Разработка модели оптимизации управления работой подсистемы «парк приема – сортировочная горка» Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 656.212

ПОХИЛКО С.П., к.т.н., доцент (Донецкий институт железнодорожного транспорта) ВИХОВСКАЯ Л.И. ст. преподаватель (Донецкий институт железнодорожного

транспорта)

ЩИПАК Е.В., начальник технического отдела (Обособленное подразделение Ясиноватская дирекция железнодорожных перевозок ГП «Донецкая железная дорога»)

Разработка модели оптимизации управления работой подсистемы «парк приема - сортировочная горка»

Pokhilko S.P., assistant professor (DRTI) Vihovskaya L.I., senior lecturer (DRTI)

Shchipak Y.V., head of technical department (Yasinovatskiy management of rail transportation Donetsk railroad)

Development of a model for optimizing the management of the "receiving park - sorting slide" subsystem

Введение

К основным задачам

железнодорожного транспорта

относится своевременная и

качественная перевозка грузов и пассажиров при условии обеспечения безопасности движения поездов и безопасности всех участников перевозочного процесса.

Для повышения качества предоставляемых услуг и сокращения сроков доставки грузов требуется решение ряда комплексных задач по оптимизации технологических

процессов и внедрению передовых достижений науки и техники на железнодорожном транспорте. В современных рыночных условиях при выборе перевозчика производитель, в первую очередь, ориентируется на срок и стоимость доставки своей продукции, поэтому железнодорожным компаниям требуется постоянно искать пути сокращения времени перемещения груза от поставщика к потребителю с

внедрением на всех этапах перевозочного процесса

ресурсосберегающих технологий.

Анализ публикаций

Одним из основных показателей работы железнодорожного транспорта является оборот вагона, который в свою очередь можно разделить на три элемента: время нахождения вагона в движении (1уч, ч); время нахождения вагона на технических станциях, как с переработкой, так и без переработки, Огехн, ч); время нахождения вагона на станциях погрузки и выгрузки (^р, ч)

[1]. Согласно статистическим данным

[2] среднее значение оборота грузового вагона на дорогах ОАО «РЖД» за период с 2010 г. по 2015 г. составило 15,62 суток. Структура данного оборота грузового вагона по отдельным элементам следующая: нахождение на технических станциях составляет 33,1%; под грузовыми операциями 46,9%; на промежуточных станциях

3,6%; в движении 16,4%. Согласно данной статистике грузовой вагон 1/3 времени от оборота находится на технических станциях, поэтому анализ и определение направлений по оптимизации технологических

операций и ликвидации

непроизводительных межоперационных простоев на сортировочных станциях является актуальной задачей для исследования.

Цель работы

Целью данных исследований является разработка математической модели работы подсистемы «парк приема - сортировочная горка» с учетом враждебности маневровых операций и ресурсосберегающих технологий.

Основная часть

В зависимости от числа сортировочных комплектов

сортировочные станции бывают односторонние и двусторонние. Инструкцией по проектированию станций и узлов на железных дорогах предусмотрено применение типовых сортировочных станций с

последовательным и комбинированным расположением основных парков [3]. В данных исследованиях для решения поставленных задач предлагается рассмотреть две типовые схемы сортировочных станций с

последовательным и параллельным расположением парка приема и сортировочного парка.

К основным операциям, которые выполняются в парке приема сортировочной станции, относятся:

1. Прием поездов, поступающих в расформирование (¿пр, мин.). Время на выполнение данной технологической операции зависит от: направления принимаемых поездов

(преимущественного или не

преимущественного); схемы

расположения парка приема и сортировочного парка (рис. 1,2); длины принимаемого поезда (/с, м).

Время приема грузового поезда можно определить по формуле [4]:

^пр + ^вх,

(1)

где - время на приготовление маршрута приема и открытия входного сигнала, мин;

^вх - время прохождения поездом расчетного расстояния /пр или /непр (рис. 1, 2).

В свою очередь время на прохождение расчетного расстояния будет зависеть от следующих параметров:

- расстояния, которое проходит поезд за время восприятия машинистом показания сигнала от момента его открытия (/в, м);

- длины тормозного пути, установленного для подходов к данной сортировочной станции (/т, м);

- расстояния от входного сигнала до предельного столбика, расположенного при входе на путь приема (/вх, м);

- полезной длины пути приема

(/пп, м);

- от средней скорости движения поезда при прохождении расчетного расстояния (увх, км/ч).

Для сокращения времени приема необходимо определить оптимальный вариант маршрута следования поезда с наименьшими топливно-

энергетическими затратами поездных локомотивов.

а)

б)

в

Рис. 1. Схемы фрагментов сортировочных станций с последовательным расположением парка приема (ПП) и сортировочного парка (СП): а - горка большой мощности (СГ), полукольцевой подход с не преимущественного направления, локомотивное хозяйство (ЛХ) раположено параллельно сортировочному парку (СП); б - отличием от схемы а является наличие транзитного парка (Тр), который расположен

параллельно парку приема; в - горка средней мощности (СГ), прием поездов с не преимущественного напрвления осуществляется со стороны сортировочной горки, локомотивное хозяйство (ЛХ) раположено

параллельно парку приема (ПП)

Рис. 2. Схема фрагмента сортировочной станции с параллельным расположением

парка приема и сортировочного парка

Для решения поставленной задачи необходимо выполнить моделирование процесса приема поезда, в котором будет определяться оптимальный маршрут приема. Исходными данными для поставленной задачи являются: количество подходов, примыкающих к парку приема (количество путей

в парке приема (Мпп); вес поезда

брутто (), тыс. т; количество

стрелочных переводов, входящих в маршрут следования принимаемого поезда, определяется для каждого пути парка приема (^ ¿); сумма углов

поворота на стрелках и кривых ( £ акр ); профиль путей парка приема (/ии); полезная длина путей парка приема

(1 пп ).

2. Закрепление состава в парке приема Озакр), мин. Закрепление подвижного состава на станционных путях можно выполнять с помощью следующих устройств: специального вогнутого трехэлементного профиля станционных путей (с противоуклонами 1,5-2,5 %о) согласно инструкции [5]; тормозных башмаков и упоров, которые устанавливаются и убираются вручную;

стационарных устройств, приводимых в действие с помощью различных механизмов, таким образом устраняя ручной труд.

Для закрепления подвижного состава в парках приема сортировочных станций наибольшее распространение получили тормозные башмаки. Необходимое количество тормозных башмаков, которое требуется для закрепления составов на станционных путях, определяется по формуле [6]:

К =

п 200

(1,5/ +1) ,

(2)

где К - необходимое количество тормозных башмаков, шт.;

п - количество осей в составе (группе), шт.;

г - средняя величина уклона пути или отрезка железнодорожного пути,

о/ ' оо.

При закреплении смешанных составов или групп, состоящих из разнородных по весу вагонов, если тормозные башмаки укладываются под порожние вагоны, вагоны с нагрузкой менее 15 т на ось брутто, не являющиеся самыми тяжелыми вагонами в группе, или под вагоны с

неизвестной нагрузкой на ось, применяется следующая формула [6]:

К _

п 200

(4/ +1)

(3)

Согласно Правилам технической эксплуатации железных дорог уклон (/) приемо-отправочных путей должен быть равен 0 < / < 2,5 о/оо. Была получена зависимость потребного количества тормозных башмаков для закрепления подвижного состава от уклона путей парка приема и условий закрепления (рис. 3). Расчет был выполнен для состава 240 осей.

Согласно статистическим данным большинство путей парков приема на технических станциях Донецкой железной дороги расположены на подъеме в сторону горки. Как известно, поезда на станцию прибывают различной длины, в результате чего трудно рассчитать, где состоится закрепление состава. Поэтому на практике для сокращения

продолжительности этой операции составы закрепляются во входной горловине, с учетом расположения маневрового локомотива в хвосте состава (рис. 4).

Одним из недостатков ручных башмаков является необходимость затрачивания продолжительного

времени на закрепление подвижного состава, что влияет на увеличение времени простоя вагонов

закр с ч

\аг _ закр ' тшг, ваг -ч ) и поездных

(

локомотивов

парке

приема

( ^закр _ ^ , лок.-ч.).

4 лок закр' '

При закреплении поезда в парке приема выполняется следующая последовательность действий:

- дежурный по станции (ДСП) сообщает машинисту поезда информацию о том, кто будет выполнять закрепление состава (время на переговоры Хп = 0,3 мин.);

- ДСП отдает приказ сигналисту (дежурному по парку) о начале операции закрепления 1п = 0,3 мин.;

- обязательно выполняется проверка надежности работы радиосвязи между машинистом поезда и работником, выполняющем закрепление, 1п = 0,3 мин.;

- выполняется установка тормозных башмаков. Время на выполнение данной операции будет составлять:

гзакр пб ' гус

+г

пр■

(4)

где Пб - количество тормозных башмаков, укладываемых под состав; г^ - время на укладку одного

башмака;

гпр - время, необходимое

составителю для прохода вдоль состава и укладки тормозных башмаков.

- доклад сигналиста машинисту об укладке тормозных башмаков с последующим накатом на них подвижного состава 1п = 0,3 мин.;

- доклад сигналиста машинисту о закреплении 1п = 0,3 мин.;

- доклад сигналиста ДСП о закреплении 1п = 0,3 мин.;

- ДСП сообщает машинисту о закреплении состава и возможности произвести отцепку локомотива 1п = 0,3 мин.

Сократить время на закрепление подвижного состава можно за счет применения на станционных путях механизированных устройств.

Основными требованиями,

предъявляемыми к таким устройствам,

в

являются надежность работы, возможность организации местного или дистанционного управления,

сравнительно небольшая стоимость и простота монтажа на пути.

л х

со М О О

а Й о 3

0 Й и ю

1

ч о и

21 18 15 12

9 6 3 0

• формула 1

■ формула 2

сильный ветер

уклон

0,5

1

1,5

2

2,5

Рис. 3. Зависимость потребного количества тормозных башмаков от уклона

путей парка приема

Направление маневр°вог° Путь парка Поездной Надвижная Спускная

Рис. 4. Определение места остановки поезда и расстояния от головы состава до вершины горки при расположении путей парка приема на подъеме в сторону горки: I" - расстояние от вершины горки до предельного столбика пути, расположенного во входной горловине

парка приема, м;

I п , I м - длина соответственно поездного и маневрового локомотива, м;

лок лок

131 - длина первого полурейса при заезде, м;

132 - длина второго полурейса при заезде, м.

3. Уборка поездных локомотивов в Продолжительность операций по

уб уборке локомотивов из-под поездов,

локомотивное хозяйство (Iлок), мин. прибывающих в парк приема, зависит

от схемы подсистемы «парк приема -сортировочная горка» и расположения локомотивного хозяйства на схеме станции.

Для схем а и б, изображенных на рис. 1, время на уборку будет зависеть

от длины одного полурейса (I^), которое может определяться по

формуле _ а + Ьт (где т =0) или

,1

губ _ 0 061пол лок

мин.

V

При

уб

нормировании и исследовании данной операции следует учитывать

создаваемую враждебность маршрутов и возможную параллельность операций в данном маневровом районе. Таким образом, уборка локомотивов из-под поездов, прибывающих с направлений Б и Г, будет пересекаться: с маршрутами заезда горочных локомотивов под составы ( г ); с маршрутами надвига

составов ( г ), прибывших с

направлений А и В и возможного пересечения с составами с направлений Б и Г (зависит от пути парка приема и наличия параллельных маршрутов следования). В этом случае могут возникнуть непроизводительные

простои поездных локомотивов

, мп мп ^ ,

(глок _ гз или глок _ гн ) в ожидании

tуб лок

г„„„ или увеличение простоя вагонов в

парке приема в ожидании операции заезда горочного локомотива

, ож - з уб с , „

( гваг _ гуок • таг, ваг -ч ). При уборке локомотивов из-под поездов, прибывающих с направлений А и В, маршруты их следования будут пересекаться с маршрутами надвига составов из нижней секции парка

приема, но при этом может параллельно выполняться заезд горочного локомотива и надвиг состава на сортировочную горку с верхней секции парка приема.

В схеме в рис. 1 время уборки поездных локомотивов будет зависеть

п1

от длины двух полурейсов (I и 12 Л

по л), так как локомотивное хозяйство

расположено параллельно парку приема. В данной схеме может возникнуть враждебность маршрутов при одновременной уборке поездных локомотивов из верхней секции парка приема и выполнении операции надвига из нижней секции, а также при уборке локомотива из нижней секции парка приема в локомотивное хозяйство и заезде маневрового локомотива под состав в данную секцию.

Для схемы, изображенной на рис. 2, уборка поездных локомотивов из парка ПО2 будет выполняться за один

полурейс (11 ), при этом может

возникнуть враждебность с маршрутами перестановки составов, подлежащих расформированию, на маневровую вытяжку. Уборка поездных

локомотивов из парка ПО1 более трудоемкая операция, как по времени, т а к и по энергозатратам, так как выполняется за два полурейса, при этом возникает враждебность с маршрутами формирования и выставления составов в приемо-отправочные парки (ПО1 и ПО2).

В данном пункте основной задачей является определение приоритетности выполнения маневровых операций, а именно:

- уборка поездных локомотив;

- заезд горочных локомотивов;

- надвиг составов на сортировочную горку.

Оптимальный выбор

приоритетности позволит сократить:

- простой вагонов на станции;

- энергозатраты поездных

локомотивов, А ;

' п-лок'

- энергозатраты маневровых

локомотивов, А .

' ман - лок

4. Ограничивающей операцией в

парке приема сортировочной станции,

как правило, является технический

осмотр (1т-осм, мин.).

Средняя длительность

технического обслуживания состава

бригадой ПТО определяется по

формуле [3]:

г

Т - осм

тт

■ + а.

(5)

где т - длительность осмотра одного вагона, мин.;

т - число вагонов в составе

поезда;

х - число групп работников ПТО в одной бригаде;

а - время на подготовительно-заключительные операции.

Одновременно с техническим обслуживанием проводится

коммерческий осмотр состава и устранение обнаруженных

неисправностей (и-осм, мин.). В процессе коммерческого осмотра выявляются вагоны с коммерческими

неисправностями, угрожающими

безопасности движения, выполнению маневровой работы и не обеспечивающие сохранность

перевозимых грузов. Проверяется наличие пломб (ЗПУ), наличие и состояние люков, закруток, дверей и кузовов вагонов, размещение и крепление грузов на открытом подвижном составе [7].

Сокращение времени на

выполнение технического и

коммерческого осмотра достигается за счет:

- технико-экономического обоснования увеличения количества бригад ПТО (как вариант - привлечения к обработке состава дополнительного количества работников пунктов технического обслуживания и коммерческого осмотра вагонов из других парков станции);

- использования автоматизированной системы коммерческого осмотра поездов и вагонов;

- внедрения системы автоматического считывания информации с движущегося подвижного состава.

5. Заезд горочного локомотива в хвост состава, расположенного на путях парка приема (¿з), мин. Определяется в зависимости от схемы взаимного расположения сортировочного парка и парка приема, а также от длины полурейсов. Для схем, изображенных на рис. 1 и 4, длина первого полурейса определяется от вершины горки за входную горловину парка приема (I з1, м), а длина второго - от места остановки до хвоста состава (/з2, м) с учетом времени на смену кабины управления (смену направления движения, гпд) [3].

Для рис. 2 длина первого полурейса определяется от вершины горки за разделительную стрелку, находящуюся на горочной вытяжке (/з1, м), а длина второго - от места остановки на горочной вытяжке до головы (хвоста) состава,

расположенного в ПО2 или ПО1 (Iз2, м), с учетом времени на смену кабины управления (смену направления движения, г пд ).

х

г з _

з1 +1 з 2)

+ г

пд,

(6)

где Vз - средняя скорость заезда, км/ч.

Основными критериями при выполнении операции заезд являются:

- время заезда горочных локомотивов г ;

- энергозатраты горочных

локомотивов А .

г - лок

6. Снятие средств закрепления состава (тормозные упоры и/или тормозные башмаки, Ъ-закр), мин. Продолжительность операции зависит от количества средств закрепления и их вида. Нормы закрепления и расчет количества тормозных башмаков приведены в пункте 2.

7. Для схемы, изображенной на рис. 2, после заезда горочного локомотива в парк приема следует операция по вытягиванию состава на горочную вытяжку ( г выт ):

гвыт _ 0,061выт1 Vвыт , (7)

где vвыт - средняя скорость вытягивания, км/ч;

I выт - длина полурейса вытягивания, м.

8. Надвиг состава на горку ( г надв ), мин. Для схем, изображенных на рис. 1 и 4, расстояние надвига определяется от вершины горки до хвостового вагона, надвигаемого состава ( Iнадв ), м [3].

г надв _ 0,061 надв I Vнадв , (8)

где Vнадв - средняя скорость надвига, км/ч.

9. Роспуск состава с сортировочной горки (1;росп), мин. Для

схем, изображенных на рис. 1 а и 1 б, предгорочная горловина парка приема частично будет занята во время выполнения операции роспуска, а соответственно в данный период времени будет создаваться

враждебность маршрутов для уборки поездных локомотивов в локомотивное хозяйство. Для схемы 1 в дополнительно создается враждебность маршрутов при преимущественном направлении А и В и роспуске состава, который надвигался из нижней секции парка приема. Норму времени на роспуск рекомендуется определять по формуле [3]:

г

0,06 • р- т

с

ваг ваг

росп

V росп

(1 -—), (9)

2 ёп

где

1 ваг

расчётная длина вагона, м;

ё - число отцепов, на которые

состав делится при роспуске;

Vр0сп - средняя расчётная

скорость роспуска состава, км/ч.

10. Повторная сортировка вагонов. Во время выполнения данной операции может происходить занятие предгорочной горловины парка приема (рис. 1), а соответственно возникает враждебность с маршрутами поездных локомотивов, убираемых в

локомотивное хозяйство.

Продолжительность данной

операции зависит от: количества повторно сортируемых вагонов; длины

3

полурейса (1И0Л), вытягивания состава

из сортировочного парка в направлении парка приема; времени на повторный роспуск состава.

?

13 _ I +1 +1 , (10) пол вг- гс с лок ' 4 '

V

з

где L,

расстояние от головы

подсистемы сортировочная переменными поставленной

вг - гс

состава до вершины горки, м.

Одной из задач в данных исследованиях является создание математической модели по

определению оптимальной работы «парк приема -горка». Основными для решения

задачи рекомендуется принять: конструктивные параметры подсистемы «парк приема -сортировочная горка»; количество горочных локомотивов; количество бригад ПТО и ПКО; топливно-энергетические затраты поездных и маневровых локомотивов;

продолжительность маневровых

операций.

Ресурсосберегающая модель работы подсистемы «парк приема -сортировочная горка» будет достигаться за счет минимизации затрат на каждую технологическую операцию,

выполняемую в парке приема.

энергетические затраты поездных локомотивов, кг.у.т.;

II ч

с „ - стоимость 1 локомотива-

лок

часа поездного локомотива, руб.

t пр (l пр '1 непр '1 в '1 т ' Vвх ' N г ' QС '

непр С С ■

С

Nпод ' Nпп ' Ncmpi' тваг' 2 акр'

i , l ,) — min

пп пп

(13)

где N с - число поездов, прибывающих в парк приема за сутки.

tуб (21Ж , v tмп ) — min , (14)

локу пол уб лок' ' v '

где

21

лх

- суммарная длина

полурейсов, определяемая при уборке поездного локомотива в локомотивное хозяйство, м.

З = (З + З + Зt ) — min ,(11)

пп v п - лок г - лок вагJ v у

tмп (t , t ) — min ,

локу н ' з ' '

(15)

где З , З - соответственно

п — лок г — лок

затраты на работу поездных и горочных локомотивов в подсистеме «парк приема - сортировочная горка», руб.;

Зваг - затраты связанные с

нахождением вагонов в подсистеме «парк приема - сортировочная горка»,

руб.

Зг - лок(21з '2 tnade'

2 W 2 te«m'2 W' , (16) 2 С' 2 А*^' слок) - min

С 1

где - стоимость 1 локомотива-

лок

часа маневрового локомотива, руб.

З.

п - лок

(2 t пр ' 2 t

уб лок'

(12)

Емп .п п ч „,•„

t ' 2 4 , с ) — mm

лок лок лок

з' (21 21 21 вагк пр' закр' т - оом'

2 ^с - закр'2 ^ '2 tHade'2 ^осп', (17)

где

2 4

лок

суммарные топливно-

EV мп ч

Ъыт'2 W сваг - ч) — min

п

где с - стоимость 1 вагоно-часа,

ваг - ч '

руб.

Упрощенная блок-схема

алгоритма реализации модели

ресурсосберегающей технологии

работы подсистемы «парк приема -сортировочная горка» приведена на рис. 5.

N л N О

± 4 под 1' пп С Nстрi ^ а крг г ппг

1 с

1 ппг тваг

tзакрi , tпрi

Подпрограмма определения оптимального маршрута приема

закр закр ваг , лок

гг 6

Подпрограмма для определения выбора приоритетной операции

+уб

г XXX

лок з н выт

7

X уб лок

8

tт-осм, 'к-осм,

Подпрограмма для определения выбора приоритетной операции

У

г X X X лок з н выт

1А

1з , ^выт

11

Подпрограмма для определения выбора приоритетной операции

У X X лок н росп

1?

г х н росп

13

3 3 31

п — лок г - лок' ваг'

Зпп ^ шт

14

3 3 3

п — лок г — лок ваг'

3 ^ шт

пп

3

4

5

Рис. 5. Блок-схема алгоритма реализации модели ресурсосберегающей технологии работы подсистемы «парк приема - сортировочная горка»

Выводы

Разработанная модель работы подсистемы «парк приема -сортировочная горка» позволит:

- оптимизировать технологические операции в подсистемах станции;

- оптимизировать взаимодействие подсистем станции;

- работникам станции, связанным

с

движением поездов, упростить процесс принятия решений при выборе приоритетных операций;

- сократить межоперационные простои вагонов и локомотивов;

- уменьшить топливно-энергетические затраты поездных и маневровых локомотивов.

Повышение эффективности

работы сортировочной станции может быть достигнуто путем увеличения скорости выполнения технологических операций и степени их параллельности, сокращения перерывов между последовательно выполняемыми

операциями.

Список литературы:

1. Кочнев, Ф. П. Управление эксплуатационной работой на железнодорожном транспорте [Текст] / Ф.П. Кочнев И.Б Сотников. - М.: Транспорт, 1990. - 424 с.

2. Оборот вагона - главный миф железных дорог [Электронный ресурс]. - http://www.rzd-partner.ru/zhd-transport/news /oborot-vagona-glavnyi -mif-zheleznykh-dorog/.

3. Акулиничев, В. М. Железнодорожные станции и узлы:

[Текст] / В.М. Акулиничев, Н.В. Правдин и др.; под ред. В.М. Акулиничева. - М.: Транспорт, 1992. - 479 с.

4. Вергун, О. Ф. 1нструкщя з розрахунку наявно'1 пропускно'1 спроможносп залiзниць Украши: Навч-метод. поаб. / Розробники О. Ф. Вергун т ш. - К.: Транспорт Украши, 2002. -376 с.: ш.

5. Инструкция по проектированию станций и узлов на железных дорогах Союза ССР: ВСН 56-78 / Минтрансстрой СССР, МПС СССР. -М. : Транспорт, 1978. - 171 с.

6. 1нструкщя з руху поiздiв та маневрово'1 роботи на залiзницях Украши. - К: Транспорт Украши, 2005. - 462 с.

7. Типовой технологический процесс работы сортировочной станции [Электронный ресурс], -http://scbist.com/ек^р1^ас1уа^е^пу^ dorog/18054-tipovoi-tehno1ogicheskii-process-raboty-sortirovochnoi-stancii-ot-27-maya-2003-g.html.

Аннотации:

В статье, что позволит повысить эффективность работы станции.

Ключевые слова: сортировочная станция, технологические операции, ресурсосбережение, парк приема, сортировочная горка, межоперационные непроизводительные

простои.

The article developed a mathematical model of the "receiving park - sorting slide" subsystem, taking into account the hostility of shunting operations and resource-saving technologies, which will improve the efficiency of the station.

Keywords: sorting station, technological operations, resource saving, reception park, sorting hill, inter-operation idle time, between operating non productive idle times.