CC BY
27УДК 656.2
А. В. Дмитренко, Н. Б. Попова, Ю. В. Голеня
Оценка влияния веса и длины грузовых поездов на пропускную и провозную способности горловин приема сортировочных станций
Поступила 19.10.2020
Рецензирование 13.11.2020 Принята к печати 02.11.2020
На сортировочных станциях прием прибывающих грузовых поездов с остановкой вызывает снижение скорости их движения. Данная особенность приводит к росту интервала приема грузовых поездов и снижению уровней пропускной и провозной способностей горловин сортировочных станций для двухпутных железнодорожных линий.
При увеличении длины грузовых поездов провозная способность горловин приема, с одной стороны, возрастает за счет увеличения количества вагонов в составах, с другой - сокращается из-за снижения пропускной способности в случае уменьшения количества пропущенных грузовых поездов по магистральной железнодорожной линии. Установлено, что наибольшее значение величины провозной способности горловин достигается при длине грузовых поездов в пределах около 85 % от установленной нормы. Дальнейшее увеличение длины принимаемых грузовых поездов снижает провозную способность железнодорожных линий за счет уменьшения скорости их движения на последних ста метрах станционного пути. Полученная закономерность может быть использована в оценке вариантов усиления технического оснащения магистральных линий.
Ключевые слова: блок-участок, вагон, горловина станции, грузовой поезд, локомотив, провозная способность, станция.
Пропускная и провозная способности железнодорожных линий являются важнейшими показателями эксплуатационной работы железнодорожного транспорта. Их увеличение даст возможность осваивать растущие объемы перевозок железнодорожным транспортом, что позволит обеспечить значительный эффект. Однако до настоящего времени пропускная и провозная способность магистральных линий рассматривались преимущественно для перегонов [1-5]. В новых условиях эти показатели необходимо оценивать не только для перегонов, но и отдельно для станций. Таким образом, в технико-экономических расчетах для сортировочных станций будут устанавливаться следующие показатели:
1) пропускная способность горловин приема сортировочных станций (СС);
2) провозная способность горловин приема СС.
Величина веса или длины прибывающих на сортировочные станции грузовых поездов оказывает значительное влияние на время их нахождения в горловинах приема. В горловинах станций должен быть обеспечен не только безопасный и беспрепятственный прием поступающих грузовых поездов. Помимо этого, они должны будут иметь достаточную пропускную,
а также провозную способности важнейших узловых пунктов дорог в целом.
В практических условиях технически возможно, что величина прибывающих составов грузовых поездов будет иметь самые разные значения: от нуля для одиночных локомотивов и до 1 000 м при полном использовании длины приемо-отправочных путей станции. На конечные станции участков может прибывать также большое количество тяжеловесных и длинносоставных грузовых поездов.
Технико-экономические расчеты показали, что с увеличением количества вагонов или веса составов в прибывающих грузовых поездах возрастает время их приема в горловинах парка приема СС. При этом дополнительно снижается скорость движения грузовых поездов большого веса или повышенной длины [6-10]. Появляются значительные затраты энергии вследствие возникновения усилий на торможение грузовых поездов в случае их прибытия на конечную станцию назначения с остановкой.
В особом положении находятся длинносо-ставные грузовые поезда, не вмещающиеся в полезную длину приемо-отправочных путей. Дополнительное время на их остановку и отцепку избыточных групп вагонов значительно
увеличивает общее время нахождения составов грузовых поездов в горловинах приема станций. Поэтому увеличение длины прибывающих составов уменьшает количество поездов, которое возможно будет принять на данную станцию.
На практике могут быть различные варианты длины грузовых поездов, прибывающих на СС в парк приема с остановкой:
а) грузовые поезда, имеющие только поездной локомотив;
б) грузовые поезда самой различной длины;
в) полносоставные грузовые поезда, величина которых равна стандартной длине при-емо-отправочных путей;
г) длинносоставные грузовые поезда, прибывающие на СС в парк приема с остановкой.
Разница показателей времени занятия горловины в зависимости от веса или длины грузовых поездов показана на рис. 1.
Из рисунка следует, что в случае приема одиночного локомотива на станцию путь его следования имеет малую величину и составляет
/Г = /бл + Г + 1л
(1)
где /лок - длина локомотива.
В случае наличия только одиночного локомотива после открытия входного сигнала он сможет в быстрые сроки и с высокой скоростью при коротком расстоянии прибыть на станцию. При этом дальность следования локомотива до момента открытия сигнала следующему грузовому поезду имеет малую величину. В данном случае при следовании в парк приема интервал
для открытия сигнала следующему грузовому поезду имеет малую величину.
На рис. 2 показан вариант приема грузового поезда нормативной или стандартной длины на станцию. При этом дальность следования локомотива состава грузового поезда, по сравнению с одиночным локомотивом, возрастает на величину длины всех вагонов.
Из рис. 2 видно, что с увеличением длины составов (по сравнению с наличием у них только одного локомотива) будет возрастать длина путей приема грузовых поездов на сортировочную станцию. Это вызовет увеличение фактического интервала между приемами поездов на конечную техническую станцию. Данная мера также приведет к снижению пропускной способности горловин парков приема СС:
/пр = /бл + /п + /гПр . (2)
При оценке величины интервала необходимо дополнительно учитывать, что с увеличением количества вагонов в составах скорость движения грузового поезда повышенной длины должна постепенно снижаться. При подходе к выходному сигналу скорость движения локомотива грузового поезда становится равной нулю. Как только хвостовой вагон освободит изолированный стык пути приема, можно осуществлять приготовление маршрута приема вслед идущему поезду.
Технико-экономические расчеты будут выполняться для различного количества вагонов в составах прибывающих грузовых поездов: как транзитных, так и разборочных, прибывающих в расформирование на СС. Для одиночных локомотивов, прибывающих в
Рис. 1. Схема приема резервом на станцию одиночного локомотива: /бл - длина блок-участка перед входом на станцую; /гпр - протяженность входной горловины приема для технической станции; /п - длина пути приема на станции для грузового поезда
Рис. 2. Схема приема грузового поезда стандартной нормативной длины
парк приема с остановкой, количество вагонов - нуль (см. рис. 1).
Для грузовых поездов, прибывающих на СС и имеющих самое различное количество вагонов, путь следования равен:
/и
1бл + 1гор + 1
(3)
где /гор - длина горловины парка приема.
Выполненные технико-экономические расчеты и построение кривых скорости движения показали, что с увеличением длины составов грузовых поездов будет также дополнительно снижаться общая средняя скорость их приема на СС с остановкой (рис. 3). Причем на различных участках следования для локомотивов со-
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
ставов грузовых поездов будет иметь место различная скорость (от момента проследования локомотивом сигнала блок-участка до момента освобождения хвостовым вагоном горловины или изолированного пути приема) движения всего поезда (рис. 4).
В данной статье скорость движения состава грузового поезда будет определяться по скорости движения локомотива прибывающего грузового поезда - он следует с установленной скоростью, как на перегоне. При этом в последующем движении скорость поезда (а следовательно и локомотива) снижается. На последних метрах полезной длины станционного пути ско-
1 гор
1 бл
250
500
750
1000 м
тыс. т
Рис. 3. Протяженность пути приема в зависимости от длины состава грузового поезда
40 30 1 2
20
10 3
I п
средняя скорость движения вагонов состава грузового поезда ~~ скорость движения локомотива грузового поезда
Рис. 4. Значения средней скорости движения составов грузовых поездов различной величины
в зависимости от длины составов грузовых поездов:
1, 2, 3 - возможные точки нахождения локомотивов грузового поезда в момент освобождения хвостовым вагоном состава изолированного стыка пути приема
рость движения поезда (или локомотива) становится равной 0 км/ч (см. рис. 4).
На скорость приема в случае следования по станционному пути значительное влияние оказывает длина грузового поезда или количество вагонов в прибывающих составах. Данная длина может иметь различную величину: от /лок до /", где /" - длина состава грузового поезда нормативной длины, равная полезной длине станционных путей в парке приема на данную станцию.
Чем больше длина грузового поезда, тем ближе будет находиться локомотив к выходному сигналу станционного пути в момент его открытия для следующего грузового поезда. Это может привести к снижению общей скорости приема в случае увеличения длины состава грузового поезда, прибывающего на СС.
Для технико-экономических расчетов оценки влияния парка приема для грузового поезда следует учитывать два вида скорости движения по пути приема на станцию:
1) скорость движения локомотивов в каждой точке следования на всем пути приема состава грузового поезда нормативной длины, прибывающих на СС;
2) среднюю скорость движения всех вагонов прибывающих грузовых поездов на СС -от предвходного сигнала до пути приема.
Для каждого из нижеперечисленных факторов скорость движения будет устанавливаться для всего пути следования и приема грузовых поездов различной длины, прибывающих на СС.
1. Скорость движения локомотива грузового поезда стандартной длины. Скорость движения прибывающего состава грузового поезда рассматривается согласно тяговым расчетам (см. рис. 4). На первом начальном участке пути скорость движения локомотива равна установленной норме, как по перегону. На последнем отрезке станционного пути она приближается к нулю.
2. Средняя скорость движения грузового поезда в целом. Зависит от длины состава грузового поезда и устанавливается на основе вышеприведенных тяговых расчетов (см. рис. 4).
При малой длине грузового поезда, например при наличии только одного локомотива, он будет следовать на малое расстояние с вы-
сокой скоростью до изолированного стыка при входе на конкретный принимающий путь, в свою очередь общая средняя скорость движения также снижаться не будет. Средняя скорость движения локомотива равна: Vвх + V
У' — max р63 (4)
ср 2 ' ( 7
где V^L - максимальная скорость ввода головы состава грузового поезда в случае проследования входного сигнала; Урез - скорость движения локомотива резервом при входе на свободный путь.
В случае приема грузового поезда на станцию при дальнейшем его следовании по пути приема скорость движения локомотива постепенно снижается. В момент прохода входного сигнала скорость движения локомотива имеет максимальную величину.
Значительные отличия в характере движения принимаемых поездов с различным числом вагонов можно обнаружить в составе грузового поезда ниже нормативной длины. В этом случае рассматриваемая точка для локомотива будет отстоять от изолированного стыка на длину грузового поезда, соответственно скорость движения локомотива будет заметно снижаться. Однако средняя скорость движения для грузового поезда на всем участке будет несколько выше, чем скорость движения локомотива в точке 2 приемо-отпра-вочного пути.
Совершенно другие результаты получим в случае, если принимать на приемо-отправочный путь грузовые поезда нормативной длины. На последних метрах пути за счет значительного снижения скорости движения состава грузового поезда и приближения ее к нулю увеличится интервал приема на станцию. Кроме того, замедлится средняя скорость движения поезда в случае его полного приема на всем маршруте следования: от входного сигнала до полной остановки локомотива в конце станционного пути.
Из рис. 4 следует, что скорость движения головы локомотива на начальном пути следования по блок-участку снижается в малой степени. Однако при входе в горловину станции скорость его движения начинает заметно снижаться. Особенно большими темпами будет снижаться скорость движения локомотива на последних метрах пути.
Средняя скорость движения в целом для вагонов всего состава грузового поезда, в зависимости от его длины, на всем пути маршрута приема будет больше скорости движения локомотива. По мере увеличения длины поезда разница в скоростях движения будет возрастать.
Из рис. 4 видно, что с увеличением длины грузовых поездов будет возрастать длина маршрута. После прохода грузовых и пассажирских поездов возможно задать маршрут приема другому грузовому поезду на соседние пути или пассажирскому поезду в другой парк. С увеличением длины прибывающих грузовых поездов будет также снижаться их средняя скорость приема по маршруту следования. Это приведет к тому, что в зависимости от длины или веса грузовых поездов значительно изменится интервал приема на СС. Также изменится величина пропускной и провозной способностей горловин участковых станций.
Интервал приема грузового поезда на станцию будет устанавливаться по следующей формуле:
ттор _ ^ин!
пр " V
(5)
где /инт - протяженность пути приема грузового поезда на станцию, возрастает с увеличением его длины; Ус? - средняя скорость движения грузового поезда по всему маршруту его приема на станционный путь.
В зависимости от длины грузового поезда интервал приема для /бл = 2 000 м, /гор = 500 м.
Из рис. 5 следует, что с учетом только длины локомотива время интервала приема будет иметь малую величину. В дальнейшем по мере увеличения длины состава грузового поезда этот интервал возрастает в малой степени. Однако при значениях длины грузовых поездов, близких к норме, время приема возрастает в большей степени.
Вышеприведенные значения интервала приема окажут влияние на значения технико-экономических показателей величины как пропускной, так и провозной способности горловин приема СС в зависимости от полезной длины приемо-отправочных путей. При этом вначале технико-экономические расчеты выполняются для значений станционных путей, равных стандартной длине приемо-отпра-вочных путей.
Из рис. 6 следует, что в случае увеличения длины прибывающих грузовых поездов будет
Рис. 5. Величина интервала приема на станцию в зависимости от веса состава грузового поезда
возрастать интервал между движущимися поездами. Кроме того, будет снижаться средняя скорость движения принимаемых грузовых поездов с остановкой и возрастать интервал между возможным прибытием двух грузовых поездов на станцию.
Различная величина длины грузовых поездов (количество вагонов) окажет значительное влияние на технико-экономические показатели горловин СС, их пропускную и провозную способности.
Величина пропускной способности в зависимости от количества вагонов в прибывающих грузовых поездах может быть определена по следующей формуле, количество поездов в сутки:
пр
где 1 440 - число минут в сутках; ¿тех = 120 мин -технологическое время для выполнения операций по техническому осмотру и ремонту устройств станции; ан = 0,9 - коэффициент надежности в работе технических устройств; /пр - интервал приема в зависимости от длины для грузовых поездов, прибывающих с остановкой на станции.
Из рис. 6 видно, что с увеличением количества вагонов в составах, а следовательно и с увеличением интервала приема будет снижаться максимальная пропускная способность горловины приема. В большей мере сокращается величина пропускной способности в случае увеличения длины поезда примерно на 100 м и повышения веса или длины грузовых поездов до полной длины станционных путей.
Величина прибывающих грузовых поездов окажет также существенное влияние на провозную способность горловин СС [11-14]. Так, в случае увеличения длины поездов сокращается величина пропускной способности горловин. Однако при этом с каждым поездом на станцию будет приниматься большее количество вагонов. Возникнет новая закономерность изменения провозной способности горловин приема сортировочных станций за счет изменения в весе грузовых поездов, прибывающих на станцию с остановкой.
Провозная способность горловин СС определяется по формуле
Аров = т , (7)
500 Ю00 м
Рис. 6. Значение пропускной способности горловины приема сортировочной станции
где т - количество вагонов в прибывающих на СС грузовых поездах с остановкой; ^™рп -
пропускная способность горловины приема в зависимости от величины среднего веса грузовых поездов.
Из рис. 7 видно, что на начальном этапе увеличения количества вагонов в составах грузовых поездов будет значительно возрастать провозная способность горловин приема грузовых поездов. Однако при дальнейшем увеличении этот рост замедляется и достигает максимума при длине составов грузовых поездов менее стандартной примерно на 100 м. С последующим увеличением длины грузовых поездов провозная способность горловины начинает заметно снижаться за счет уменьшения средней скорости движения при торможении.
Значительное снижение провозной способности горловины приема сортировочных станций на последних 100 м необходимо будет учитывать как в технико-экономических расчетах управления движением грузовых поездов, так и в случае установления рациональных конструкций горловин участковых или
сортировочных станций на перспективу при оценке эффективности мер по дальнейшему повышению среднего веса грузовых поездов на железнодорожном транспорте России.
Выводы:
1. Длина прибывающих грузовых поездов оказывает значительное влияние на величину пропускной способности горловин приема участковых и сортировочных станций.
2. С увеличением длины прибывающих грузовых поездов возрастает расстояние прохода поездов в горловинах, снижается скорость движения поездов за счет затрат времени на замедление составов.
3. В наибольшей степени интервал приема грузовых поездов возрастает в случае наличия в составах грузовых поездов длиной до 80 % от установленной нормы.
4. Вождение только полновесных или полносоставных грузовых поездов вызывает снижение пропускной способности горловин станций на двухпутных железнодорожных линиях за счет увеличения длины грузовых поездов сверх 85 % от установленной нормы.
500 Ю00 м
Рис. 7. Величина провозной способности горловин участковой станции в зависимости от величины
составов грузовых поездов
Библиографический список
1. Управление эксплуатационной работой и качеством перевозок на железнодорожном транспорте / П. С. Грунтов [и др.]. М. : Транспорт, 1994. 544 с.
2. Дмитренко А. В. Как развивать железнодорожный транспорт на перспективу // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование : труды ИРГУПС. 2010. № 17. С. 229-240.
3. Дмитренко А. В., Карасев С. В. США и Россия: оптимальный вес грузовых поездов и развитие инфраструктуры // Вестник транспорта. 2015. № 12. С. 12-15.
4. Дмитренко А. В. Рожков А. Н. Варианты пропуска поездов при капитальном ремонте и затруднениях в движении на двухпутных линиях // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2011. № 1. С. 221-224.
5. Осипов В. Т. Эксплуатация железных дорог за рубежом. М. : Наука, 1976. 312 с.
6. Бессоненко С. А. Теория расчета сортировочных горок для различных климатических зон : дис. ... д-ра техн. наук : 05.22.08. М., 2011. 418 с.
7. Земблинов С. В., Страковский И. И. Станции и узлы. М. : Трансжелдориздат, 1963. 348 с.
8. Сотников Е. А. Железные дороги мира из XIX в XXI век. М. : Транспорт, 1993. 198 с.
9. Сотников Е. А. История и преспективы мирового и российского железнодорожного транспорта 1800-2100 годы. М. : Интекст, 2005. 110 с.
10. Станции и узлы : учеб. для трансп. втузов / В. Н. Образцов [и др.] ; ред. В. И. Образцов. М. : Трансжелдориздат, 1949. 540 с.
11. Перспективы развития транспорта при переходе к рынку / Н. Е. Аксененко, А. В. Дмитренко, И. А. Милованов, В. Н. Поздеев // Железнодорожный транспорт. 1993. № 2. С. 37-42.
12. Бубнова Г. В., Федоров Ю. Н. Об эффектах специализации железнодорожных линий // Мир транспорта. 2012. Т. 10, № 6 (44). С. 62-69.
13. Нехорошков В. П. Железнодорожный транспорт в развитии внешнеэкономической деятельности восточных регионов России. Новосибирск : Наука, 2011. 228 с.
14. История железнодорожного транспорта России / Г. М. Фадеев, Ф. К. Амелин, Ф. К. Бернгард [и др.]. СПб. ; М., 1994. 335 с.
A. V. Dmitrenko, N. B. Popova, Yu. V. Golenya
Weight and Length of Freight Trains Influence Assessment on the Throughput and the Carrying Capacity
of Receiving Marshalling Stations
Abstract. At sorting stations, the reception of arriving freight trains with a stop causes a decrease in their speed. This feature leads to an increase in the reception interval for freight trains and a decrease in the level of both the throughput and carrying capacity of the technical stations necks for double-track railway lines.
With an increase in the length of freight trains, the carrying capacity of the receiving necks increases due to an increase in the number of cars in the trains, but decreases due to a decrease in the throughput in the case of a decrease in the number of passing freight trains along the main railway line. It was established that the largest value in the carrying capacity of the necks is achieved with the length of freight trains within about 85 % of the standard established norm. Further increasing the length of the received freight trains reduces the carrying capacity of railway lines by reducing the speed of trains on the last hundred meters of the station track. The obtained pattern can be used in the evaluation of options for strengthening technical equipment of trunk lines.
Key words: block section; car; station neck; freight train; locomotive; carrying capacity; station.
Дмитренко Алексей Васильевич - доктор технических наук, профессор кафедры «Железнодорожные станции и узлы» СГУПС. E-mail: dmitrenkoav@mail.ru
Попова Наталья Борисовна - доктор географических наук, профессор кафедры «Экономика транспорта» СГУПС. E-mail: pnb1215@yandex.ru
Голеня Юлия Викторовна - преподаватель кафедры «Управление эксплуатационной работой» СГУПС.
