездами транзитными (тр), прибывающими в расформирование (р) и своего формирования (ф), мин; п'р - число
разборных поездов всех категорий (кроме сборных и вывозных с работой на участке), поступающих в парк; п'^ - число поездов своего формирования всех категорий (кроме сборных и вывозных с работой на участке), отправляемых из парка; пУ - число передач углового потока или местных вагонов и состава поездов, выставляемых в приемный парк для расформирования; - время занятия пути
одной передачей (составом) по технологическому процессу, мин.
Коэффициент использования имеющейся мощности парка путей определяется следующим образом:
Т
К = ар-1440т ' (?)
где а - коэффициент, учитывающий влияние на использование путей движения пассажирских и сборных поездов, а = 0,6; р - коэффициент, показывающий влияние пассажирских и сборных поездов на использование путей парка приема (отправления), р = 1,08; т -наличное число путей; ^ - время занятия
путей, используемых для грузовых поездов, для выполнения в течение суток прочих постоянных операций, не изменяющихся пропорционально размерам движения, и работ по текущему обслуживанию, плановых видов ремонта и снегоуборки; ^ = 70 мин.
Определяется имеющаяся мощность путей рассчитываемого парка для разных категорий поездов по каждому подходу и выходу (для транзитных и разборочных поездов с подходов, для поездов своего формирования на выходы), поездов:
п л,
п = ТРР'-Ф' /ОЧ
птРР1-,ф1- к • Iе;
Общая имеющаяся мощность грузового парка составляет:
1) по приему со всех подходов:
пР + псб %;
2) по отправлению на все выходы:
пф + "сб.о V
(9)
(10)
где псб, «сб.о - число прибывающих и отправляемых сборных поездов соответственно.
Таким образом проводится расчет коэффициента использования имеющейся мощно-
сти парка путей, общего времени занятия путей парков станций, являющихся границами межподстанционных зон. Проверка пропускной способности станций для освоения перспективного поездопотока показывает недостаточный резерв в периоды сгущенного прибытия поездов.
«Успешная реализация общесетевой задачи по обеспечению пропуска тяжеловесных поездов по твердым ниткам графика возможна только с подготовленной инфраструктурой дороги» [6]. Для этого необходимо:
1) увеличить количество отправительских маршрутов с возможностью регулирования в графике движения скоростей пассажирских и грузовых поездов;
2) модифицировать технические требования к техническому состоянию вагонов, что позволит повысить их гарантийный пробег;
3) совершенствовать экономические аспекты взаимодействия всех участников перевозочного процесса на участках железных дорог с тяжеловесным движением.
На основании Инструкции по организации обращения грузовых поездов повышенной массы и длины на железнодорожных путях общего пользования Забайкальской и Дальневосточной железных дорог на одном из перегонов участка Угловая - Смоляниново запрещен пропуск поездов повышенной массы и длины в обоих направлениях. Наличие крутых подъемов и кривых малого радиуса не позволяет беспрепятственно организовать движение «тяжеловесов».
В статье рассмотрен один из вариантов возможной технологии обращения тяжеловесных поездов на полигоне Кузбасс - Дальний Восток (рис. 6).
Движение тяжеловесных поездов осуществляется локомотивами в четырехсекционном исполнении с постановкой их в голове и хвосте состава, вес грузовых поездов - 6 300 т [7].
Станции, обслуживающие угольные бассейны Кузбасса, формируют существенный объем тяжеловесных поездов. В адрес портов Дальнего Востока они отправляют поезда массой 7 100 т. Но достаточно сложный рельеф Приморского края не позволяет выполнять пропуск поездов массой более 6 300 т. В связи с этим для дальнейшего пропуска поездов существуют станции уменьшения веса поезда на
800 т с целью беспрепятственного обеспечения их следования в адрес портов Дальнего Востока [8].
Такие отцепки может выполнять станция Хабаровск-2. В дальнейшем из отцепленных групп вагонов формируются составы поездов массой 6 300 т. Хабаровск-2, основная сортировочная станция сетевого значения, не только формирует тяжеловесные поезда, но и участвует в технологии их пропуска на участках ДВЖД.
Для разгрузки станции Хабаровск-2 рассмотрен вариант формирования поездов массой 6 300 т с использованием электровозов 2х2ЭС5К, так как путевое развитие этой станции позволяет осуществлять прием и отправление поездов длиной до 1 100 м. Технология пропуска поездов приведена на рис. 7.
Основная работа с этими поездами сосредоточена на станциях Хабаровск-2, Ружино, Смоляниново, Находка-Восточная. Выполненные экономические расчеты по сопоставлению вариантов показывают эффективность третьего варианта.
«Дальневосточная железная дорога последние несколько лет работает в условиях возрастающего объема перевозок. Грузооборот дороги относительно 2013 г. вырос на 44 % и превысил отметку в 300 млн т-км. Почти на четверть выросла среднесуточная погрузка в адрес дороги и на треть прием по основному междорожному стыку Архара. Среднесуточная выгрузка достигла рекордных показателей и вплотную приблизилась к показателю 6 000 вагонов. Необходимо обеспечить пропуск возрастающего грузопотока, достичь новых показателей собственной погрузки и все это в условиях ввода в эксплуатацию новых портовых мощностей при рекордной инвестиционной программе и значительных объемах ремонта пути. Обеспечение пропуска перспективных объемов грузов возможно при реализации проектов повышения пропускных и провозных способностей за счет тяжеловесного движения» [9].
В условиях роста объемов перевозок и выполнения работ по ремонту инфраструктуры тяжеловесное движение становится действенным механизмом повышения результативности производственной деятельности. При этом организация такого движения эффективна как для полигона одной дороги, так и на сквозных направлениях [10]. Экономически обоснованные реше-
Кузбасс
1) Обращение транзитных поездов 6300 т и поездов своего формирования 5500 т _Хабаровск-2_Ружино_| | Смоляниново_Находка-Восточная
О
7100 т
JT\
7100т
ГЛ 6300 т
О
^ 3ЭС5К 5500 т _
JJ.
_Г~~у6300 т
3ЭС5К
О 3ЭС5К
5500 т
I I w 2*2ЭС5К
—ч
5500 т
w 3ЭС5К
О
о о
2) Обращение транзитных поездов 7100ти поездов своего формирования 6300 т
О
7100т
О
о
7100т
О
о
6300 т
О
\2*2ЭС5К
О
2*2ЭС5К
2*2ЭС5К
2*2ЭС5К
О
о о
3) Обращение транзитных поездов 7100 т (с отцепкой 800 т по ст.Хабаровск-2) и поездов своего формирования 6300 т
О
7100т
О
о
6300 т
2*2ЭС5К
О
о
2*2ЭС5К
О
о
6300 т
2*2ЭС5К
2*2ЭС5К
О
о
Транзитные тяжеловесные поезда - < Поезда своего формирования - ™
Рис. 6. Схема пропуска тяжеловесных поездов на направлении Хабаровск-2 - Находка-Восточная
Вариант 1
Вариант 2
Кузбасс
Хабароеск-2
Ружино
Смоляниново
Находка -Восточная
\ Красноярск-Вост. \ Тайшет Тпути= Юс?ч 12 мин \ Иркутск-Сорт. Wl ?об»= 41 мин
чад 1 2 мин 1 1 ТобР=82мш j
38 .мин \ ч "обр= 214мин 1 8 иоездое i Vn Г0бв= 91 мин mf
Вариант 3
Красноярск-Вост.
Тайшет Т„ути= 10с7ч 12 мин
Иркутск-Сорт.
8мин_
* 'i Taeß= 82 мин
К1 Nam= 20 поездов
Рис. 7. Технология пропуска тяжеловесных поездов на направлении Кузбасс - Дальний Восток
ния, полученные авторами на основании исследований организации обращения тяжеловесных поездов на полигоне Кузбасс - Дальний Восток, имеют доказанную эффективность, что позволяет осуществлять пропуск таких поездов на постоянной основе.
Организация вождения тяжеловесных поездов на отдельных маршрутах может дать достаточный эффект при наличии специально созданных условий их пропуска [11].
Библиографический список
1. Программа развития на сети железных дорог ОАО «РЖД» тяжеловесного движения. URL: http://www.rzd-expo.ru/images/Events-2019/27ts/01.pdf. (дата обращения: 11.04.2021).
2. Основные проекты ОАО «РЖД» в цифрах // ОАО «РЖД» : офиц. сайт. URL: https:company.rzd.ru (дата обращения: 22.02.2021).
3. Рачек С. В., Колышее А. С Применение технологии тяжеловесного движения на железных дорогах мира // Евразийский Союз Ученых. 2016. № 1-1 (22). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-tehnologii-tyazhelovesnogo-dvizheniya-na-zheleznyh-dorogah-mira (дата обращения: 17.03.2021).
4. Dr. Abhyuday. Cost reduction policies and driving behaviour. Ir train drivers influencing diesel traction energy consumption // Новые тенденции развития в управлении процессами перевозок, автоматике и инфо-коммуникациях : тр. Всерос. науч.-практ. конф. ученых трансп. вузов, инженер, работников и представителей акад. науки с междунар. участием (Хабаровск, 29 сент. 2017 г.). Хабаровск : Изд-во Дальневост. гос. ун-та путей сообщения, 2017. С. 19-35.
5. Инструкция по расчету наличной пропускной способности железных дорог : утв. ОАО «РЖД» 16.11.2010 № 128. URL: https://cssrzd.ru (датаобращения: 11.06.2021).
6. Кузьмина Н. А. Исследование влияния движения поездов повышенной массы и длины как элемента увеличения эффективности перевозочного процесса II Сборник научных трудов Евразийского Научного Объединения. 2020. № 1 (59). С. 45-50.
7. Бондаренко О. А. Вопросы развития тяжеловесного движения грузовых поездов II Наука и образо-ваниетранспорту. 2016. № 1. С. 91-93.
8. Миронов А. Ю. Реализация сетевых задач при обеспечении пропуска тяжеловесных поездов по твердым «ниткам» графика II Железнодорожный транспорт. 2011. № 8. С. 39-43.
9. Югрина О. П., Танайно Ю. А. Особенности формирования тяжеловесных поездов на Западно-Сибирской железной дороге II Транспорт Урала. 2016. № 4. С. 83-86.
10. Кузьмина Н. А. Исследование условий для вождения соединенных поездов на полигоне ДВЖД II International Journal of Advanced Studies. 2020. Vol. 10, № 3. P. 46-63.
11. Лапидус Б. M. Развитие тяжеловесного движения на российских железных дорогах. Опыт, проблемы, решения //Бюллетень ОСЖД. 2013. № 1/2. С. 8-15.
N. A. Kuzmina, V. V. Shirokova
Research on Driving Conditions for Heavy Trains on the Direction Kuzbass - Far East
Abstract. The timely appearance of heavy traffic was an effective tool for increasing the carrying capacity of sections and directions and, as a result, creating a reserve of carrying capacity. The industry did not wait for the large investments necessary for the development of the railway network, which entails an increase in the deficit of carrying and carrying capacity and an unmet demand for transportation.
Russia's access to the APR countries is provided by the Far Eastern Railway. There are a large number of ports in the Far East: Nakhodka, Vladivostok, Vostochny, Posiet, etc. Vostochny Port, which is the largest coal port in Russia and the third largest cargo turnover among the ports of Russia, annually increases the volume of traffic by 6.2 %.
With the growth of coal production and its export orientation, the railways are faced with the task of increasing throughput by optimizing the organization of transportation. The existing shortage of available throughput at the Far Eastern Railway test site entails the need to search for potential solutions to accelerate the movement of train traffic to the ports of the Far East.
The article examines one of the railway polygon proving grounds for driving heavy trains based on a prospective change in the structure of cargo flows by 2030. The study results of individual conditions and possible options for the passage of heavy trains through individual sections on the Kuzbass - Far East direction are presented. To solve the problem, graphical and analytical methods of mathematical modeling, scientific methods of collecting and processing statistical data, modern achievements in terms of general principles and methods of risk management are used.
Key words: heavy trains; railway station; polygon Kuzbass — Far East; throughput; carrying capacity.
Кузьмина Наталья Александровна - кандидат педагогических наук, доцент кафедры «Организация перевозок и безопасность на транспорте» Дальневосточного государственного университета путей сообщения. E-mail: kuzminaprepodavatel@mail.ru
Широкова Валентина Васильевна - кандидат педагогических наук, доцент кафедры «Организация перевозок и безопасность на транспорте» Дальневосточного государственного университета путей сообщения. E-mail: appal953@yandex.ru
