CC BY
1
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Красильников Павел Андреевич
Российский университет транспорта (РУТ (МИИТ)).
Образцова ул., д. 9, с. 9, г. Москва, 127994, Российская Федерация.
Ассистент кафедры «Управление транспортным бизнесом и интеллектуальные системы», РУТ (МИИТ).
Тел.: +7 (495) 684-21-49.
E-mail: [email protected]
Соколов Михаил Юрьевич
Российский университет транспорта (РУТ (МИИТ)).
Образцова ул., д. 9, с. 9, г. Москва, 127994, Российская Федерация.
Ассистент кафедры «Управление транспортным бизнесом и интеллектуальные системы», РУТ (МИИТ).
Тел.: +7 (495) 684-21-49.
E-mail: misha.u. sokol [email protected]
Роменский Дмитрий Юрьевич
Российский университет транспорта (РУТ (МИИТ)).
Образцова ул., д. 9, с. 9, г. Москва, 127994, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Управление транспортным бизнесом и интеллектуальные системы», РУТ (МИИТ).
Тел.: +7 (495) 684-21-49.
E-mail: [email protected]
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Красильников, П. А. Использование данных стандарта OpenStreetMap для задач, связанных с эксплуатацией железнодорожного транспорта / П. А. Красильников, М. Ю. Соколов, Д. Ю. Роменский. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2023. - № 3 (55). - С. 44 - 54.
УДК 656.222.4
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Krasilnikov Pavel Anrdeevich
Russian University of Transport (RUT (MIIT)).
9/9, Obraztsova st., Moscow, 127994, the Russian Federation.
Assistant of the department «Transport business management and intelligent systems», RUT (MIIT).
Phone: +7 (495) 684-21-49.
E-mail: [email protected]
Sokolov Mikhail Yurievich
Russian University of Transport (RUT (MIIT)).
9/9, Obraztsova st., Moscow, 127994, the Russian Federation.
Assistant of the department «Transport business management and intelligent systems», RUT (MIIT).
Phone: +7 (495) 684-21-49.
E-mail: [email protected]
Romenskiy Dmitriy Yurievich
Russian University of Transport (RUT (MIIT)).
9/9, Obraztsova st., Moscow, 127994, the Russian Federation.
Ph. D. in Engineering, associate professor of the department «Transport business management and intelligent systems», RUT (MIIT).
Phone: +7 (495) 684-21-49.
E-mail: [email protected]
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Krasilnokov P.A., Sokolov M.Y., Romenskiy D.Y. Using OpenStreetMap data for rail transport. Journal of Transsib Railway Studies, 2023, no. 3 (55), pp. 44-54 (In Russian).
О. В. Шугаев
Сибирский государственный индустриальный университет (СибГИУ), г. Новокузнецк, Российская Федерация
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЙ ВЕЛИЧИНЫ УСТАНОВЛЕННОГО ТЕМПА ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ НА УЧАСТКЕ ПУТИ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ХАРАКТЕРА ВЕДЕНИЯ ПОЕЗДА
Аннотация. Представленная публикация посвящена вопросам, связанным с закономерностью распределения отклонений скоростных характеристик от теоретической кривой движения. Работа
отражает ведение эмпирических изысканий в промышленной среде Талдинского погрузочно-транспортного управления. Статья от части использует базовые характеристики подвижного состава, локомотивов и формулы для ведения экстраполирования, частично мнение, составленные формулы и аналитический результат автора. Первая часть отражает определение данных, фигурирующих в ходе всего исследования, и используемой методологии, применимой для ответа на представленный к разрешению вопрос. В публикации особая значимость уделена обоснованию и анализу данных, выявленных в ходе проведения эксперимента и при статистической обработке. Статья отражает результаты теоретического расчета параметров движения и торможения поезда, основанные на методологии формулы Эйлера, позволяющие более точно экстраполировать характеристику скорости на указанном интервале. Часть массива публикации опирается на данные, полученные в ходе проведения исследований, с итоговым обоснованием, двухэтапного эксперимента, основанного на изучении скоростных характеристик в режиме движения с периодическими ускорениями и замедлением. Эмпирическая часть публикации основывается на исследовании лент скоростемера, локомотивного парка, курсирующего между станциями Погрузочная 1 - Погрузочная 2 ООО «Талдинское погрузочно-транспортное управление». Представляется статистическая обработка данных, характеристики случайной величины первого и второго порядков и вид распространения случайной величины отклонения расчетных изысканий движения и замедления поезда от эмпирических исследований кривой движения. В итоговой части работы определены и обоснованы законы распределения случайной величины отклонения параметров движения от принятых теоретических изысканий, позволяющих скорректировать интервал движения для системы кодово-локационного позиционирования подвижного состава.
Ключевые слова: железнодорожный транспорт, метод Эйлера, экстраполирование данных движения, распределение случайной величины, интервальное регулирование, статистическая обработка параметров движения, эмпирические изыскания параметров движения, система кодово-локационного позиционирования подвижного состава.
Oleg V. Shugaev
Siberian State Industrial University (SSIU), Novokuznetsk, the Russian Federation
DETERMINATION OF THE REGULARITY OF THE DISTRIBUTION OF DEVIATIONS IN THE VALUE OF THE SET TRAIN SPEED ON A SECTION OF TRACK WITH AN AUTOMATIC INTERVAL CONTROL SYSTEM WHEN EXPOSED TO THE ENVIRONMENT AND THE NATURE OF THE TRAIN
Abstract. The presented publication is devoted to issues related to the regularity of the distribution of deviations of speed characteristics from the theoretical curve of motion. The work reflects the conduct of empirical research in the industrial environment of the Talda Loading and Transport Department. The article partly uses the basic characteristics of rolling stock, locomotives and formulas for conducting extrapolation, partly the opinion, compiled formulas and the analytical result of the author. The first part reflects the definition of the data appearing throughout the study and the methodology used to answer the question submitted for resolution. The publication pays special attention to the substantiation and analysis of the data revealed during the experiment and during statistical processing. The article reflects the results of the theoretical calculation of the parameters of movement and braking of the train, based on the methodology of the Euler formula, allowing more accurately extrapolating the speed characteristic at the specified interval. Part of the publication's array is based on the data obtained during the research, with the final justification, of a two-stage experiment based on the study of speed characteristics in the mode of motion with periodic acceleration and deceleration. The empirical part of the publication is based on the study of the speed gauge tapes, a locomotive fleet plying between the Loading 1 - Loading 2 stations of the «Taldinsky Loading and Transport Management» LLC. Statistical data processing, characteristics ofa random variable ofthe first and second orders and the type ofpropagation of a random variable deviation of the calculated surveys of movement and deceleration of the train from empirical studies of the motion curve are presented. In the final part of the work, the laws of the distribution of the random value of the deviation of the motion parameters from the accepted theoretical studies are determined andjustified, allowing to adjust the interval of movement for the system of code-location positioning of rolling stock.
Keywords: railway transport, Euler method, extrapolating movement, statistical analysis, interval control, statistical processing of motion parameters, empirical studies of motion parameters, code-location positioning system for rolling stock non-branched track circuits.
Глобальный рост промышленности способствует интенсивному использованию путей сообщения и, как следствие, повышает загруженность железнодорожных линий как в попутном следовании, так и смешанного типа. Минимальное межпоездное расстояние определяет безопасность следования и пропускную способность используемого участка.
№
Системы интервального регулирования, разработанные и введенные в эксплуатацию на базе стационарных блок-участков, не располагают гибкой структурой, способствующей подстроиться к современным темпам следования и объемам перевозок. Для реализации требуемых размеров движения стоит выбор, основанный на расширении сетей железных дорог либо на совершенствовании типа системы, организующей интервальное регулирование, обеспечивающей повышение пропускной способности на должном уровне безопасности.
С экономической точки зрения расширение сетей железных дорог требует значительных затрат, связанных с изысканием, проектированием, земляными работами, работами по прокладке сетей сообщения и путевого хозяйства, тем более что дополнительные пути включают в себя затраты на периодическое обслуживание и содержание. Наиболее выгодным решением для вопроса реализации требуемых размеров движения являются действия, направленные на повышение эффективности используемых путей сообщения, что достигается внедрением системы кодово-локационного позиционирования подвижного состава (СКЛППС) [1] на участке следования. Представленная система интервального регулирования способствует сокращению межпоездной дистанции до значения тормозного пути. На основании этого более точное определение тормозного пути напрямую связано с безопасностью попутно следующих поездов, при этом от скорости обработки данных зависит продолжительность межпоездного интервала в попутном направлении. Процесс определения предельных дистанций замедления поезда в условиях использования альтернативных технологий по организации движения на перегоне требует соответствующего инструментария, регламентирующего движение на перегоне, скоростных ограничений и межпоездной дистанции для обеспечения соответствующего уровня безопасности и предельных скоростей обработки данных с оптимальной точностью. Для успешного функционирования системы необходимы прогнозирование и опережающие действия по определению подлинности показаний, определяемых расчетным путем, вычисляемых заблаговременно до применения торможения, с целью сокращения межпоездного интервала до предельных значений.
Учитывая изложенное выше, требуется разработать оптимальный метод оценки флуктуирующих показателей скорости и проверить эффективность, определив законы распределения величины случайного отклонения расчетного тормозного пути от действительного значения протяженности участка остановки поезда в режиме искусственного замедления.
Для этого необходимо произвести следующее:
разработать оптимальный метод систематизации флуктуирующих скоростных показателей;
произвести теоретический расчет параметров движения и торможения поезда, выбрав полученные результаты за математическое ожидание стохастических отклонений действительных результатов;
провести эксперимент, основанный на изучении скоростных характеристик в режиме движения с периодическими ускорениями и замедлением, обосновать данные, полученные в ходе эксперимента;
выявить вид распределения случайной величины отклонения расчетного тормозного интервала от действительного значения и границы разброса данных.
В качестве объекта исследования выступает тормозной путь поезда с локомотивом марки 2ТЭ10В, определяемый расчетным и натурным путем при движении поезда по перегону между станциями Погрузочная 1 - Погрузочная 2. Предметом исследования является случайная величина отклонения расчетного тормозного интервала от действительного значения остановочного пути. Научная новизна представленной работы состоит в разработке метода систематизации флуктуирующих скоростных показателей, учитывающего погрешность экстраполирования данных расчетным способом.
Протяженность пути следования рассматриваемого расстояния, на основании техническо-распорядительного акта железнодорожного пути необщего пользования (ЖДПНП) ООО «Талдинское ПТУ» составляет 5,78 км. Эксперимент проводился с груженым маршрутным поездом, в состав которого включались четырехосные универсальные полувагоны типа 121704. Характеристики, определяющие тормозной путь используемого подвижного состава и поезда на основании рекомендаций работ [2 - 4], представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Характеристики полувагонов типа 12-1704 и локомотива 2ТЭ10В
Локомотив 2ТЭ10В
вес, т осевая нагрузка, т длина локомотива, м сила тяги, Н скорость, км/ч
при трогании расчетная конструкционная расчетная
276 23 33 797280,65 496216,49 100 23,4
Полувагоны типа 12-1704
тара, т осевая нагрузка, т длина, м объем 3 кузова, м грузоподъемность, т
23,8 23,5 13,92 88 69
Перегон между станциями Погрузочная 1 - Погрузочная 2 располагается в Прокопьевском районе Кемеровской области.
Для проведения эксперимента требуется произвести теоретические изыскания по построению кривой скорости, зависящей от расстояния и времени и характеризующей идеальное движение по представленному участку. Продольный профиль рассматриваемого перегона отображен на рисунке 1, информация о построении взята согласно технической документации ЖДПНП ООО «Талдинское ПТУ». Основываясь на приведенных данных, можно сделать следующее заключение: профиль пути имеет затяжной подъем с достаточно крутым уклоном, достигающим в некоторых местах значения 19,27 %о, при этом он включает в себя кривые разного радиуса, достигающие 310 м.
Представленный участок пути требует высокого тягового усилия для выхода на расчетную скорость, а для более точной оценки тормозного пути требуется более протяженная кривая, достигаемая увеличением скоростных показателей. Руководствуясь условием эксперимента, принято использовать минимальное количество груженых вагонов и тепловоз 2ТЭ10В, чья итоговая тяговая подвижная система, состоящая из двух секций с суммарным весом 276 т, способна вывести груженый состав из 20 вагонов до скоростной отметки 50 км/ч.
Теоретические изыскания параметров движения и торможения поезда основаны на расчетном методе проектирования при использовании формулы Эйлера [5], позволяющей достаточно точно экстраполировать данные по ведению представленного поезда. Итоговый вид формулы, решающей задачу прогнозирования величины приращения скорости от длины участка на основании работ [5, 6]:
4Д7 ,км/ч, (1)
где - длина рассматриваемого участка, м;
Ш - общее удельное внешнее сопротивление движению, включающее в себя воздействие от уклона и прохождения криволиненого участка пути, Н/кН;
Ьт - удельная тормозная сила в момент служебного торможения, Н/кН;
^ - удельная сила тяги, Н/кН.
Фиксация конечной скорости движения, определяемая в конце рассматриваемого участка i, становится неразрешима без применения радикала, на основании работы [6] она примет вид:
ук I = км/ч, (2)
где Ун I - начальная скорость для рассматриваемого /'-го участка, км/ч. N
Уклон, [^1ина уклона, № К, м (а, град] Длина кр, м
90,21 63,82 310 154,03
11,35 96,13
8,35
118,44 132,87 112,87 250 251,31
Длина уклона, м
9,16 1,62
51,1 192,6 73,45 120,25 300 266,05
4,41 200
1,51 200
5,35 200
9,78 200
12,25 200
19,27 200
11,23 375
9,54 249,38
15,15 76,89
В *
4Е57
Длина уклона, м
Уклон, %о 15,15 10,95 9,44 9,44 1.41 1,51 2,35 5,78 1,25 3,27 6,23 1,23 2,15 2,16 1,23
Длина уклона, м 194,77 44.55 77,04 74.41 17.16 107,84 200 200 200 200 200 200 375 249,38 76,89 200 200
В, м (а, град} 250 300
Длина кр, м 271,66 91,57
Рисунок 1 - Продольный профиль перегона Погрузочная 1 - Погрузочная 2
Для проведения эмпирических изысканий используются аналогичная марка локомотива 2ТЭ10В и группа груженых полувагонов типа 12-1704 с соответствующей общей массой в количестве 20 штук. С целью сохранения действующего промышленного процесса и сокращения убытков по проведению эксперимента принято решение выполнять изыскания в технологические окна. Для получения оптимальных достоверных данных с учетом допустимых затрат на проведение эмпирических опытов количество экспериментов сводится к 20. Данное количество экспериментов позволит сформировать представление о законе распределения случайной величины отклонений установленного темпа движения поездного маршрута при воздействии второстепенных факторов и характера ведения поезда на перегоне Погрузочная 1 - Погрузочная 2. Участок пути, связывающий указанные станции, оборудован полуавтоматической блокировкой, согласно которой при проведении эксперимента перегон будет закрыт для отправки следующего поезда. Достоверность полученных данных подтверждается наличием действующего поверенного скоростемера, расположенного в кабине локомотива и являющегося основным источником информации по проводимым изысканиям.
С целью обработки представленных данных и выделения необходимой информации принято решение об использовании элементов математической статистики с выделением на каждом исследуемом участке вариационного ряда размером 20 единиц, характеризующего ансамбль реализаций, полученный в ходе эмпирических изысканий, проводимых в равных условиях. Для каждого вариационного ряда составляется среднеквадратическое отклонение и определяется относительная частота появления значений с соответствующим интервалом квадратичных значений. Для простоты выведения полученных результатов принято решение о представлении двух диаграмм, соответствующих кривым движения и торможения. Данные о среднеквадратическом отклонении и относительной частоте на каждом шаге позволят визуально определить закон распределения случайной величины. Определение значения среднеквадратического отклонения /'-го участка, на основе данных работ [8, 9], выполняется по формуле:
а
б
= 4-vK iï
(3)
где п - количество реализации результата эмпирического изыскания;
¿у - конечная скорость для рассматриваемого ¿-го участка^И реализации, км/ч. Определение величины относительной частоты появления соответствующей реализации, инъективной конкретному интервалу отклонения, рассчитывается по формуле:
ni
&)/ = —,
1 п
(4)
где пг - количество реализации, инъективных конкретному интервалу отклонения.
Математически рассчитываемые показатели движения качественно отличаются от действительных. С целью обеспечения безопасности допустимого интервала движения вводится значение корректирующего коэффициента, позволяющего повысить точность теоретического расчета через эмпирические данные. Корректирующий коэффициент определяется на основании усредненных данных распределения случайной величины отклонения параметра скорости от значения теоретических изысканий согласно формуле:
(5)
где I - наивысший разряд среднеквадратического отклонения, округленного до большего значения;
УК - конечная средняя скорость для рассматриваемого ¿-го участка, км/ч; р - погрешность измерения скоростемера, км/ч.
I
vKM-VK
(6)
где VKM - наибольшее отклонение конечной скорости от расчетной для перегона, км/ч.
Изыскания параметров движения и торможения поезда проводятся на основании формул (1) - (6), а также определения промежуточных значений для ведения расчетов на основании работы [6] с применением информационной среды Microsoft Excel. В качестве исходных данных были использованы транспонированные в виде столбца параметры продольного профиля. Расчетными данными являются сила торможения, сила тяги, общее внешнее сопротивление поезда и их составляющие, зависящие от уклона и кривизны профиля, величина приращения скорости от длины участка и ее итоговое значение для z-го участка пути. Данная методика выбрана с целью получения более точной оценки промежуточных
скоростных характеристик относительно длины пути.
Теоретический расчет основывается на использовании тяговой характеристики принятого оптимальным для исследования тепловоза марки 2ТЭ10В, представленной на рисунке 2 [4]. Представленная графическая характеристика непригодна для ведения предполагаемых расчетов. С целью удобства изыскания параметров движения и их автоматизации основные дискретные тяговые параметры рассматриваемого локомотива переведены в математический вид, на основании чего промежуточные значения получены интерполяционным методом прогнозирования данных.
Рисунок 2 - Тяговая характеристика тепловоза 2ТЭ10В
Представленная таблица с тяговыми характеристиками локомотива 2ТЭ10В включает в себя основные параметры для ведения изыскания, связанного с экстраполированием данных движения поезда, включая, в свою очередь, вес поезда и удельную силу тяги.
Фрагмент результатов итоговых расчетов, проводимых для действующего рассматриваемого участка, представлен в таблице 2.
Таблица 2 - Результаты теоретических изысканий по перегону Погрузочная 1 - Погрузочная 2 с применением группы вагонов типа 12-1704 в количестве 20 шт. и локомотива 2ТЭ10В
п/п Подъем, %0 Длина, м Радиус, м Длина, м Ьт, Н/кН Fтяг, Н/кН Н/кН Н/кН Н/кН Н/кН Н/кН Ук, км/ч Н/кН
1 +3,8 15,28 0,00 38,24 4,77 3,80 0,00 1,90 0,83 0,00 0,97
2 +3,8 90,21 310 154,03 0,00 32,77 7,23 3,80 2,26 3,04 0,89 11,07 1,17
3 +11,35 63,82 310 154,03 0,00 21,79 15,10 11,35 2,26 4,70 1,02 25,98 1,49
4 +11,35 96,13 0,00 20,07 12,89 11,35 0,00 4,92 1,04 27,89 1,54
5 +11,35 118,44 250 251,31 0,00 18,34 15,76 11,35 2,80 5,25 1,07 30,71 1,61
6 +8,35 132,87 250 251,31 0,00 18,34 12,79 8,35 2,80 5,39 1,08 31,88 1,64
7 +8,35 112,87 0,00 17,33 10,06 8,35 0,00 5,71 1,11 34,55 1,71
8 +9,16 51,1 0,00 16,31 10,94 9,16 0,00 6,05 1,14 37,29 1,78
9 +9,16 192,6 300 266,05 0,00 15,37 10,96 9,16 0,00 6,15 1,15 38,16 1,80
10 +1,62 73,45 300 266,05 0,00 14,42 3,49 1,62 0,00 6,47 1,19 40,74 1,87
41 +1,23 200 0,00 0,00 2,77 1,23 0,00 5,11 1,01 24,90 1,54
С целью упрощения визуализации итоговых параметров принято решение опустить некоторые промежуточные значения, не зависящие от основных переменных. Расчеты включают в себя удельные силы торможения (Ьт), тяги ^тяг), общую внешнюю силу сопротивления движению включающую в себя воздействие от кривой ^г), от уклона а также общих сил, возникающих от ведения самого подвижного состава (^х) и состоящих из сопротивления движению локомотива и вагонов а также приращения скорости и итогового скоростного режима в конце рассматриваемого участка. Для простоты вычислений принята стандартная система измерений (Н).
С целью построения кривой движения в оптимальных условиях принято решение использовать для торможения благоприятный прямолинейный участок, содержащий минимальный уклон (№ 27-41). Рассматриваемое утверждение обусловливается возможностью безопасной остановки и свободного трогания с места после замедления. На основании представленных требований модель движения поезда принимает следующий вид: поезд идет в режиме тяги до достижения требуемой скоростной отметки 50 км/ч, далее подвижной состав поддерживает скоростной режим путем комбинирования тяги и холостого хода, по выходу состава на рассматриваемый участок выбирается наименьший уклон и выполняется служебное торможение до полной остановки. С целью проверки состава на возможность дальнейшего движения после достижения скоростной отметки 0 км/ч поезд снова набирает скорость, требуемую для входа состава на станцию, с дальнейшим ее поддержанием.
Кривая изменения скорости при движении по перегону, составленная на основании таблицы 2, представлена на рисунке 3. С целью более точной визуализации данных, связанных с торможением поезда, соответствующий график вынесен в отдельный рисунок 4, составленный на основании действительных расчетов, но с дополнительным разбиением участков движения на отрезки длиной 25 м.
Теоретические изыскания по предлагаемой модели движения на рассматриваемом перегоне Погрузочная 1 - Погрузочная 2 показывают положительные результаты. Поезд после полной остановки способен начать движение. В связи с наличием достаточно большого
подъема на участке следования поезд в режиме тяги испытывает уменьшение скорости в середине пути, но со временем выходит на требуемую скорость и выполняет служебное торможение протяженностью 1104 м. Участок № 29 поезд проходит на холостом ходу, наличие которого обусловливается возможностью совмещения кривых движения, полученных эмпирическим путем, и теоретического изыскания. Представленная модель движения будет использоваться для получения действительных данных опытным путем в качестве руководства по ведению поезда.
Расстояние, м
Рисунок 3 - Кривая изменения скорости при движении по перегону Погрузочная 1 - Погрузочная 2 с применением группы вагонов типа 12-1704 в количестве 20 шт. и локомотива 2ТЭ10В
Рисунок 4 - Кривая торможения поезда с применением группы вагонов типа 12-1704 в количестве 20 шт. и
локомотива 2ТЭ10В на моделируемом участке
Фрагменты результатов эмпирических изысканий, проводимых в несколько этапов, представлены в таблицах 3 и 4. Два этапа обусловливались применением разных локомотивных бригад для ведения поезда, разнородных исследовательских периодов времени, проводимых в дневные и ночные смены. Данные по проводимым испытаниям ранжированы в соответствии с номером испытания в порядке возрастания, первые колонки таблиц 3, 4 отражают исходные данные - уклон и длину рассматриваемого участка - и результаты теоретических изысканий с целью их сравнения с полученными данными. Буквой «М> обозначены расчетные скоростные показатели для конкретного участка. Каждая из ячеек отражает конечную скорость в начале представленного участка движения. Таблицы 3, 4 разделены на несколько частей, первая из которых отражает движение поезда в сочетании режимов тяги и холостого хода, а вторая часть разбита на минимальные путевые интервалы, позволяющие сделать более детальную оценку полученных результатов в режиме торможения. Данные, вошедшие в таблицы 3 и 4, снимались на основании ленты скоростемера с погрешностью 1 %.
Таблица 3 - Результаты первого этапа эмпирических изысканий по перегону Погрузочная 1 - Погрузочная 2 с применением группы вагонов типа 12-1704 в количестве 20 шт. и локомотива 2ТЭ10В
№, п/п i, %о S, м N, км/ч Результаты эмпирических изысканий, км/ч
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 +3,8 15,3 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
2 +3,8 90,2 11,1 11,4 11,5 9,3 11,8 10,7 10,8 10,3 12,7 9,1 11,5
3 +11,4 63,8 26,0 26,1 26,3 26,1 24,3 25,4 25,1 26,3 27,1 26,1 25,8
17 +19,3 200 53,9 52,5 55,8 52,7 53,5 54,8 53,4 52,8 52,1 52,6 53,2
1 +5,8 25,0 52,2 52,6 54,1 52,6 52,3 51,9 51,5 51,1 50,7 53,9 52,7
2 +5,8 25,0 51,5 51,1 53,1 48,5 49,9 52,3 51,3 48,9 50,1 54,3 50,1
3 +5,8 25,0 50,8 48,8 48,7 51,6 49,1 49,6 52,1 48,7 52,5 52,0 51,5
52 +1,2 1,4 0,9 1,9 2,1 2,9 0,2 0,3 0,6 1,0 0,5 0,8 1,1
Таблица 4 - Результаты второго этапа эмпирических изысканий по перегону Погрузочная 1 - Погрузочная 2 с применением группы вагонов типа 12-1704 в количестве 20 шт. и локомотива 2ТЭ10В
№ i, %о S^ N, км/ч Результаты эмпирических изысканий, км/ч
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
1 +3,8 15,3 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
2 +3,8 90,2 11,1 11,3 11,1 10,2 9,5 12,3 10,1 9,9 9,4 11,3 8,8
3 +11,4 63,8 26,0 25,3 24,4 24,6 25,7 26,6 27,8 27,0 26,3 24,0 26,3
17 +19,3 200 53,9 53,8 54,8 55,0 52,1 55,6 53,4 52,9 52,4 53,7 52,3
1 +5,8 25,0 52,2 51,5 51,0 53,0 51,9 50,5 52,2 52,6 50,1 53,2 51,3
2 +5,8 25,0 51,5 51,9 50,9 50,0 52,2 51,2 51,4 52,3 50,5 50,9 51,8
3 +5,8 25,0 50,8 52,9 47,8 51,9 50,1 47,9 50,6 51,0 52,1 51,8 49,8
52 +1,2 1,4 0,9 2,2 1,4 1,2 1,3 0,5 1,5 0,2 0,9 0,9 0,4
Согласно полученным в ходе двухэтапного эмпирического исследования данным выделены основные показатели первого и второго порядка, характеризующие случайные скоростные отклонения. На основании полученных результатов составлен график (рисунок 5), отражающий теоретические значения показателей минимального и максимального разброса значений случайной величины, определяющие конечную скорость, а также данные, скорректированные на величину дисперсии. В качестве математического ожидания приняты данные, полученные в ходе теоретического расчета.
60,0 50,0 А 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0
и
А
ё о а о и U
ч '
У iL
4 ( 1
0,0
500,0
- M;
1000,0
- min;
1500,0
2000,0
2500,0
3000,0
3500,0
Расстояние, м -
----max;
' Dmin;
-Dm
Рисунок 5 - Характеристики величины отклонения скорости от кривой движения, определенной при теоретическом изыскании: М - скоростные показатели, полученные в ходе теоретического расчета; min - наименьшие скоростные показатели, полученные в ходе эмпирического изыскания; max - наибольшие скоростные показатели, полученные в ходе эмпирического изыскания; Dmin, Dmax - границы разброса показателей второго порядка
На основе анализа графических характеристик величины отклонения скорости от кривой движения, представленных на рисунке 5, можно сделать следующие выводы: разброс данных в значительной степени наблюдается с повышением скорости. Логично предположить, что по мере возрастания производной внешние силы более интенсивно воздействуют на подвижной состав, особенно это связано с теми, которые по своей особенности не учитываются в тяговых расчетах. Ломаные реализации линий обусловливаются допустимой погрешностью скоростемера, которая также возрастает при наборе скорости. Пилообразное отображение кривой торможения обусловливается разбиением участка торможения на более короткие исследуемые интервалы. В совокупности с большим объемом обрабатываемых данных и имеющейся погрешностью оборудования возникает наблюдаемый эффект, но несмотря на это кривые, скорректированные на величину дисперсии, позволяют сгладить полученный ансамбль реализаций.
Согласно данным, представленным в таблицах 3 и 4, составлена таблица 5, отражающая результаты определения среднеквадратического отклонения случайной величины конечной скорости конкретных участков движения и относительной частоты появления соответствующего значения относительно интервала квадратичных значений. Для удобства и простоты расчетов было принято решение разбить возможные отклонения случайной величины на восемь частей, соответствующих указанному значению среднеквадратического отклонения для конкретного участка.
Таблица 5 - Результаты определения среднеквадратического отклонения случайной и относительной частоты появления соответствующего значения относительно интервала
№ п/п Длина интервала, м Среднеквадратическое отклонение а Относительная частота реализации, появляющаяся в интервале квадратичного отклонения
-4а; -3 а -3 а; -2а -2а; -1а -1а; 0 0; 1а 1а; 2а 2а; 3а 3а; 4а
1 15,3 0,0 0 0,05 0,25 0,25 0,35 0,1 0 0
17 200,0 1,2 0 0 0,2 0,3 0,4 0,1 0 0
1 25,0 1,1 0 0,05 0,15 0,45 0,25 0,05 0,05 0
2 25,0 1,4 0 0 0,3 0,2 0,4 0,1 0 0
3 25,0 1,6 0 0 0,1 0,35 0,25 0,25 0,05 0
52 1,4 0,7 0 0,05 0,25 0,25 0,35 0,1 0 0
Детальную оценку закона распределения случайной величины отклонения параметра скорости от значения теоретических изысканий можно получить при усреднении результатов. Для этого все результаты, входящие в промежуток среднеквадратического отклонения, суммируются и делятся на количество входящих относительных частот выборок. Результат проделанного усреднения данных представлен на рисунке 6.
0,4
0,3
а
о ю
о £
í-О
0,2
0,1
-4
-3
-2
-1
1
2
3
Среднеквадратическое отклонение • - Разгон; - Торможение
Рисунок 6 - Диаграммы усреднения данных распределения случайной величины отклонения параметра
скорости от значения теоретических изысканий
0
4
После проведения обработки данных полученные результаты можно прокомментировать следующим образом. Основная масса случайных величин отклонения параметра скорости от значения теоретических изысканий как в режиме регулировочного движения с ускорением, так и при замедлении сосредоточена в центральной области представленного графика. Распространение фронта уменьшения значения относительной частоты выборки направлено по параболической траектории с полным ее отсутствием в точках 4 а и -4а, незначительная концентрация наблюдается в точках 3 а и -3а. Руководствуясь законами распределения случайных величин, представленными в источниках [10, 11], можно предположить, что архитектура начертания и характер распределения исследуемых величин соответствуют нормальному распределению Гаусса. Таким образом, оперируя данными графика, можно определить допустимый безопасный интервал движения при использовании системы СКЛППС. В результате исследования на основании данных графика, представленного на рисунке 6, выявлен корректирующий коэффициент для тормозной кривой, равный 0,120045167.
Подводя итоги выполненных теоретических и эмпирических исследований, можно сделать следующие выводы. Первая часть исследования посвящена определению исходных данных и разработке оптимального метода оценки флуктуирующих показателей скорости. Во второй части исследования произведен теоретический расчет параметров движения и торможения поезда, полученные результаты приняты за математическое ожидание стохастических отклонений от данных, определенных в ходе эмпирических изысканий. В третьей части исследования предложен альтернативный метод оценки флуктуирующих величин скорости на участке движения, основанный на сопоставлении разброса данных относительно кривой движения, реализованной математическим прогнозированием. Итогом всего исследования являются разработка оптимального метода оценки флуктуирующих показателей скорости и его проверка на действующем участке движения с получением соответствующих данных о характере флуктуирования скоростных показателей и их допустимых границах.
Таким образом, были выполнены разработка оптимального метода оценки флуктуирующих показателей скорости и проверка эффективности при определении законов распределения величины случайного отклонения расчетного тормозного пути от действительного значения протяженности участка остановки поезда в режиме искусственного замедления. В результате величина отклонения скоростных характеристик принимает значения, позволяющие скорректировать относительную погрешность при определении тормозного пути поезда. В случае применения на рассмотренном перегоне СКЛППС интервал следования поездов сократится до значения тормозного пути, определяемого при использовании значения корректирующего коэффициента 0,120045167, рассчитанного по предлагаемой методике. При установлении соответствующих зависимостей скоростных отклонений от расчетных межпоездной интервал станет более коротким, стабильным и безопасным.
Список литературы
1. Патент № 2801753 Российская Федерация, МПК В6^ 23/16 (2006.01). Система кодово-локационного позиционирования подвижного состава на разветвленных и неразветвленных рельсовых цепях : № 2021110248 : заявлено 12.04.2021 : опубликовано 15.08.2023 / Шугаев О. В., Фомин Е. В., Воскресенская Т. П. - 19 с.: ил. - Текст : непосредственный.
2. Быков, Б. В. Конструкция механической части вагонов : учебное пособие / Б. В. Быков, В. Ф. Куликов. - Москва : Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2016. - 247 с. - Текст : непосредственный.
3. Раков, В. А. Локомотивы и моторвагонный подвижной состав / В. А. Раков. - Москва : Транспорт, 1979. - 213 с. - Текст : непосредственный.
3(55)
4. Квашнина, Е. В. Тяговые расчеты на подъездном пути промышленного предприятия : методические указания / Е. В. Квашнина, М. Г. Дружинина. - Новокузнецк : Сибирский гос. индустр. ун-т, 2017. - 54 с. - Текст : непосредственный.
5. Аблялимов, О. С. Уравнение движения поезда и некоторые методы его решения / О. С. Аблялимов. - Текст : электронный // Universum: технические науки. - 2020. -№ 9 (78). - URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10715 (дата обращения: 04.06.2021).
6. Бахолдин, В. И. Основы локомотивной тяги : учебное пособие / В. И. Бахолдин, Г. С. Афонин, Д. Н. Курилкин. - Москва : Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2014. - 308 с. - Текст : непосредственный.
7. Кильдишов, В. Д. Использование приложения MS Excel для моделирования различных задач / В. Д. Кильдишов - Москва : Солон-Пресс, 2015. - 156 с. - Режим доступа : https://e.lanbook.com/book/64928 (дата обращения: 04.06.2021).
8. The 2016 edition of Review of Particle Physics should be cited as: C. Patrignani et al. (Particle Data Group), Chinese Physics C, 40, 100001 (2016).
9. Ивченко, Г. И. Введение в математическую статистику : учебник / Г. И. Ивченко, Ю. И. Медведев. - Москва : ЛКИ, 2010. - 247 с. - Текст : непосредственный.
10. Балдин, К. В. Теория вероятностей и математическая статистика : учебник / К. В. Балдин, В. Н. Башлыков. - Москва : Дашков и Ко, 2016. - 472 c. - Текст : непосредственный.
11. Гареева, Г. А. Методы линейного программирования : учебно-методическое пособие / Г. А. Гареева. - Набережные Челны : Набережночелнинский институт Казанского фед. ун-та, 2019. - 59 с. - Текст : непосредственный.
References
1. Shugaev O.V., Fomin E.V., Voskresenskaya T.P. Patent RU2801753 C2, 15.08.2023.
2. Bykov B.V., Kulikov V.F. Konstruktsiia mekhanicheskoi chasti vagonov: uchebnoe posobie [The design of the mechanical part of the wagons: a textbook]. Moscow, Training and Methodological Center for Education in Railway Transport Publ., 2016, 247 p. (In Russian).
3. Rakov V.A. Lokomotivy i motorvagonnyi podvizhnoi sostav [Locomotives and motor-car rolling stock]. Moscow, Transport Publ., 1979, 213 p. (In Russian).
4. Kvashnina E.V., Druzhinina M.G. Tiagovye raschety na pod"ezdnom puti promyshlennogo predpriiatiia: metodicheskie ukazaniia [Traction calculations on the access road of an industrial enterprise: guidelines]. Novokuznetsk, Siberian State Industrial University Publ., 2017, 54 p. (In Russian).
5. Ablyalimov O.S. The equation of train motion and some methods of its solution. Universum: tekhnicheskie nauki - Universum: technical sciences, 2020, no. 9 (78). Available at: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/10715 (accessed: 04.06.2021).
6. Bakholdin V.I., Afonin G.S., Kurilkin D.N. Osnovy lokomotivnoi tiagi: uchebnoe posobie [Fundamentals of locomotive traction: a textbook]. Moscow, Training and Methodological Center for Education in Railway Transport Publ., 2014, 308 p. (In Russian).
7. Kildishov V.D. Ispol'zovanie prilozheniia MS Excel dlia modelirovaniia razlichnykh zadach [Using the MS Excel application for modeling various tasks]. Moscow, Solon-Press Publ., 2015, 156 p. Available at: https://e.lanbook.com/book/64928 (accessed 04.06.2021) (In Russian).
8. The 2016 edition of Review of Particle Physics should be cited as: C. Patrignani et al. (Particle Data Group), Chinese Physics C, 40, 100001 (2016).
9. Ivchenko G.I., Medvedev Yu.I. Vvedenie v matematicheskuiu statistiku: uchebnik [Introduction to Mathematical Statistics: Textbook]. Moscow, LKI Publ., 2010, 247 p. (In Russian).
10. Baldin K.V., Bashlykov V.N. Teoriia veroiatnostei i matematicheskaia statistika: uchebnik [Probability theory and mathematical statistics: textbook]. Moscow, Dashkov and Ko Publ., 2016, 472 p. (In Russian).
11. Gareeva G.A. Metody lineinogo programmirovaniia: uchebno-metodicheskoe posobie [Methods of linear programming: educational and methodical manual]. Naberezhnye Chelny, Naberezhnye Chelny Institute of KFU Publ., 2019, 59 p. (In Russian).
Железнодорожный путь, йШскание и проектирование железных дорог
INFORMATION ABOUT THE AUTHOR
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Шугаев Олег Владимирович
Сибирский государственный индустриальный университет (СибГИУ).
Кирова ул., д. 42, г. Новокузнецк, 654007, Российская Федерация.
Старший преподаватель кафедры «Транспорт и логистика», СибГИУ.
Тел.: +7 (950) 276-66-27.
E-mail: [email protected]
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ТАТЬИ
Шугаев, О. В. Определение закономерности распределения отклонений величины установленного темпа движения поездов на участке пути с автоматической системой интервального регулирования при воздействии окружающей среды и характера ведения поезда / О. В. Шугаев. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2023. -№ 3 (55). - С. 54 - 66.
УДК 625.11:332.133.22
Shugaev Oleg Vladimirovich
Siberian State Industrial University (SibGIU).
42, Kirova st., Novokuznetsk, 654007, the Russian Federation.
Senior teacher of the department «Transport and Logistics», SibGIU.
Phone: +7 (950) 276-66-27.
E-mail: [email protected]
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Shugaev O.V. Determination of the regularity of the distribution of deviations in the value of the set train speed on a section of track with an automatic interval control system when exposed to the environment and the nature of the train. Journal of Transsib Railway Studies, 2023, no. 3 (55), pp. 54-66 (In Russian).
Н. А. Медведева, В. С. Шварцфельд
Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I (111УПС),
г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
ФОРМИРОВАНИЕ И ОТБОР ВАРИАНТОВ ТОПОЛОГИИ СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ В МАЛООСВОЕННЫХ РЕГИОНАХ
Аннотация. В статье рассмотрены вопросы, связанные с формированием сети железных дорог в малоосвоенных регионах. Как правило, к таким регионам относятся регионы с большой территорией, малочисленным населением, слабым развитием или полным отсутствием железнодорожной сети путей сообщения, богатейшими запасами месторождений природных ресурсов. Как правило, данные регионы из-за слабо развитой добывающей и перерабатывающей промышленности являются депрессивными с точки зрения устойчивого развития и роста валового регионального продукта. В малоосвоенных регионах (Арктическая зона, Сибирь, Прибайкалье и Дальний Восток), имеющих огромный потенциал социально-экономического развития, особое внимание должно уделяться освоению природно-ресурсного потенциала и созданию новых предприятий, которые напрямую зависят от транспортной доступности. Поэтому перспективному планированию освоения месторождений природных ресурсов и развитию региона должно предшествовать рассмотрение вопросов, связанных с проектированием и созданием сети железных дорог. Формирование и отбор вариантов создания начертания (топологии) сети железных дорог являются в настоящее время все еще актуальными вопросами, требующими дальнейшего совершенствования. В данной работе для отбора допустимого множества вариантов и окончательного принятия решения о конфигурации сети железных дорог в малоосвоенных регионах предлагается использовать многокритериальный подход. Частными критериями приняты такие показатели, как суммарная расчетная длина, количество малых водопропускных сооружений, суммарная площадь, занимаемая средними и большими мостами, протяженность тоннелей и эстакад, масса грузового поезда, провозная способность. Приведены постановка задачи и пути ее дальнейшего решения.
Ключевые слова: малоосвоенный район, железнодорожная сеть, топология сети железных дорог, многокритериальная оценка вариантов, формирование множества вариантов.
Natalia A. Medvedeva, Viacheslav S. Shvartcfeld
Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University (PGUPS), Saint Petersburg, the Russian Federation
FORMATION AND SELECTION OF RAILWAY NETWORK TOPOLOGY OPTIONS
IN UNDERGROWNED REGIONS
Abstract. The article deals with issues related to the formation of a network of railways in underdeveloped regions. As a rule, such regions include regions with a large territory, sparse population, poor development or complete absence
