CC BY
37
УДК 656.256.3
В. И. Шаманов, докт. техн. наук
Кафедра «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте»,
Российский университет транспорта (МИИТ), Москва
ВЛИЯНИЕ ОТКАЗОВ В СИСТЕМАХ ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НА ДВИЖЕНИЕ ПОЕЗДОВ ПО ДВУХПУТНЫМ УЧАСТКАМ
Уровень надежности систем интервального регулирования движения поездов непосредственно влияет на безопасность и бесперебойность их движения, на скорость и сроки доставки грузов и пассажиров, на трудоемкость и себестоимость перевозок, на расходы по эксплуатации этих систем. Если рассматривать участок железной дороги как сложную динамическую систему, то при относительно небольшом весе основных фондов технических средств, предназначенных для интервального регулирования движения поездов, отказы в них заметно влияют на выходной эффект такой системы.
На железных дорогах России применяются преимущественно системы интервального регулирования с использованием рельсовых цепей и разделением перегонов на блок-участки. Такие системы широко задействуются и на железных дорогах мира. Поэтому актуальна проблема количественного определения потерь в движении поездов от отказов устройств электрической централизации при сквозном пропуске поездов через станцию и от отказов устройств автоблокировки.
Величина потерь зависит от интенсивности отказов технических средств и времени восстановления их работоспособности, от интенсивности движения поездов, длины блок-участков, соотношения грузовых и пассажирских поездов на участке, скорости их движения по графику и степени уменьшения скорости из-за отказов рассматриваемых технических средств. По участкам железных дорог России движутся и грузовые и пассажирские поезда, скорости которых могут заметно различаться, что существенно влияет на потери в движении от таких отказов. При расчетах приходится использовать данные по пропускной способности перегонов и возможностям ускорения поездов.
Результаты расчетов обеспечивают возможность объективного выбора типа рассматриваемых систем и требований к ним при новом проектировании или при их реконструкции на участках железных дорог, а также возможность корректного распределения расходов на повышение надежности эксплуатируемых систем.
Системы интервального регулирования движения поездов, отказы, потери в поездной работе, незапланированные остановки, потери поездо-часов, расчеты, учитываемые параметры, результаты расчетов
DOI: 10.20295/2412-9186-2021-7-3-395-413 Введение
В системах интервального регулирования движения поездов основной проблемой становится непрерывный контроль положения поезда на участке пути и скорости его движения. Поэтому данные системы различаются прежде всего методами и техническими средствами реализации такого контроля.
Наиболее широко используемыми техническими средствами обеспечения безопасного интервала между поездами при их движении на многих магистральных железных дорогах мира остаются различные системы с использованием рельсовых цепей (РЦ). Они обеспечивают контроль свободности участков железнодорожного пути и целостности рельсов, а также передачу этой информации на локомотивы и в аппаратуру телеконтроля.
Однако РЦ требуют относительно высоких вложений в инфраструктуру при строительстве, подвержены действию различных помех, а их эксплуатация дорога. Ведутся активные работы по их замене на железных дорогах мира другими устройствами.
Исследуется возможность применения для решения рассматриваемых задач счетчиков осей, волоконно-оптических кабелей, индуктивных шлейфов, ультразвуковых датчиков [1]. Начинает использоваться спутниковая навигация и евробализы. Цифровая радиосвязь позволяет реализовывать координатные системы интервального регулирования движением поездов [2—6].
Системы интервального регулирования движения поездов, работающие на новых принципах, характерны в основном для линий с высокоскоростным или очень интенсивным движением. На магистральных железных дорогах России, стран постсоветского пространства и развитых государств мира продолжается широкое использование РЦ [7—10].
В настоящее время на перегонах магистральных железных дорог РФ интервальное регулирование движения поездов обеспечивается прежде всего системами автоблокировки различных типов, а на станциях — релейными, релейно-процессорными и микропроцессорными системами электрической централизации (ЭЦ). Их отказы прямо влияют на безопасность и бесперебойность движения поездов.
При расчетах пропускной способности перегона влияние на нее уровня надежности технических средств учитывают использованием специального коэффициента [11]. Однако неясно, какую долю в этом уменьшающем пропускную способность коэффициенте занимают отказы технических средств автоблокировки и ЭЦ. Поэтому актуальна проблема объективной оценки влияния отказов этих средств на качество интервального регулирования движения поездов.
1. Задержки поездов при отказах аппаратуры сигнальной точки
двухпутной автоблокировки
В перегонных устройствах кодовой автоблокировки более 80 % отказов приводит к смене показаний напольных светофоров с зеленого огня на красный. В соответствии с требованиями [12] машинист должен останавливать поезд перед проходным светофором как с красным огнем, так и с непонятным показанием или погасшим.
Если отказ не вызывает уплотнение поездопотока, то средние потери времени хода каждого поезда при ложном горении красного огня зависят от средней длины блок-участка, длины поезда и скорости движения поезда по графику; от продолжительности стоянки поезда перед красным огнем, ускорения и скорости после проследования красного сигнала [13—15].
Анализировать влияние отказа аппаратуры сигнальной точки автоблокировки на движение поездов по перегону удобно по исполненному графику движения поездов [16].
Фрагмент исполненного графика движения поездов по перегону при отказе одной сигнальной точки двухпутной автоблокировки приведен на рис. 1, на котором показаны координаты оси и выходного сигнала станции А, координата входного сигнала станции Б и координаты сигнальных точек автоблокировки с номерами от 1 до 11.
Если отказов устройств автоблокировки нет, поезда движутся в соответствии с графиком, показанным на рисунке штриховыми линиями при времени хода по перегону равном ?х. Наиболее характерные отказы вызывают ложное горение красного огня одного светофора.
В рассматриваемом примере ложным красным огнем горит светофор сигнальной точки 7. Тогда светофор сигнальной точки 5 горит желтым огнем, поэтому
ч-Ось ст. А
\
ь— Вых. ст. А
Рис. 1. Фрагмент исполненного графика движения поездов по перегону при отказе одной сигнальной точки двухпутной автоблокировки
скорость движения первого поезда, идущего по перегону после возникновения отказа сигнальной точки 7, начинает уменьшаться уже после проследования сигнальной точки 3. Скорость движения поезда становится еще меньше после проследования светофора 5 и движении на красный огонь светофора 7. Фактический (исполненный) график движения поездов для рассматриваемого случая показан на рис. 1 жирной линией.
После остановки поезда перед светофором 7 и выяснения того, что впереди на перегоне поездов нет, его движение начинается через время продолжительностью до 3 мин в зависимости от мощности компрессора локомотива. После проследования светофора 7 с горящим красным огнем поезд движется с пониженной скоростью не более 20 км/час. Только после освобождения блок-участка между сигнальными точками 7 и 9 поезд начинает двигаться с разрешенной по графику скоростью. В результате потери времени хода этим поездом между станциями А и Б составят А^.
Если поезд успевает освободить перегон до вступления на него следующего за ним поезда, то потери времени хода у этих поездов будут одинаковыми — равными At1.
Когда второй поезд отправляется со станции А с соблюдением указанного на рисунке расчетного интервала /, для него будут гореть желтым огнем также светофоры 1 и 3, вызывая дополнительное снижение его скорости движения. Потери времени хода второго поезда составляют А^. Межпоездной интервал между рассматриваемыми поездами на станции Б увеличится до I . Потери времени хода у последующих поездов будут нарастать.
Если интервал попутного следования такой, что каждый из поездов будет следовать по перегону при ложном горении только светофоров 5 и 7, то потери времени хода каждого поезда будут такие же, как у первого поезда на рис. 1. В таком случае потери времени хода каждого поезда при наиболее характерном отказе автоблокировки, когда на светофоре с зеленым огнем ложно загорается красный огонь, можно рассчитать с учетом [17, 18], если не применяются защитные участки и при расчетах учитываются средние длины блок-участков I ,
ср
по формуле
21 21 VI + IV - V 31 +1
At = ср . ^ср + .. + ^кр + 'ср ^ *п + *г *кр 'ср ^ *п (1)
ср V + V V ост V V '
'г + ' ж ' ж ау "кр ау 'г
где 1П — длина поезда, км; ^ст — продолжительность стоянки поезда перед ложно горящим красным огнем светофором, мин; Vг — скорость движения поезда по графику, км/мин; VЖ — допустимая скорость поезда после проезда светофора с желтым огнем, км/мин; V — скорость движения поезда после проследования напольного светофора с красным огнем (не больше 20 км/час = 0,33 км/мин); ау — ускорение поезда, км/мин 2.
Последний элемент в формуле (1), по сути, расчетный интервал попутного следования между поездами I. При определении потерь времени хода для грузовых или пассажирских поездов в формуле (1) используются соответствующие численные значения ее элементов.
Ходовая скорость грузовых поездов в 0,6—0,8 раз меньше ходовой скорости пассажирских поездов, поэтому средние потери времени хода пассажирских поездов при отказах сигнальных точек больше, а средние потери времени хода пассажирских поездов и грузовых поездов рассчитываются раздельно.
2. Алгоритм расчета влияния отказов двухпутной автоблокировки
на движение поездов
При отказе одной сигнальной точки автоблокировки потери в движении грузовых поездов содержат три составляющих: потери поездо-часов за время восстановления работоспособности сигнальной точки, дополнительные задержки поездов в течение периода восстановления графикового ритма после устранения отказа и задержки грузовых поездов из-за дополнительных обгонов их пассажирскими поездами для ликвидации опозданий пассажирских поездов [20].
Если в потерях присутствуют все три составляющих, то зависимость потерь поездо-часов от времени восстановления работоспособности устройств сигнальной точки Тв нелинейная. Потери поездо-часов за время восстановления работоспособности сигнальной точки составляют [19]
= 0,5
2 А?ср +
гт Л -1 v 1кР j
( 1кр 1 ср )
T
(2)
1 ср
где I — средний интервал между поездами при их движении по графику, I — средний интервал после проследования светофора с ложно горящим красным огнем.
Следовательно, для расчета этой величины надо знать численные значения среднего интервала между поездами при их движении по графику и при движении после проследования светофора с ложно горящим красным огнем. При расчетах межпоездного интервала время на восприятие сигнала машинистом локомотив не учитывают ввиду малости его величины, составляющей около 0,005 мин.
Средний интервал между грузовыми поездами с учетом формулы для расчета коэффициента использования пропускной способности при автоблокировке [11]
I _ (1440 — ¿техн)а н^п —£псПпс 1р.гр (3)
1 ср.гр _ , (3)
Пгр
где 1440 — количество минут в сутках; ?техн — длительность технологического окна в графике движения поездов для работ по текущему содержанию пути, контактной сети и других устройств; ан — коэффициент, учитывающий надежность работы технических средств; кП — число поездов (или пар поездов) в периоде графика; пгр — размеры движения грузовых поездов, пар; ппс — размеры движения пассажирских поездов, пар; епс — коэффициент съема пропускной способности пассажирскими поездами [20].
Фактическое движение поездов отличается неравномерностью и несинхронностью. Поэтому, строго говоря, в формуле (3) должны использоваться вероятностные характеристики потока поездов [21, 22].
Формула для вычисления предельного минимального интервала попутного следования, когда отказ сигнальной точки автоблокировки не вызывает уплотнения поездопотока и сохраняется линейная зависимость потерь в поездной работе от времени восстановления, приведена в [13]. Там же даны формулы для вычисления средней величины интервала I между грузовыми поездами
кр.гр
и минимальной величины межпоездного интервала I т.п после проследования светофора с ложно горящим красным огнем.
Если оперировать поездами, приведенными к грузовым поездам, то общее количество поездов, прошедших на красный огонь светофора за время восстановления соответственно при 1кр пр > 1ср тр и при 1кр пр <
п
кр
-; п
I кр I
кр.гр ср.гр
(4)
Из них грузовых и пассажирских поездов соответственно
п п
п = Угр . п = п - п кр.гр ' кр.пс кр кр.гр'
пгр + ппс
(5)
Средние потери времени хода первого поезда при проследовании неисправной сигнальной точки с проходным светофором, горящим ложно красным огнем, с учетом (1) для грузовых поездов
^ср.гр 21ср
1 1 1
■ +-+ -
V + V V 2 V
\ г.гр ж.гр ж.гр кр у
V I +1
+ г.гр + ср гр
а.
V
+ ^ост ^.гг^ (6)
кр
для пассажирских поездов
м
ср.пс
21,
ср
V + V V 2V
\ г.пс ж.пс ж.пс кр у
+ ^г.пс + 1ср + 1пс + , — I - ост р.пс'
2ат
V
кр
(7)
В
В
Продолжительность опоздания последнего поезда, прошедшего на красный огонь светофора, для грузовых поездов при I пр > I гр
^огр _ ^ср.гр + («кр — 1)(1кр.пр — "^ср.гр ); (8)
для пассажирских поездов с учетом того, что вероятность их проследования будет в ппс /и раз меньше, чем грузовых
^опс ^ср.пс +
f \ n
«кр ^ -1
V «гр У
('кр .пр 'ср.гр ). (9)
Продолжительности опоздания при 1кр пр < 1ср гр для грузовых поездов tогр и пассажирских поездов ?опс берутся равными их значениям, вычисленными по формулам (6) и (7) соответственно.
Количество поездов, опаздывающих после устранения отказа до восстановления графикового ритма, для грузовых поездов и пассажирских поездов соответственно
п =_^ОГЕ_• п =_^__(10)
огр j j ' опс j j • \iyj>
ср.гр р.гр ср.гр р.пс
Продолжительность периода, в течение которого будут опаздывать грузовые поезда
Тогр = ТВ + «огр 1р.гр. (11)
Потери поездо-часов за время восстановления устройств автоблокировки по грузовым поездам и по пассажирским поездам соответственно
^с^гр _ 0,5(^ср.гр + ^огр)пкр.гр' ^оЫс _ 0,5(^ср.пс + ^опс)пкр.пс. (12)
Потери поездо-часов за период восстановления графикового ритма после устранения отказа соответственно для грузовых поездов при погр > 1 и для пассажирских поездов при попс > 1
0,5О«огр - 1); То2пс = 0Хпс(«опс - 1). (13)
При или соответствующее значение То2 принимается равным нулю.
Среднее время опоздания за весь период нарушения графикового ритма соответственно для грузовых поездов и пассажирских поездов
Т^ + т
-; С
1ср о1гр "*" То2гр . ,ср _ То1пс + То2пс
огр ' опс
П + П П + П
кр.гр огр кр.пс опс
(14)
Задержки грузовых поездов из-за дополнительных их обгонов пассажирскими поездами, вызванные опозданием грузовых поездов на То1 гр и То2 гр
о3гр
Т П 1
огр пс об
1440/,
(1огр ^опс ),
(15)
ср.гр
где 1об — время, в течение которого осуществляются обгоны. При 1огр < 1опс эти задержки принимаются равными нулю.
Общее количество потерь поездо-часов грузовыми поездами и пассажирскими поездами соответственно
Т _ Т + Т + Т ; Т _ Т + Т
гр о1гр о2гр о3гр' пс о1пс о2пс'
(16)
Общее среднее число остановок грузовых и пассажирских поездов соответственно
п _ П +-
ост.гр кр.гр
о3гр .
1
/кр.гр /р.гр + 2
1ср + 1пр + ^вх + I
3 гр
V ^ У
об
V
1 1
.V V
V ж.гр г.гр У
+1 .
уст
(17)
3. Результаты использования разработанной методики расчетов
По разработанному алгоритму была создана программа с использованием рассмотренных формул для проведения расчетов в компьютерной среде. Варьировались размеры и скорости движения грузовых и пассажирских поездов, длины блок-участков и поездов, возможности их ускорения, время восстановления работоспособности технических средств в рассматриваемых системах.
В качестве примера в табл. 1 представлены результаты расчетов. Зависимости получены при численных значениях параметров, приведенных в [13]. Верхний допустимый предел коэффициента заполнения пропускной способности для двухпутных участков был взят равным 0,91 [23].
Более полные результаты расчетов приведены в [24]. Их анализ показал, что в случаях, когда ложно горит красным огнем один проходной светофор двухпутной автоблокировки, рост средней длины блок-участков приводит к пропор-
Таблица 1. Количество задерживаемых поездов и поездо-часы задержек на двухпутных линиях, оборудованных автоблокировкой
Размеры Время вос- Длина блок-участка 1,5 км Длина блок-участка 2,0 км
движения, поездов станов-ления Число задерживаемых поездов Поездо-часы задержки Число задерживаемых поездов Поездо-часы задержки
Груз. Пасс. ч Груз. Пасс. Груз. Пасс. Груз. Пасс. Груз. Пасс
Скорость движения грузовых поездов 40 км/ч, пассажирских - - 80 км/ч
40 30 0,5 0,75 0,54 0,17 0,13 0,88 0,63 0,33 0,27
1,0 1,50 1,09 0,34 0,26 1,75 1,27 0,57 0,45
1,5 2,23 1,63 0,51 0,39 2,62 1,90 0,80 0,62
2,0 2,96 2,18 0,68 0,52 3,48 2,54 1,03 0,80
2,5 3,68 2,72 0,84 0,64 4,34 3,17 1,26 0,97
3,0 4,40 3,27 1,01 0,77 5,19 3,81 1,50 1,15
3,5 5,12 3,81 1,17 0,90 6,04 4,44 1,73 1,33
4,0 5,84 4,35 1,33 1,03 6,88 5,08 1,96 1,50
4,5 6,55 4,90 1,50 1,16 7,73 5,71 2,18 1,68
5,0 7,27 5,44 1,66 1,29 8,57 6,35 2,41 1,85
5,5 7,99 5,99 1,82 1,42 9,42 6,98 2,64 2,03
6,0 8,71 6,53 1,99 1,55 10,26 7,62 2,87 2,20
80 25 0,5 1,91 0,56 0,66 0,38 2,62 0,45 4,20 1,93
1,0 3,81 1,11 1,10 0,51 6,32 0,90 9,00 2,80
1,5 5,70 1,67 1,54 0,64 11,10 1,35 15,52 3,81
2,0 7,56 2,22 1,96 0,77 16,95 1,80 23,78 4,96
2,5 9,40 2,78 2,38 0,91 23,89 2,25 33,76 6,25
3,0 11,24 3,34 2,80 1,04 31,91 2,70 45,49 7,69
3,5 13,06 3,89 3,22 1,17 41,02 3,14 58,94 9,27
4,0 14,87 4,45 3,63 1,30 51,21 3,59 74,13 11,00
4,5 16,67 5,01 4,05 1,43 62,50 4,04 91,05 12,9
5,0 18,47 5,56 4,46 1,57 74,87 4,49 109,7 14,9
5,5 20,26 6,12 4,87 1,70 88,34 4,94 130,1 17,0
6,0 22,06 6,67 5,28 1,83 102,9 5,39 152,2 19,3
Окончание табл. 1
Размеры Время вос- Длина блок-участка 1,5 км Длина блок-участка 2,0 км
движения, поездов станов-ления Число задерживаемых поездов Поездо-часы задержки Число задерживаемых поездов Поездо-часы задержки
Груз. Пасс. ч Груз. Пасс. Груз. Пасс. Груз. Пасс. Груз. Пасс
Скорость движения грузовых поездов 60 км/ч, пассажирских - 120 км/ч
40 30 0,5 0,64 0,46 0,15 0,12 0,70 0,50 0,19 0,14
1,0 1,27 0,93 0,30 0,23 1,40 1,01 0,39 0,29
1,5 1,89 1,39 0,45 0,35 2,09 1,51 0,58 0,43
2,0 2,50 1,85 0,60 0,46 2,77 2,02 0,76 0,57
2,5 3,11 2,32 0,74 0,58 3,44 2,52 0,95 0,72
3,0 3,72 2,78 0,89 0,69 4,11 3,03 1,14 0,86
3,5 4,33 3,24 1,03 0,81 4,78 3,53 1,32 1,00
4,0 4,94 3,71 1,17 0,92 5,45 4,03 1,51 1,14
4,5 5,56 4,17 1,32 1,04 6,12 4,54 1,69 1,29
5,0 6,18 4,63 1,47 1,15 6,79 5,04 1,88 1,43
5,5 6,80 5,10 1,62 1,27 7,45 5,55 2,06 1,57
6,0 7,41 5,56 1,76 1,38 8,12 6,05 2,24 1,72
циональному увеличению потерь поездо-часов грузовыми поездами, практически не сказываясь на величине их дополнительных остановок. С увеличением количества грузовых поездов по отношению к количеству пассажирских потери в поездной работе растут вследствие приоритетного пропуска пассажирских поездов, приводящего к увеличению числа и времени стоянок грузовых поездов под обгоном. Потери для пассажирских поездов относительно невелики.
При величине коэффициента использования пропускной способности меньше 0,5 потери поездо-часов грузовыми поездами и количество их дополнительных остановок относительно невелики.
4. Алгоритм расчета влияния отказов устройств ЭЦ на движение
поездов на промежуточных станциях
При сквозном пропуске поездов через станцию или при работе в режиме автодействия отказы системы ЭЦ промежуточных станций вызывают необходимость движения поездов при запрещающих или пригласительных огнях
светофоров, вносят помехи в поездопоток аналогично отказам проходных сигнальных точек автоблокировки. При работе в таких режимах станцию можно представить как своеобразный перегон.
Отказы устройств ЭЦ приводят к увеличению продолжительности трех операций: приготовления маршрута, открытия сигнала и проследования поездом маршрута приема и/или отправления. Кроме того, после обнаружения нарушения нормальной работы устройств ЭЦ до начала установки первого маршрута дежурный по станции должен выполнить ряд действий, чтобы лично убедиться в готовности маршрута для его использования. На выполнение таких операций уходит 0,16-0,33 часа в зависимости от конкретных условий на станции, и по существу это не что иное как «окно» [25].
На промежуточных станциях обычно отсутствуют другие работники службы движения, которые могли бы помочь дежурному по станции, продолжительность «окна» на них ближе к верхнему пределу.
Отказы устройств ЭЦ могут привести просто к увеличению времени на установку маршрутов на 3-5 минут, если при этом сохраняется возможность пропуска поездов при разрешающих показаниях светофоров. Однако примерно половина отказов вызывает необходимость перехода на пропуск поездов с использованием пригласительного сигнала, что приводит к дополнительным потерям времени хода поезда.
Время открытия сигнала растет, т. к. перед приемом или отправлением поезда при запрещающем показании соответствующего светофора дежурный по станции должен выполнить ряд дополнительных операций, чтобы лично убедиться в готовности маршрута для его использования.
Третья составляющая определяет потери поездо-часов из-за увеличения времени хода поезда по станции и потери из-за дополнительных обгонов грузовых поездов пассажирскими поездами. При этом коэффициенты участковой скорости определяются по известным соотношениям [26].
Большинство поездов проходит промежуточные станции без плановой остановки. Поэтому при использовании пригласительного сигнала дополнительные потери поездо-часов за время пропуска поездов при ручной установке и разделке маршрута (от момента окончания «окна» до окончания времени восстановления) можно рассчитывать в первом приближении по методике аналогичной той, что рассматривалась для устройств автоблокировки.
В исходных данных необходимо задавать дополнительно следующие параметры: сумма длин горловины и пути приема — Хвх, км; сумма длин горловины отправления и первого блок-участка — Хвых, км; длина блок-участка между предупредительным и входным светофорами — I , км; время установки маршрута при нарушениях нормальной работы устройств ЭЦ — 1уст, ч; продолжительность «окна» — 1 , ч.
ок'
Расчет влияния на движение поездов отказов устройств ЭЦ на промежуточных станциях двухпутных линий можно проводить следующим порядком.
Расчетный интервал попутного следования между грузовыми поездами находится с использованием формулы (1). Величина среднего интервала между грузовыми поездами вычисляется по формуле (3).
Интервал между грузовыми поездами после проследования станции при запрещающих показаниях входного светофора с учетом дополнительного времени /уст на установку маршрута
I = I + 2
кр.гр р.гр
г 1 +1 + Т Л
ср *пр ^ ^вх + 1
3 + 1гР
V 3 У
, V V
V ж.гр г.гр у
+/
уст'
(18)
Этот интервал при запрещающих показаниях выходного светофора
I = I + 2
кр.гр р.гр
г 1 + Т + Т Л
ср ~^вх ^вых + 1
3 + 1гр
V 3 У
.V V
V ж.гр г.гр у
+/
уст
(19)
Интервалы между пассажирскими поездами рассчитываются по подобным формулам с подстановкой в них численных значений средней длины пассажирского поезда и его соответствующих скоростей.
Общее количество поездов, прошедших станцию при запрещающих показаниях светофоров при Iкртр > I или при I < I соответственно
п
кр
ТВ ^ок 'кр.гр
. п
кр
ТВ ¡ок ^ср.гр
(20)
Из них количество грузовых и пассажирских находится по формулам (10). Потери времени хода первого поезда при проследовании станции при запрещающих показаниях входного светофора для грузовых поездов:
Л/,
21,
ср
гр
V + V V
г.гр ж.гр ж.гр
21пр Твх + 1гр V2 + V2 1 +1 + Т
+ + ^х—гр + ^ + ^ __ пР - ср пр-вх; (21)
V
пр
2а V
у г.гр
К
г.гр
для пассажирских поездов:
Л/
21,
ср
V + V V
г.пс ж.пс ж.пс
+ 21пр + Твх + 1пс + t +
-I- -I- -I- ¿0сТ Т
V
пр
V2 + V2 1ср+1пр + Твх
г.пс пр ср пр вх
2а V
г.пс
(22)
То же при запрещающих показаниях выходного светофора для грузовых поездов:
Л/гр
гр + V
Т
+ "вх | "вых + / + г.гр
'ост """
V,,
г.гр ж.гр ж.гр
V
V2 + V2 I +ь + Т
-— пр пр вх вых ; (23)
пр
2а V
у г.гр
гр
для пассажирских поездов:
21 2 Т Т V2 + V2 I + ь + Т Л/ =--+ ^ + ±вых +/ + -п^ -5х-вых. (24)
пс V + V V V 2а V V
г.пс ж.пс ж.пс пр ^^у' г.пс пс
Если время приготовления маршрута меньше интервала между поездами I и пригласительный сигнал на светофоре загорается до подхода к нему поезда, то в формулах (23) и (24) время /ост не учитывается.
Далее порядок расчета полностью совпадает с порядком расчета по определению потерь поездо-часов и количества остановок поездов при отказах устройств двухпутной автоблокировки.
Общее количество потерь поездо-часов грузовыми поездами:
т + т + т
т _ т + т + т + т _ огр о2гр о3гр_. (25)
гр о1гр о2гр о3гр ок т + т + т + т + т '
о1гр о2гр о3гр о1пс о2пс
пассажирскими поездами:
т + т
т _ т + т + т _ о1пс о2пс__(26)
пс _ о1пс о2пс ок ^ I Т1 _1_ Т1 _1_ Т1 _1_ Т1 ' ( )
о1гр о2гр о3гр о1пс о2пс
Общее среднее число остановок грузовых поездов:
п _ п + 1°£р + п Пкр.гр/об + то3гр. (27)
"ост.гр "кр.гр ^ , ^ "ок , гр ' ч^-'/
^об Пкр.гр^об + то3гр
пассажирских поездов:
п _ п + п Пкр.пс?°б (28)
"ост.пс "кр.пс ^ "ок + А_Т ' пкр/об + то3гр
Таким образом, при расчетах потерь в движении поездов через промежуточные станции от отказов устройств ЭЦ при их работе в режиме автодействия приходится учитывать некоторые параметры устройств автоблокировки на прилегающих к станции перегонах, а также особенности организации на станции работ при движении поезда по пригласительному огню на входном или выходном светофоре.
Ориентировочное количество задержанных поездов пок и время простоя Гок для двухпутных линий в зависимости от времени перехода на ручное управле-
Таблица 2. Количество задержанных поездов и время их простоя при переходе на ручное управление централизованными стрелками на промежуточных станциях двухпутных линий
Размеры движения, пар поездов Число задерживаемых поездов, пок Поездо-часы задержки, Ток
Груз. Пасс. Продолжительность «окна», ч Продолжительность «окна», ч
0,25 0,5 1,0 0,25 0,5 1,0
40 30 0,1 0,3 2,2 8,7 11,3 14,2
50 26 0,2 0,7 3,1 9,1 11,7 15,0
60 25 0,4 1,3 4,4 10,2 13,5 17,8
70 25 0,7 2,1 6,2 11,8 16,0 21,6
80 25 1,2 3,2 8,8 13,2 18,6 26,2
90 20 1,4 3,7 10,0 10,4 15,6 23,2
100 20 2,1 5,4 14,0 13,9 18,0 24,3
ние стрелками и сигналами на станциях можно брать из табл. 2, построенной на основе [11].
На эти показатели основное влияние оказывают интенсивность движения поездов, соотношение между грузовыми и пассажирскими поездами и продолжительность технологического «окна».
Заключение
Расчеты неплановых остановок и задержек поездов при отказах в системах интервального регулирования движения поездов относительно сложны вследствие необходимости учета многих факторов.
В статье изложены основные результаты разработки алгоритмов и расчетов величины потерь в движении грузовых и/или пассажирских поездов по двухпутным перегонам при ложном загорании красного огня проходного светофора автоблокировки, входных и/или выходных светофоров на промежуточных станциях при сквозном пропуске поездов. При разработке алгоритмов учтены результаты работы отечественных ученых.
При расчетах по разработанному алгоритму учитываются интенсивность отказов, продолжительность времени восстановления работоспособности устройств, продолжительность стоянки поезда перед ложно горящим красным огнем светофора и потери времени его хода, длины поездов, длины блок-участков на перегоне или горловин и приемоотправочных путей на станции. Принимается во внимание также интенсивность движения поездов, соотношение количества грузовых и пассажирских поездов на перегоне, их ускорения; скорости движения
по графику и при их ограничении; коэффициент съема пропускной способности пассажирскими поездами.
На станциях дополнительно учитываются потери времени из-за необходимости выполнения ряда операций для обеспечения безопасности движения поездов по пригласительным сигналам.
Расчеты легко программируются, что обеспечивает их реализацию в компьютерной среде. В статье приведены некоторые результаты расчетов неплановых остановок и задержек поездов для характерных условий при отказах в рассматриваемых системах интервального регулирования их движения.
Библиографический список
1. Гапанович В. А. Методы и технические средства определения местоположения подвижного состава / В. А. Гапанович, В. И. Головин, В. И. Астрахан // Автоматика, связь, информатика. - 2019. - № 2. - С. 10-13.
2. Розенберг И. Н. Инновационные технологии интервального регулирования - основа системы управления движением на МЦК / И. Н. Розенберг, В. Г. Матюхин, А. Б. Ша-бунин, В. И. Уманский // Автоматика, связь, информатика. - 2019. - № 6. - С. 5-10.
3. Шаманов В. И. Системы интервального регулирования движения поездов с цифровыми радиоканалами / В. И. Шаманов // Автоматика на транспорте. - 2018. - Т. 4. - № 2. -С. 223-240.
4. Büssmann F. Yu, Scheier B., Brinkmann F., Jäder B. Wirtschaftlichkeit eines satellitenge stüzten ERTMS für deutsche Regionalstrecken // Signal und Draht. - 2016. - B. 108. - № 10. -S. 6-11.
5. Sauer C. Gleisstromkreise - ein veraltetes oder aktuelles Mittel zur Gleisfreimtlding //Ei-senbahningenieuer. - 2014. - B. 65. - № 7. - S. 25-30.
6. Rosenbergen M., Pointer F. Hochverfugbarkeit: Definition, Einflussfaktoren und Lösungen // Signal und Draht. - 2015. - B. 107. - № 6. - S. 6-8.
7. Watanabe I., Takashige T. Moving Block System with Continuous Train Detection Utilizing Train Shutting Impedance of Track Circuit // Quarterly Reports of RTRI. - 1989. - № 4. -Pp. 9-11.
8. Vantuono W. Train control systems in the United States // Internationale Railway Journal, 2009. - № 10. - Pp. 32-34, 36.
9. Railway Operation and Control. 3rd edition // Washington: VTD Rail Publishing, Mountlake Terrace. - 2014. - 284 p.
10. Розенберг Е. Н. Технико-экономическая эффективность многоуровневой системы управления и обеспечения безопасности движения поездов / Е. Н. Розенберг, В. И. Та-лалаев, В. И. Шаманов. - М.: Изд-во ВНИИАС, 2004. - 121 с.
11. Кочнев Ф. П. Управление эксплуатационной работой железных дорог / Ф. П. Кочнев, И. В. Сотников. - М.: Транспорт, 1990. - 424 с.
12. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации. - М.: ООО «Техинформ», ООО Центр «Транспорт», 2012. - 512 с.
13. Сапожников Вал. В. Надежность систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: учеб. пособие / Вал. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Д. В. Ефанов, В. И. Шаманов. - М.: ФГПУ ДПО «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2017. - 318 с.
14. Абрамов В. М. Критерии эффективности функционирования автоблокировки с учетом ее надежности / В. М. Абрамов, А. А. Разгонов, Б. А. Давлетьяров // Вестник ВНИИЖТа. - 1977. - № 1. - С. 51-54.
15. Козлов В. Е. Пропускная способность железнодорожных линий и надежность технических устройств / В. Е. Козлов // Вестник ВНИИЖТа. - 1979. - № 4. - С. 1-6.
16. Каретников А. Д. График движения поездов / А. Д. Каретников, Н. А. Воробьев. - М.: Транспорт, 1979. - 301 с.
17. Козлов В. Е. Отказы устройств автоматики и телемеханики и их влияние на эксплуатационные показатели железных дорог / В. Е. Козлов, А. Ф. Михайлов, В. М. Абрамов, Б. А. Давлетьяров // Автоматика и связь / ЦНИИТЭИ МПС. - 1973. - Вып. 6. - 17 с.
18. Шишляков А. В. Эксплуатационная надежность устройств автоблокировки и АЛС / А. В. Шишляков, Ю. А. Кравцов, А. Ф. Михайлов. - М.: Транспорт. 1969. - 96 с.
19. Козлов В. Е. Технико-экономическая оценка надежности устройств СЦБ на двухпутных линиях / В. Е. Козлов, Е. Г. Ефимова // Вестник ВНИИЖТа. - 1982. - № 7. - С. 21-24.
20. Инструкция по определению станционных и межпоездных интервалов № ЦД-361. -М.: Транспорт, 1995. - 31 с.
21. Угрюмов А. К. Неравномерность движения поездов / А. К. Угрюмов. - М.: Транспорт, 1968. - 112 с.
22. Shamanov V. Influence of train flow dynamics on quality of interval regulation // Scientific discussion. - 2020. - Vol. 1. - № 3. - Pp. 43-45.
23. Макарочкин А. М. Использование и развитие пропускной способности железных дорог / А. М. Макарочкин, Ю. В. Дьяков. - М.: Транспорт, 1981. - 287 с.
24. Шаманов В. И. Методика расчета эффективности технических мероприятий по повышению надежности действующих устройств сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) / В. И. Шаманов, Б. М. Ведерников. - М.: МПС СССР, 1990. - 79 с.
25. Инструкции по движению поездов и маневровой работе на железных дорогах Российской Федерации № 1362р от 10 июля 2012 г. - М.: «ТРАНСИНФО ЛТД», 2012. - 441 с.
26. Баранов А. М. Рациональная загрузка железнодорожных линий / А. М. Баранов, В. Е. Козлов, А. Д. Чернюгов // Сборник научных трудов ВНИИЖТ. - 1988. - Вып. 361. - 208 с.
V. I. Shamanov, Doctor of Technical Sciences
Department of Automation, remote control and communication on railway transport,
Russian University of Transport (MIIT), Moscow
THE EFFECT OF FAILURES IN INTERVAL CONTROL SYSTEMS ON THE MOVEMENT OF TRAINS ON DOUBLE-TRACK SECTIONS
The level of reliability of systems for train traffic train separation directly affects the safety and continuity of their movement, the speed and timing of delivery of goods and passengers, the labor intensity and cost of transportation, and the costs of operating these systems.
If we consider a section of a railway as a complex dynamic system, then with a relatively small weight of fixed assets of technical means intended for interval regulation of train traffic, failures in them significantly affect the system output.
On the railways of Russia, the systems of interval regulation are mainly used with the use of track circuits and the division of hauls into block. Such systems are widely used on the world's railways. Therefore, the problem of quantifying losses in train movement from failures of electric interlocking devices while through-working and from failures of automatic blocking devices is relevant.
The amount of loss depends on the intensity of failures of technical means and the time to restore their operability, on the intensity of train traffic, the length of block sections, the ratio of freight and passenger trains on the section, the speed of their movement according to the schedule and the degree of speed reduction due to failures of the considered technical means. ... Both freight and passenger trains move along sections of the Russian railways, the speeds of which can differ significantly, which also significantly affects the traffic loss from such failures. When calculating, one has to use data on block crossing capacity and the capability of accelerating trains.
The calculation results provide the possibility of an objective choice of the type of systems under consideration and the requirements for them in a new design or during their reconstruction on railway sections, as well as the possibility of correct distribution of costs to increase the reliability of the operated systems.
train separation systems, failures, losses in train operation, unscheduled break in traffic of trains, losses of train hours, calculations, parameters taken into account, calculation results
DOI: 10.20295/2412-9186-2021-7-3-395-413
References
1. Gapanovich V. A., Golovin V. I., Astrakhan V. I. (2019) Metody i tekhnicheskiye sredstva opre-deleniya mestopolozheniya podvizhnogo sostava [Methods and technical means for rolling stock positioning]. Avtomatika, svyaz, informatika [Automation, communication, informatics], no. 2, pp. 10-13. (In Russian)
2. Rozenberg I. N., Matyukhin V. G., Shabunin A. B., Umanskiy V. I. (2019) Innovatsionnyye tekhnologii interval'nogo regulirovaniya - osnova sistemy upravleniya dvizheniyem na MTSK [Innovative train spacing control technologies as a bases for traffic management system at the Moscow Central Ring]. Avtomatika, svyaz, informatika [Automation, communication, informatics], no. 6, pp. 5-10. (In Russian)
3. Shamanov V. I. (2018) Sistemy interval'nogo regulirovaniya dvizheniya poezdov s cifrovymi radiokanalami [Systems interval regulation of traffic trains with digital radio channels]. Avtomatika na transporte [Automation on transport], vol. 4, no. 2, pp. 223-239. (In Russian)
4. Büssmann F., Scheier B., Brinkmann F., Jäder B. (2016) Wirtschaftlichkeit eines satellitenge stüzten ERTMS für deutsche Regionalstrecken. Signal und Draht, b. 108, h. 10, s. 6-11.
5. Sauer C. (2014) Gleisstromkreise - ein veraltetes oder aktuelles Mittel zur Gleisfreimtlding. Eisenbahningenieuer, b. 65, h. 7, s. 25-30.
6. Rosenbergen M., Pointer F. (2015) Hochverfugbarkeit: Definition, Einflussfaktoren und Lösungen. Signal und Draht, b. 107, h. 6, s. 6-8.
7. WatanabeI., Takashige T. (1989) Moving Block System with Continuous Train Detection Utilizing Train Shutting Impedance of Track Circuit. Quarterly Reports of RTRI, no. 4, pp. 9-11.
8. Vantuono W. (2009) Train control systems in the United States. International Railway Journal, no. 10, pp. 32-34, 36.
9. Railway Operation and Control. 3rd edition. Washington: VTD Rail Publishing, Mountlake Terrace, 2014, 284 p.
10. RosenbergE. N., Talalaev V. I., Shamanov V. I. (2004) Tekhniko-ekonomicheskaya effektivnost' mnogourovnevoy sistemy upravleniya i obespecheniya bezopasnosti dvizheniya poyezdov [Tech-
nical and economic efficiency of a multi-level control system and ensuring the safety of train traffic]. Moscow, JSC NIIAS Publ., 121 p. (In Russian)
11. Kochnev F. P., Sotnikov I. V. (1990) Upravleniye ekspluatatsionnoy rabotoy zheleznykh dorog [Management of operational work of railways]. Moscow, Transport Publ., 424 p. (In Russian)
12. Pravila tekhnicheskoy ekspluatatsiizheleznykh dorogRossiyskoy Federatsii [Rules of technical operation of the railways of the Russian Federation]. Moscow, LLC Tekhinform, LLC Center Transport, 2012, 512 p. (In Russian)
13. Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov Vl. V., Efanov D. V., Shamanov V. I. (2017) Nadezhnost sis-tem zheleznodorozhnoy avtomatiki, telemekhaniki i svyazi: uchebnoyeposobiye [Reliability of systems of railway automation, telemechanics and communication: learning guide]. Moscow, Federal Government Budgetary Institution for further vocational education Publ., p. 318. (In Russian)
14. Abramov V. M., Razgonov A. A., Davletyarov B. A. (1977) Kriterii effektivnosti funktsionirov-aniya avtoblokirovki s uchetom yeye nadezhnosti [Criteria for the effectiveness of the functioning of automatic blocking taking into account its reliability]. Vestnik VNIIZHTa [Bulletin of the Railway research institute of JSC Russian railways], no. 1, pp. 51-54. (In Russian)
15. Kozlov V. Y. (1979) Propusknaya sposobnost zheleznodorozhnykh liniy i nadezhnost tekhnicheskikh ustroystv [Capacity of railway lines and reliability of technical devices]. Vestnik VNIIZHTa [Bulletin of the Railway research institute of JSC Russian railways], no. 4, pp. 1-6. (In Russian)
16. Karetnikov A. D., Vorobyev N. A. (1979) Grafik dvizheniyapoyezdov [Train traffic schedule]. Moscow, Transport Publ., 301 p. (In Russian)
17. Kozlov V. E., Mikhailov A. F., Abramov V. M., Davletyarov B. A. (1973) Otkazy ustroystv av-tomatiki i telemekhaniki i ikh vliyaniye na ekspluatatsionnyye pokazateli zheleznykh dorog [Failures of automation and telemechanics devices and their impact on the performance of railways]. Avtomatika i svyaz [Automation and communication]. Central Research Institute of Information and Technical and Economic Research of Railway Transport of the Ministry of Railways of Russia. Iss. 6, 17 p. (In Russian)
18. Shishlyakov A. V., Kravtsov Y. A., Mikhailov A. F. (1969) Ekspluatatsionnaya nadezhnost ustroystv avtoblokirovki i ALS [Operational reliability of automatic blocking devices and Automatic Locomotive Signalling System]. Moscow, Transport Publ., 96 p. (In Russian)
19. Kozlov V. E., Efimova E. G. (1982) Tekhniko-ekonomicheskaya otsenka nadezhnosti ustroystv STSB na dvukhputnykh liniyakh [Technical and economic assessment of the reliability of signaling devices on double-track lines]. Vestnik VNIIZHTa [Bulletin of the Railway research institute of JSC Russian railways], no. 7, pp. 21-24. (In Russian)
20. Instruktsiipo opredeleniyu stantsionnykh i mezhpoyezdnykh intervalov, [Instructions for determining station and inter-train intervals]. Utv. MPS Rossii 16 iyunya 1995. № TSD-361. Approved by the Ministry of Railways of Russia on June 16, 1995 no. Central Directorate-361.], 31 p. (In Russian)
21. Ugryumov A. K. (1968) Neravnomernost dvizheniya poyezdov [Uneven movement of trains]. Moscow, Transport Publ., 112 p. (In Russian)
22. Shamanov V. (2020) Influence of train flow dynamics on quality of interval regulation. Scientific discussion, vol. 1, no. 3, pp. 43-45.
23. Makarochkin A. M., Dyakov Y. V. (1981) Ispolzovaniye i razvitiyepropusknoy sposobnosti zheleznykh dorog [ Use and development of the capacity of railways]. Moscow, Transport Publ., 287 p. (In Russian)
24. Shamanov V. I., VedernikovB. M. (1990) Metodika rascheta effektivnosti tekhnicheskikh mero-priyatiy po povysheniyu nadezhnosti deystvuyushchikh ustroystv signalizatsii, tsentralizatsii i blokirovki (STSB) [Methodology for calculating the effectiveness of technical measures to improve the reliability of operating signaling, centralization and blocking devices (signals and interlocking)]. Moscow, Ministry of Railways of the USSR, 79 p. (In Russian)
25. Instruktsii po dvizheniyu poyezdov i manevrovoy rabote na zheleznykh dorogakh Rossiyskoy Federatsii № 1362r ot 10 iyulya 2012 [Instructions for the movement of trains and shunting work on the railways of the Russian Federation No. 1362r dated July 10, 2012]. Moscow, "TRANSINFO LTD", 2012, 441 p. (In Russian)
26. Baranov A. M., Kozlov V. Y., Chernyugov A. D. (1988) Ratsionalnaya zagruzka zheleznodorozh-nykh liniy [Rational loading of railway lines]. Sborniknauchnykh trudov VNIIZHT[Collection of scientific papers of the Railway research institute of JSC Russian railways], iss. 361, 208 p. (In Russian)
Статья представлена к публикации членом редколлегии профессором А. Б. Никитиным Поступила в редакцию 04.03.2021, принята к публикации 30.03.2021
ШАМАНОВ Виктор Иннокентьевич — доктор технических наук, профессор кафедры «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» Российского университета транспорта shamanov_vi@mail.ru
© Шаманов В. И., 2021
