CC BY
20
УДК 656.222.4.001.57
Бутько Т.В., д.т.н., проф. (УкрДАЗТ) Костиршна Т.О., астрант (УкрДАЗТ)
МОДЕЛЬ ПРОСУВАННЯ ВАГОНОПОТОК1В В УМОВАХ «ЖОРСТКИХ» НИТОК ГРАФ1КУ
Вступ. Падшня об'емiв промислового та сiльськогосподарського виробництва, яке вщбулося на Укршш, вщповщно призвело до зниження обсягiв перевезень ^ як наслiдок, до значного попршення економiчного i фiнансового стану зашзничного транспорту та до зростання конкуренцп на транспортному ринку. В умовах постшного змiнення обсягiв перевезень, важливим моментом, для покращення конкурентоздатност залiзничних перевезень, е гнучкiсть у виборi маси по!зда, а також плiч обертання локомотивiв та локомотивних бригад.
У зв'язку з цим, стае необхщним виршення задачi удосконалення технологiчних процесiв роботи основних напрямюв залiзниць при забезпеченнi рацiонального використання ресурЫв. Використання жорстких ниток, як доводить анашз, притаманне саме лопстичним технологiям, якi забезпечують гнучкiсть у перевiзному процесi. За таких умов формування технологи руху поlздiв за «жорсткими» нитками графiку в умовах подовжених плiч обертання локомотивiв та локомотивних бригад дозволяе дослщити та впровадити перспективш варiанти системи оргашзацп вагонопотокiв.
Постановка задачi у загальному вигляди З урахуванням вище наведеного, виникае науково-прикладне завдання формування вiртуального лопстичного ланцюга на основi видшення жорстко! нитки з урахуванням найбшьш економiчно доцiльних маршрутiв прямування поlздiв в умовах рiзних варiантiв подовження тягових плiч локомотивiв, швидкостей руху на дшьницях при експлуатацп рiзних типiв локомотивiв, технологи обробки поlздiв на технiчних станцiях, змiни ваги та довжини по!здв.
Аналiз останнЫ до^джень. Питанням оргашзацп вагонопотоюв займалася велика кiлькiсть вчених - В.М. Акулшчев, А.Ф. Бородiн, Т.В. Бутько, М.1. Данько, Д.В. Ломотько, В.А. Кудрявцев, 1.Б. Сотнiков.
В.Г. Шубко, Н.В. Правдiн, В.С. Волков та шшь Жорсткому графiку руху поlздiв присвятили сво! роботи таю вчеш як 1.Н. Шапкiн, В. А. Буянов, Н.В. Кондрахша, В. А. 1вницький, С.М.Кожанов.
Аналiз довiв, що в основному щ роботи вирiшували вищезгадану стохастичну задачу за допомогою методiв лiнiйного програмування, що у свою чергу призводило до спрощення задачi та введення велико! кiлькостi припущень[1,2].
Виклад основного матерiалу до^дження. Вiртуальний логiстичний ланцюг являе собою комплекс технолопчних, технiчних та органiзацiйних засобiв для просування вагонопотокiв[3]. Вiн дiе у межах жорсткого графiку руху поlздiв, коли на цю, високо прюритетну, нитку вiдправляються вагони вщповщного призначення з дотриманням умови повносоставност та повноваговостi, а також доставки точно в строк.
Для визначення конкурентоспроможних варiантiв оргашзаци по!здопотоюв передбачаеться формування методiв дослiдження впливу рiзних факторiв при реашзаци технологи пропуску вагонопотоку в умовах жорстких ниток графжу за критерiями найбiльш ращональних витрат паливо-енергетичних ресурсiв, доставки вантажiв точно в строк, потрiбного парку локомотивiв, якiсних та кiлькiсних показниюв роботи залiзниць, що у сукупност являе собою багатокритерiальну оптимiзацiйну задачу. В данш роботi пропонуеться звести цю задачу до однокритерiальноl за рахунок формування суперкритерш в адитивнш формi, що по сутi являе собою сукупш експлуатацiйнi витрати.
В такш постановцi модель мае наступний вигляд:
Я „ = Г
¥2бр
2 Етяг + Ел.п. + Ел.б. Еобг + Езуп + Е ПТО
^ ш1п
де Г - заданий вантажопотж на напрямку, млн. т; ф - вiдношення ваги состава нетто Qн i брутто дбр ;
д6р - вага по!зда брутто, т;
2 Етяг - витрати на тягу спещашзованих поlздiв на ^й дiльницi,
I
грн;
Елп. - витрати на парк локомотивiв при обслуговуванш спецiалiзованих поlздiв, грн;
Ел6. - витрати на утримання штату локомотивних бригад, грн;
^ Еобг
витрати на обгони пасажирськими по!здами
спец1ал130ваного по13да, грн;
Езуп — приведет витрати на зупинки одного вагону в по!зд1, грн;
ЕПТО - витрати на утримання бригад ПТО на техшчних станщях напрямку, грн.
В тепершнш час найбшьш перспективним видом тягового рухомого складу е електровози, тому модель сформовано в умовах перевезення вантаж1в електровозною тягою. В таких умовах система обмежень мае вигляд:
^ < N •
потр наявн'
Т < Т;
X '
Т* < ТЮ —2 • Т х — Т ;
ТХ < ТЛб; Qбр < Р;
ип < и; Ь < Ь ;
п пвк'
^ дост < ^ д.
Nп0тP—Nнаявн - потр1бна пропускна спроможшсть лши повинна бути меншою шж наявна;
Тх<Т - час доставки повинен бути меншим шж нормативний;
ТХ < ТТО—2 - час роботи кожного локомотива повинен бути не бшьшим шж час м1ж ТО-2 ;
ТХ < Тлб - час роботи локомотивно! бригади не повинен перевищувати встановлеш норми пращ;
Рбр—Р - маса по!зда брутто повинна бути меншою шж максимально допустима маса для цього напрямку;
Ип—И - напруга в контактнш мереж1 повинна забезпечувати проходження по перегону даного по!зда з можливютю слщування за ним або у зворотному напрямку шшого по!зда з встановленим штервалом;
Ьп<Ьшк - довжина по!зда не повинна перевищувати довжину приймально-вщправних колш на станци;
удост<уд - швидюсть доставки вантажу не повинна перебшьшувати дшьничну швидюсть.
Таким чином, вказана система обмежень забезпечуе виконання нормативних показниюв перевiзного процесу, необхщного обсягу перевезень та безпеку руху по!здв.
Модель враховуе приорггетшсть пропуску великовагових поlздiв, так як не мютить витрат з обгошв iншими вантажними по!здами, що притаманно саме жорстким ниткам.
Анашз довiв, що складовi цшьово! функци Езаг залежать вiд наступних чинникiв, частина яких входить до моделi у неявному виглядг
уд - дшьнична швидкiсть;
Обр - маса брутто вантажного по!зда;
- наявна пропускна спроможшсть;
М - потрiбна кiлькiсть по!зних локомотивiв;
В - потрiбна кiлькiсть локомотивних бригад;
Ьп - довжина по!зда;
Ктех - юльюсть технiчних станцiй на шляху прямування;
1пер - середнiй простш на технiчнiй станци без переробки.
Серед наведених чинниюв можна видшити два, вплив яких найбiльш вагомий - це маса брутто вантажного по!зда та потрiбна кiлькiсть локомотивiв та локомотивних бригад. Розглянемо процедуру формування моделi для вибору вiртуального логiстичного ланцюга при фiксованiй мас по!зда брутто та змiненнi плiч обертання локомотивiв та локомотивних бригад, що обумовлюе в свою чергу потрiбну кiлькiсть локомотивiв та локомотивних бригад, за допомогою структурно! схеми, представлено! на рисунку 1.
В блоках 1 та 2 даеться характеристика пол^ону, по якому буде пропускатися вагонопотж в умовах жорстких ниток графжу руху по!здiв. Спираючись на назву вказаного пол^ону, з бази даних беруться для подальшого розрахунку ус необхiднi данi - довжина дшьниць, ухили, довжина приймально-вiдправних колiй, тощо.
База даних представляе собою сукупшсть таблиць, у яких данi взаемопов'язаш мiж собою, що е одним iз видiв контролю достовiрностi введених даних та дозволяе отримати усю необхщну iнформацiю за один запит. Шсля отримання назви полiгону з бази даних вибираються вiдомостi про маршрути, якими можна дiстатися вказаних станцш.
Блок №3 - роздшення полiгону на дiльницi, що обмежеш технiчними станцiями також виконуеться завдяки базi даних. На визначений маршрут у базi даних формуеться таблиця 1, яка частково бере сво! значення з таблищ 2.
Рисунок 1 - Структурна схема визначення оптимального варiанту пропуску по!зда по обраному пол^ону
Для того, щоб у подальшому перевiрити обраний маршрут на вщповщтсть усiм критерiям, у базi даних знаходяться та зводяться до наступного вигляду ус iснуючi обмеження по перегонах та станщях -швидкостi руху, наявнi попередження, ухили, ваговi маси по напрямках (ушфшоваш та критичнi), довжина поlздiв, тощо (таблицi 3, 4).
Таблиця 1 - Техшко-експлуатацшна характеристика станцш на маршрутi
Найменування Характеристика станци Наявшсть з'1зд1в на головних кол1ях
Дшьниця
перепн довжина, км
станщя ССР
тип станци
клас станци
умовна довжина колш для непар напрямку для пар напрямку
кшьюсть колш
кшькють п/в колш
кшьюсть стршок ЕЦ
Таблиця 2 - Вщомють мiсткостi колiй станцiй на напрямку
Приймально-вщправш та сортувально-вщправш коли, як спещал1зуються
£ для по13д1в у напрямках
« К Назва станц '3 ¡т! непарному парному й И
ю о и ч « о о с й с а ва К н Парк ч о и £ Назва корисна довжина колп,м корисна довжин а коли, ваг наявшсть контактн о! мереж ч о и £ Назва корисна довжина коли,м корисна довжин а коли, ваг наявшсть контактно! мереж н к р К
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Таблиця 3 - Техшко-експлуатацшна характеристика маршруту
Найменування Найменування перегошв та роздшьних пункпв довжина перегону (м) напрямок руху 'Н § о н в о ч о и а в н о н в 8 о и я о ак '3 е п о пристро! СЦБ та зв'язку вид тяги вид струму допустим! швидкост руху, км/год наявшсть попереджень
головш коли на станци 6оков1 коли на станци на перегонах довжина ди, км швид-юсть, км/год
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Дшьниця
станщя
перепн
Таблиця 4 - Вагова норма поlздiв та довжина составiв на дшьнищ
к X Л ч 2 и "¡5 Визнача-льний тдйом Серп локомотив1в Вагов1 норми, т Довжина по1зд1в, ум. ваг
1 й ш к X Л ¡3 "¡5 й « и К о К Ё и о « а с ушфшоваш по графку критичш по потужносп локомотива Ушфь коваш поезди дшьничш поезди
^ X <и « й Я X X * ю о « а « й О с с и й X к й X « к X а й с непарний парний непарний парний непарний парний непарний парний
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Блок №4 - при виборi маси по1зда необхiдно враховувати потужност виробника та вантажоодержувача, потужностi наявних локомотивiв та тягових пiдстанцiй, тощо. Так як маса по1зда у даному випадку не змшюеться, необхщно знаходити такi напрямки, локомотиви та iншi засоби, щоб задовольнити потребу у перевезеннях. Для того, щоб модель носила ушверсальний характер, необхщно враховувати:
- модернiзацiю iснуючого тягового рухомого складу або придбання електровозiв, що працюють на змiнно-постiйному струмц
- подовження приймально-вiдправних колiй;
- побудову нових тягових тдстанцш;
- змшу технологи пропуску поlздiв на обранш дiльницi, тощо.
Блок №5 - перевiрка вимог для пропуску поlздiв зазначено! маси
проводиться з порiвнянням значень, що взято з бази даних. Вони будуть враховаш в системi обмежень при виршенш оптимiзацiйноl задачi.
Блок №6 - шсля перевiрки умов, приймаеться ршення щодо подальших розрахункiв - чи е доцшьним подальший розрахунок для даного напрямку i необхiдно переходити до наступного етапу, або е сенс шукати шший напрямок для пропуску по1зда.
Блок №7 - при визначенш витрат будуть врахованi усi вище зазначенi обмеження, необхiднi капiтальнi витрати та отриманий економiчний ефект вщ запропоновано1 технологи.
Так як запропонована модель носить ушверсальний характер, то доцшьно ввести блок, який забезпечуе змшення маси по1зда та визначення оптимально: маси. Тяговi розрахунки при можливосл змiни маси по1зда представлен у наступнiй формi (таблиця 5).
Таблиця 5 - Тяговi розрахунки для напрямку
Серiя локомотива Вага по!зда,т
Розрахунковi утфшо-вана 4000 4600 5000 6000 6100 6200 6300 7000 й и н
параметри 57у.в. 57у.в. 57у.в. 65у.в. 67у.в. 69у.в. 71у.в. 77у.в. к а С
Назва дiльницi
Вiдстань, км
Керiвний ухил
Кратнють тяги
£ 00 Загальнi витрати електр., кВт* год
ч М Витрати електр., на додаткову тягу, кВт*год
Вартють, грн
Час ходу, хв
розрах. Утех, км/год
Блок №8 - шсля проведення розрахунюв по усiм можливим варiантам робиться висновок щодо вибору оптимального маршруту.
На основi проведеного моделювання в умовах напрямку Куп'янськ - Сорт - Одеса - Сорт для вантажного по!зда масою брутто 4600 тонн виявлено, що витрати на роботу локомотивних бригад вщ загальних витрат Езаг складають приблизно 13%, вiдповiдно на роботу локомотивiв -2,5-3,5%, витрати, що пов'язаш з зупинками поlздiв на техшчних та промiжних станцiях та пропуском по перегону спецiалiзованого по!зда вiдповiдно склали приблизно 4,5% вщ загальних витрат Езаг. Розрахунки наведеш в таблицi 6.
В умовах напрямку Куп'янськ - Сорт - Одеса - Сорт для вантажного по!зда з фжсованою масою 4600т проведено моделювання при змшент плiч обертання локомотивiв та локомотивних бригад наступним чином: подовжено плече Куп'янськ - Сортувальний - Основа до станци Полтава-Пiвденна (на 139,3км), вщ ст. Полтава-Пiвденна подовжено плече до ст. Знам'янка-Сортувальна, замiсть змши локомотивiв та локомотивних бригад на станци Кременчук (плече подовжено на 97,9 км), та вщ ст. Знам'янка-Сортувальна через ст. Помiчна без змши локомотивiв та локомотивних бригад до станци Одеса-Сортувальна (284,9 км замють 136км).
Таблиця 6 - Результати моделювання в умовах напрямку Куп'янськ -Сорт - Одеса - Сорт для вантажного по1зда масою брутто 4600 т
Куп'янск-Сорт-Полтава-Швд- Куп'янск-Сорт- Основа-Полтава-Швд-
Знам'янка-Сорт-Одеса-Сорт Кременчук-Знам'янка-Сорт-
Пом1чна-Одеса-сорт
Загальш витрати, грн, %: 34518,596 100% 35419,031 100%
витрати на роботу локомотива, грн 863,488 2,50 1161,988 3,28
витрати на роботу локомотива кратно;! тяги, грн 279,396 0,81 279,396 0,79
витрати на роботу локомотивних бригад, грн 4186,5 12,13 4724,99 13,34
витрати на роботу локомотивних бригад кратно'х' тяги, грн 1076,31 3,12 1076,31 3,04
витрати на шфраструктуру, грн 1502,58 4,35 1566,03 4,42
витрати на тягу, грн 26610,32 77,09 26610,32 75,13
Порiвняльний анашз довiв, що подовження плiч роботи локомотивiв та локомотивних бригад дозволяе зменшити загальш витрати на 2,6%, витрати на роботу локомотивних бригад, у порiвнянi з варiантом без подовження плiч обертання, - на 11,3% , а на роботу локомотива вщповщно на 25,6%. Також зменшуються загальш локомотиво- та бригадо-години на напрямку - на 25,6% та 11,3% вщповщно (таблиця 7). Завдяки такому комплексному шдходу стае можливим зменшити час просування по1зда на напрямку на 2,5год та покращити маршрутну швидкiсть приблизно на 15,4%
Висновки. Реалiзацiя запропоновано1 моделi, забезпечуе формування пропуску вантажних поlздiв за жорсткими нитками графжу, дозволяе покращити експлуатацшш показники за рахунок подовження плiч обертання локомотивiв та локомотивних бригад, зменшити експлуатацшш витрати на 2-3% та шдвищити дшьничну швидкiсть на 15%.
Модель надае гнучюсть у виборi маси по1зда та плiч обертання локомотивiв та локомотивних бригад, завдяки чому вона дозволяе отримати оптимальне ршення на будь-якому пол^ош, враховуючи усi наявнi обмеження та техшко-експлуатацшш умови.
Таблиця 7 - Експлуатацшш показники напрямку Куп'янськ - Сорт -Одеса - Сорт для вантажного по!зда масою брутто 4600 т при рiзних варiантах роботи локомотивiв та локомотивних бригад
Куп'янск-Сорт-Полтава-Швд-Знам'янка-Сорт-Одеса-Сорт Ку п'янск-Сорт- Основа-Полтава-Швд- Кременчук-Знам'янка-Сорт-Пом1чна-Одеса-сорт
Кшьюсть техшчних станцш на шляху прямування 2 5
Довжина напрямку, км 861 1,966
Загальш локомотиво-години на напрямку 21,7 29,2
Загальш локомотиво-години кратно! тяги 7,02 7,02
Загальш бригадо-години 27,31 30,82
Загальний час просування по!зда на напрямку, год 16,2 18,7
Час знаходження по!зда в рус 14,2 14,2
Час знаходження по!зд1в на техшчнш станцИ, год 2 4,5
Маршрутна швидюсть, км/год 53,22 46,11
Вона повинна бути штегрована як додаткова задача на автоматизоване робоче мюце оперативних пращвниюв в автоматизовану систему керування вантажними перевезеннями на Укрзалiзницi (АСК ВП УЗ).
Список використаних джерел
1 Шапкин, И.Н. Информационные технологии в организации перевозок // Железные дороги мира. - 2003 - №2 - С. 9-13.
2 Буянов, В. А., Кондрахина, Н.В. Жесткий график движения поездов в среде информационных технологий организации перевозок // Вестник ВНИИЖТ. - 2001 -№4 - С. 3-7.
3 Бутько, Т.В., Ломотько, Д.В., Прохорченко, А.В., Олшник, К.О. Формування лопстично! технолог^ просування вантажопотоюв за жорсткими нитками граф1ка руху по!зд1в. // Зб. наук. праць УкрДАЗТ: Випуск 111. - Харк1в, 2009. - С.23-30.
