CC BY
66
I EN I
Транспорт
Изучение картины распределения напряжений по поверхности трубопровода в постпроцессоре Femap позволило выявить наиболее напряженные участки трубопроводов, расположенные в зоне развальцовки. Кроме этого, анализ показывал значительную неравномерность напряжений на внутренней поверхности развальцовки трубы, то есть в зоне образования герметичного стыка. Это явление имеет тенденцию к значительному росту с увеличением диаметра трубы. Неравномерность сжимающего усилия между развальцовкой и штуцером может привести к необходимости увеличения усилий затяжки накидной гайки и к негерметичности соединения.
Библиографический список
Проведенные вычислительные эксперименты показали хорошую сходимость результатов традиционных расчетов, приведенных в литературе, и результатов конечноэлементного анализа с использованием системы MSC Nastran, который позволяет детально проанализировать поведение трубопровода и элементов разъемных соединений при действии самых различных нагрузок. Использование инженерного анализа в производственном процессе дает возможность оперативной оценки допустимых отклонений геометрии трубопроводов с целью повышения их надежности и ресурса.
1. Чернышев А.В. Технология монтажа, отработки, испытаний и контроля бортовых систем летательных аппаратов: учеб. пособие для авиационных вузов. М.: Машиностроение, 1977. 336 с.
2. Сапожников В.М., Лагосюк Г.С. Прочность и испытания трубопроводов гидросистем самолетов и вертолетов. М.:
Машиностроение, 1973. 248 с.
3. Сапожников В.М. Монтаж и испытание гидравлических и пневматических систем на летательных аппаратах. М.: Машиностроение, 1972. 282 с.
4. Шимкович Д. Г. Расчет конструкций в MSC/NASTRAN for Windows. М.: ДМК Пресс, 2003. 448 с.
УДК 656.212
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАДЕРЖЕК ГРУЗОВЫХ ПОЕЗДОВ НА ПРОМЕЖУТОЧНЫХ СТАНЦИЯХ УЧАСТКА
А.Н.Иванков1, Л.Н.Иванкова2, М.В.Фуфачева3
1,2Иркутский государственный университет путей сообщения, 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15.
3Красноярский институт железнодорожного транспорта, филиал Иркутского государственного университета путей сообщения,
660028, г. Красноярск, ул. Ладо Кецховели, 89.
Разработана имитационная модель работы железнодорожного участка и предложена методика определения количества и продолжительности задержек длинносоставных поездов под обгоном пассажирскими на промежуточных станциях и этапность реконструкции. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: пропускная способность, задержки подвижного состава, длинносоставные грузовые поезда, имитационная модель работы железнодорожного участка, этапность реконструкции промежуточных станций.
DEFINITION OF CARGO TRAIN DELAYS AT THE INTERMEDIATE STATIONS OF THE SECTION A.N. Ivankov, L.N. Ivankova, M.V. Fufacheva
Irkutsk State University of Railway Engineering, 15 Chernyshevsky St., Irkutsk, 664074.
Krasnoyarsk Institute of Railway Transport, a Branch of the Irkutsk State University of Railway Engineering, 89 Lado Ketskhoveli St., Krasnoyarsk, 660028.
The authors developed a simulation model of the railway section operation and proposed the method to determine the number and duration of delays of long cargo trains under the overtaking by passenger trains at intermediate stations and stages of reconstruction. 3 sources.
Key words: carrying capacity; delays of rolling stock; long cargo trains; simulation model of railway section operation; stages of reconstruction of intermediate stations.
1Иванков Алексей Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры управления эксплуатационной работой, тел.: 89148939774, e-mail: [email protected]
Ivankov Alexey Nikolaevich, Candidate of technical sciences, associate professor of the chair of Exploitation Management, tel.: 89148939774, e-mail: [email protected]
2Иванкова Людмила Николаевна, кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой управления эксплуатационной работой, тел.: 89148934321.
Ivankova Lyudmila Nikolaevna , Candidate of technical sciences, associate professor, Head of the chair of Exploitation Management, tel.: 89148934321.
3Фуфачева Марина Валерьевна, старший преподаватель кафедры эксплуатации железных дорог, тел.: 89029409563. Fufacheva Marina Valerievna, senior lecturer of the chair of Exploitation of Railways, tel.: 89029409563.
При реконструкции станций 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. Одновременно выполнить все работы по удлинению путей на станциях участка невозможно, необходимо планировать этапность инвестиций с учетом имеющихся ресурсов.
Зачастую эти проблемы решаются без достаточного теоретического обоснования: удлиняются те станции, где подходящий профиль, нет искусственных сооружений и естественных препятствий, т.е. там, где строительная стоимость будет минимальной.
Безусловно, уменьшение капитальных затрат является важным фактором повышения эффективности реконструктивных мероприятий. Однако необходимо рассмотреть проблемы в комплексе: с учетом основных факторов, влияющих на пропускную способность участка в целом и безопасность движения.
Авторами была разработана модель работы участка с учетом емкости путевого развития промежуточных станций (длина путей и их количество), длительности перегонного времени хода, количества раздельных пунктов на участке, соотношения времени хода грузовых и пассажирских поездов, плотности поездопотоков.
За основу были приняты участки главного хода Красноярской железной дороги. Все участки двухпутные, оборудованы автоблокировкой, электрифицированы переменным током. Длина участков между техническими станциями колеблется от 150 до 240 км. Средняя ходовая скорость грузовых поездов на данном направлении составляет 65 км/ч.
В настоящее время произведено удлинение путей до полезной длины 1050 м (71 условный вагон) на технических и некоторых промежуточных станциях. Формирование и пропуск грузовых поездов длиной 71 и более условных вагонов вызывает эксплуатационные затруднения при постановке под обгон пассажирскими поездами.
В ходе реконструкции удлинялись 1-2 приемоотправочных пути.
Соотношение времен хода пассажирских и грузовых поездов на разных участках находится в пределах 0,6 - 0,8. Размеры движения составляют 50 - 55 пар грузовых поездов в сутки.
На предварительном этапе работы моделирующего алгоритма составляется расписание поступления поездов на участок. Моделируется категория поездов (пассажирский, пригородный, грузовой), для последних варьируется длина.
В процессе моделирования работы участка методом особых состояний фиксируются моменты времени проследования грузовых поездов по промежуточным станциям. При возникновении конфликтной ситуации -съеме нитки грузового поезда пассажирским - моделируется задержка грузового поезда под обгоном на впередилежащей станции, имеющей достаточную емкость путевого развития. Горловины станций пред-
ставлены в виде совокупности промежуточных элементов. Приемо-отправочные пути представлены в виде базисных элементов определенной емкости [1].
Времена хода поездов по перегонам и время занятия промежуточных элементов в горловинах моделировались по усеченному нормальному закону.
Продолжительность занятия базисного элемента регламентируется схемой прокладки поездов. 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 различных факторов. В качестве таких факторов были рассмотрены:
- величина поездопотока длинносоставных поездов N=40, N=55, N=70 в сутки;
- отношение скорости движения грузовых поездов к скорости движения пассажирских поездов А = 0,6; А = 0,7; А = 0,8;
- среднее расстояние между пунктами, где осуществляется обгон грузовых поездов пассажирскими (с учетом намеченных для реконструкции станций) 30; 45; 60 км.
Изменение количества остановок под обгоном существенно зависит от соотношения скоростей хода грузовых и пассажирских поездов. При уменьшении А (увеличении скорости пассажирских поездов) количество остановок под обгон возрастает в два раза.
Зависимость количества стоянок от плотности поездопотока имеет в большинстве случаев линейный характер.
Сокращение среднего расстояния между станциями, имеющими «длинные» пути с 60 до 30 км, приводит к уменьшению количества задержек грузовых поездов в 1,25 - 1,5 раза.
Зависимость продолжительности стоянок от плотности поездопотока нелинейна. Причем время стоянок увеличивается с ростом средней длины перегона, с увеличением размеров движения и с уменьшением соотношения скоростей хода пассажирских и грузовых поездов.
Методом планирования эксперимента определены аналитические зависимости количества и продолжительности стоянок от ранее перечисленных факторов. Пронормированы значения влияющих факторов, составлены планы полных факторных экспериментов.
В результате расчетов получены следующие аналитические зависимости.
Количество задержек грузовых поездов можно определить по формуле
у1 = 0,891 + 0,138• х1 -0,245• х2 + 0,116• х3 -
-0,0025 • х1 х2 - 0,01475 • х1 х3 + 0,012 • х2х3 -
-0,669 • х1 х2 х3.
Продолжительность задержек грузовых поездов рассчитывается как
у2 = 21,318 + 9,648• х -11,661-х2 + 5,436• х3 --5,806 • х1 х2 + 2,053 • х1 х3 - 2,731 • х2х3 - 0,669 • х1 х2х3,
где х1 - нормированное значение средней длины перегона; х2 - соотношение времен хода пассажирских и грузовых поездов; х3 - величина поездопотока грузовых поездов.
Анализируя результаты исследования, можно сделать следующие выводы:
1. При увеличении соотношения скорости хода грузовых поездов к скорости пассажирских уменьшается время стоянок основного съема и имеет место рост задержек поездов на промежуточных станциях под обгоном пассажирскими из-за неидентичности графика движения. Следовательно, 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 т.д.).
2. Так как на величину и количество стоянок грузовых поездов основное влияние оказывают размеры поездопотока, то этапность реконструкции станций по удлинению путей необходимо намечать комплексно в увязке с перспективными размерами движения. 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 поездопотока грузовых поездов удлинение должно производиться на станциях, ограничивающих перегоны с максимальным временем хода.
Экономический эффект будет получен за счет сокращения эксплуатационных расходов, связанных с задержками поездов под обгоном, энергетическими расходами на разгон - замедление поездов. Кроме этого, повышение участковой скорости, наряду с ростом массы и длины поездов, позволит повысить среднесуточный пробег и производительность локомотива.
Определение оптимальной этапности реконструктивных мероприятий ведется по критерию максимума чистого дисконтированнного дохода [2].
^ (К - З,) ЧДД = Хтт—)Г >
о (1 + а)
где К, - прибыль от проведения реконструктивных мероприятий, получаемая на —м шаге расчета (в качестве прибыли рассматривается экономия эксплуатационных расходов от сокращения задержек грузовых поездов под обгонами и снижение энергетических расходов по разгону и замедлению поездов); З, -сумма эксплуатационных расходов и капитальных затрат на 1-м шаге расчета; а - коэффициент дисконтирования.
Оптимизация выполняется методами динамического программирования. В качестве этапов рассматривается очередность удлинения путей на промежуточных станциях участка.
Достижение основной цели, поставленной в работе, осуществлялось по определенному алгоритму использования результатов исследований:
- определяются параметры поездопотоков;
- составляется имитационная модель работы участка;
- определяется количество и величина задержек при помощи метода планирования эксперимента;
- при помощи метода динамического программирования определяется этапность реконструктивных мероприятий на участке железнодорожной линии, т.е. определяется, на каких станциях необходимо произвести реконструкцию по удлинению путей;
- из заранее приготовленных нескольких вариантов реконструкции выбирается наиболее рациональная, на основе многокритериальной оптимизации Парето.
План реконструкции станции начинается с разработки вариантов ее горловин. Первоначально необходимо определить количество удлиняемых путей на станции, затем выбирают вид стрелочной улицы для объединения станционных путей. После этого начинают конструировать горловину. При одном и том же количестве стрелочных переводов, но по-разному взаимно расположенных, можно получить качественно отличные конструкции горловины.
Удлинение путей без изменения их количества возможно, если отсутствуют здания и сооружения, естественные препятствия и сложные коммуникации на той территории, куда планируется удлинять пути в парках.
Возможно изменение конструкции горловины с целью ее улучшения (увеличение количества параллельных ходов, сокращение длины горловины и т.д.). Для этого предусматривается укладка дополнительных съездов на главных путях, изменение стрелочных улиц и т.д. При реконструкции горловины, находящейся в кривых, возможно спрямление главных путей с выносом на новую трассу, что увеличивает соблюдение безопасности движения поездов и выполнения маневровых передвижений с выездом на главные пути. На технических станциях, где уложены обводные пути, возможно изменение трассы и перенос примыкания на большее расстояние.
В случае ограниченной станционной площадки возможно увеличение длины только некоторых путей без переноса горловины.
Если предусматривается увеличение количества приемоотправочных путей и это позволяет территория станции, то, в основном, это сопровождается изменением конструкции горловины, т.е. меняются виды стрелочных улиц. При этом необходимо пересмотреть специализацию путей или переключение части путей с одной секции в другую.
Для узловых станций сложным условием при разработке и выборе варианта реконструкции может стать схема развязки подходов. В данном случае необходимо руководствоваться не только вынужденной реконструкцией по увеличению длины приемоотправочных путей, но и обязательно должна учитываться схема поездопотока и примыкающей линии (количест-
во угловых поездов, количество поездов, прибывающих в переработку, количество поездов, отправляемых на примыкание, количество пассажирских поездов и т.д.). Узловые станции, в основном, находятся в крупных населенных пунктах, поэтому изменение схемы развязки вызывает определенные затруднения На первом этапе из принятых к рассмотрению вариантов выбирают наиболее эффективные. Для этого сравнивают по всем технико-экономическим показателям любые два варианта между собой и если один из них по всем показателям «хуже», то он исключается из рассмотрения. Затем с оставшимся вариантом («эталоном») сравниваются поочередно все остальные. Если любой вариант хотя бы по одному показателю «лучше» или «равен» «эталону», то он остается к дальнейшему рассмотрению. В результате образуется совокупность конкурентоспособных вариантов, так называемое подмножество Парето.
На втором этапе строят «матрицу» показателей по вариантам конструкции горловины. Анализ такой матрицы позволяет выявить оптимальные величины показателей и отклонения от них по каждому варианту. Уже на этом этапе в ряде случаев можно выбрать рациональную конструкцию горловины.
При продолжении поиска рационального решения на третьем этапе варианты упорядочиваются по каждому показателю в порядке убывания (возрастания) его значений и строят соответствующие графики изменения величины показателей. На оси ординат откладывается величина показателя, а на оси абсцисс -номера вариантов. Число графиков равно количеству показателей. Если графики двух или нескольких показателей имеют одинаковую последовательность номеров вариантов, то для рассмотрения оставляют один из этих показателей. Любое изменение этого показателя приводит к аналогичному по характеру изменению остальных показателей. Ведется поиск таких номеров вариантов, у которых значения всех показателей оптимальные. Если таких вариантов нет, то назначается допустимое отклонение от оптимальной величины по каждому показателю и ведется поиск таких вариантов (номеров), которые удовлетворяют всем заданным отклонениям. Если такие варианты есть (не более трех), то после анализа принимается
один из них в качестве рационального решения. В противном случае корректируются допустимые отклонения или приступают к следующему этапу поиска рационального решения.
В случае если решение на предыдущем этапе не найдено, то приступают к четвертому этапу поиска рационального варианта конструкции горловины. Для этого проводят ранжировку (упорядочивание) показателей по степени важности, т.е. на первое место становится наиболее важный показатель, затем второй по степени важности и т.д. При этом в разных задачах в зависимости от конкретных условий один и тот же показатель может иметь разную степень важности.
Строится график зависимостей значений второго по степени важности показателя от значений первого показателя. Назначается величина первой «уступки» от оптимального значения первого по важности показателя. В результате имеем область допустимых значений второго по важности показателя, которые удовлетворяют назначенной второй уступке. При этом имеется возможность откорректировать первую уступку так, чтобы получить возможно лучшее в этих условиях значение второго показателя. Затем строится зависимость третьего по важности показателя от второго, но уже на области допустимых после первой уступки значений второго показателя. Назначается вторая «уступка» для второго показателя и находится область допустимых значений третьего показателя. Такая процедура повторяется для каждой последующей формируемой пары показателей. При этом следует иметь в виду, что любое изменение величины последующего показателя не приводит к ухудшению значения предыдущего показателя в силу того, что изменения производятся в области допустимых значений, удовлетворяющих ранее назначенным уступкам.
Применение методики поиска рациональной горловины станции позволяет комплексно оценить конкурентоспособные варианты и выбрать такую конструкцию, показатели которой будут оптимальными или близкими к этому.
Данная методика применима для развития пропускной способности участков, в том числе при строительстве вторых путей, как отмечено в [3].
Библиографический список
1. Персианов В.А., Усков Н.С., Скалов К.Ю. Моделирование транспортных систем. М.: Транспорт, 1972. 208 с.
2. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов / В.В. Косов, В.Н. Лившиц, А.Г. Шахназаров [и др.] М.: Экономика, 2000. 421 с.
3. Иванков А.Н., Суханов Г.И., Иванкова Л.Н. Этапность вы-
полнения реконструктивных мероприятии для повышения пропускной и провозной способностей на участках БАМа // Развитие транспортной инфраструктуры - основы роста экономики Забайкальского края: материалы международной науч.-практ. конф. Чита: ЗабИИЖТ, 2008. Т.2. С. 80-83.
