CC BY
265
Современные технологии - транспорту
27
Современные технологии - транспорту
УДК 656.222.4
А. С. Аль-Шумари, О. В. Котенко
ВЛИЯНИЕ ВЕСА И СКОРОСТИ ГРУЗОВЫХ ПОЕЗДОВ НА ПРОВОЗНУЮ СПОСОБНОСТЬ ОДНОПУТНЫХ ЛИНИЙ БОЛЬШОЙ ГРУЗОНАПРЯЖЕННОСТИ
Рассмотрены факторы, влияющие на провозную способность однопутных линий. Установлено, что главную роль при определении провозной способности играют средний вес поезда и ходовая скорость. Сформирована оптимизационная задача. Предложенная методика позволяет получить согласованные показатели средних веса и состава поезда.
провозная способность, вес поезда, ходовая скорость.
Введение
Перевозочная мощность железнодорожных линий определяется их провозной и пропускной способностью [1].
Известно, что провозная способность находится в прямой зависимости от трёх основных параметров:
пропускной способности, т. е. максимально возможного числа грузовых поездов, которое может пропустить данная линия в единицу времени при параллельном графике движения;
эксплуатационных параметров вагонного парка, влияние которых выражается через коэффициент использования вагонного парка;
веса грузового поезда нетто, который может быть реализован в данных условиях на этой линии.
1 Зависимость провозной способности от отдельных факторов
1.1 Постановка задачи, основные факторы
Величина провозной способности определяется по формуле:
Г _ 365 • N„-Ф-оср
106 к , ( ’
н.
ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС
2011/1
28
Современные технологии - транспорту
где Nrp - пропускная способность для грузового движения поездов, пар поездов;
ф - коэффициент использования вагонного парка;
Обр - средний вес поезда, т;
Qбp - норма веса поезда, установленная графиком движения, т; кн - коэффициент месячной неравномерности перевозок.
Z - коэффициент использования весовой нормы, установленной графиком движения,
Оср
Z бр
_ Обр.
Известно, что пропускная способность железнодорожной линии (участка) определяется пропускной способностью элементов её технического оснащения: перегонов, путевого развития промежуточных и технических станций, системы энергоснабжения, локомотивного хозяйства, системы СЦБ и связи и др.
Рассмотрим пропускную способность линии, определяемую по ограничивающему перегону. Тогда пропускная способность при параллельном графике зависит от ходовой скорости (V0, величины станционных интервалов (тсх) и времени на разгон и замедление (t ). В общем виде характер
рз
такой зависимости выражен следующей формулой [2]:
N
гр
24V,
2L + V ■ (т +1 )
огр х V cm рз/
(2)
где L^ - длина ограничивающего перегона, км.
Коэффициент использования вагонного парка ф выражается через средний вес либо через коэффициент использования грузоподъёмности вагона (Кпс) [3]:
ф_
q.
Чбр
или ф
K
Кпс + Кт
(3)
где qn - нагрузка вагона нетто, тс;
Я_бр - средний вес вагона брутто, т;
Кпс - коэффициент использования грузоподъемности вагона,
К
=q •
пс ’
Япс
2011/1
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
29
qnc - грузоподъемность вагона, т; Кт - коэффициент тары вагона,
К
т
?
где qT - масса тары вагона, т.
Формулы (1)-(3) показывают, что резервами увеличения провозной способности железнодорожных линий являются повышение ходовой скорости грузового поезда, сокращение величины станционных интервалов, улучшение эксплуатационных характеристик подвижного состава и увеличение среднего веса грузового поезда.
В целях настоящего исследования рассмотрим факторы, которые определяют средний вес грузового поезда. Основными из них являются: сила тяги локомотива, профиль пути, полезная длина приемоотправочных путей. Кроме того, на величину грузопотока на каждом направлении существенно влияет полносоставность грузовых поездов, а следовательно, статическая нагрузка вагонов и структура вагонного парка (наличие четырех-и восьмиосных вагонов). При этом статическая нагрузка вагонов увеличивается при уплотнённой погрузке грузов и рациональном распределении порожных вагонов под погрузку определённых родов груза.
Рациональное размещение локомотивного парка на железных дорогах также позволяет повысить весовые нормы грузовых поездов. При этом важно выделять наиболее мощные локомотивы для участков с трудными профильными условиями, а также для линий, где основные потоки составляют тяжёлые грузы. На наиболее лёгких профильных условиях следует использовать маломощные локомотивы.
Вес поезда имеет два ограничения:
1) по силе тяги локомотива
О, ^
F - p (К + <р) W"+ i
(4)
где - касательная сила тяги локомотива, кН;
P - вес локомотива, т;
W 'W" - основное удельное сопротивление соответственно локомотива и вагонов при расчётной скорости, Н/ кН; г’р - расчётный подъём, %о;
2) по длине станционных путей:
Обр ^(4т - 4 )Яр, (5)
ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС
2011/1
30
Современные технологии - транспорту
где LCT - полезная длина путей, м;
Lл - длина локомотива с учётом расстояния на точность его остановки в пределах полезной длины путей, м;
qр - расчетная погонная нагрузка из статического ряда распределения, т/пог. м.
Весовые нормы, установленные по силе тяги локомотива, обеспечивают лучшее его использование. Нормы веса, установленные по длине путей при наибольшей погонной нагрузке, обеспечивают наименьшие размеры движения. В случае, когда обращаются тяжёлые поезда, возникает вопрос о недоиспользовании длины станционных путей и необоснованном увеличении размеров движения, при обращении лёгких поездов остаётся избыточная мощность локомотива, которая может частично использоваться для повышения ходовой скорости.
В связи с этим возникает проблема выбора оптимальных весовых норм поездов и тягового обеспечения перевозочного процесса.
Покажем один из возможных вариантов решения этой задачи.
С учетом (1)-(3) провозную способность в зависимости от веса поезда и пропускной способности, а также от эксплуатационных параметров вагонного парка можно выразить следующим образом:
1) при ограничении веса поезда по силе тяги локомотива с использованием формулы (4)
Г =
8760КПс • Vx • ; f - (w'+ip) • p ; • Z
106 Кн • ;(Knc + Кт) • (W;+ ip) • (2Lоrp + Vx • X Тт);
(6)
2) при ограничении веса поезда по длине путей с использованием (5)
Г =
8760К„с • К, • Pc • (LCT - L„) • Z 106 К • Lв (2L^ + К, -£Тт) ’
(7)
где L„ - длина вагона, м.
На основании анализа зависимости провозной способности от отдельных факторов можно отметить следующее.
На величину расчётного веса поезда оказывает значительное влияние степень использования подъёмной силы вагонов. Чем ниже руководящий подъём и выше скорость движения грузовых поездов по этому подъёму, тем заметнее влияние веса вагонов на расчётный вес поезда.
Существенно повысить провозную способность позволяет насыщение вагонного парка большегрузными многоосными вагонами с большими погонными нагрузками. В настоящее время на российских железных дорогах
2011/1
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
31
внедряется новая технология по применению буксовых конических подшипников кассетного типа, которая позволяет при тех же длинах станционных путей значительно поднять вес и скорость грузовых поездов.
В тех случаях, когда полезная длина станционных путей меньше 1050 м, возникает вопрос о недоиспользовании мощности локомотива. Поэтому на участках с небольшими подъёмами до /р < 8%о недоиспользованная мощность может быть направлена на увеличение ходовой скорости движения. На участках с большими подъёмами /р >20%о она может быть направлена на обеспечение весовых норм.
Из сказанного выше следует, что вес грузового поезда на железнодорожных участках с небольшими подъёмами определяется не типом поездного локомотива, а длиной станционных путей и расчётной погонной нагрузкой, зависящей от структуры грузооборота и вагонного парка. В результате влияние локомотива на провозную способность линий становится существенным на участках с большими подъёмами, а на остальных (с лёгкими подъёмами) решающее значение приобретает уровень реализуемой при данном локомотиве скорости движения поездов заданного веса.
При ограничении по силе тяги локомотива увеличение веса грузового поезда возможно за счёт:
1) увеличения касательной силы тяги локомотива F (новая тяга, подталкивание, подключение дополнительных секций, ввод более мощных локомотивов), при этом увеличивается йбр,
2) уменьшения коэффициента использования тары вагона. В этом случае возможно увеличение веса поезда нетто.
Как было уже показано в (6) и (7), провозная способность имеет прямую зависимость от веса поезда брутто и ходовой скорости грузовых поездов:
Г = Айр Л). (8)
Произведение
й ■ V = D (9)
характеризует производительность локомотива. Для получения наибольшей провозной способности нужно максимизировать величину D. Для этого необходимо выполнить либо точные тяговые расчёты для различных градаций веса поезда на ограничивающем перегоне, либо аналитическим путём найти зависимость ходовой скорости от веса поезда брутто:
V, = f Q). (10)
Эту зависимость впервые определил профессор Н. А. Воробьёв:
ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС
2011/1
32
Современные технологии - транспорту
Vx = а - b • Q6p • 10-3, (11)
где a и b - параметры, учитывающие ходовую скорость грузовых поездов.
Одним из авторов данной статьи были проведены тяговые расчёты с использованием тепловоза 2ТЭ116, на основе которых получены параметры а и b в зависимости от типов профилей, в том числе для горной местности.
ТАБЛИЦА 1. Значение параметров, определяющих вес и скорость грузовых поездов
Тип профиля Руководящий уклон, % Параметры Тепловоз 2ТЭ116, Vx =100 км/ч
Поезда
лёгкие смешанные тяжёлые
Равнинный От 8 а b 64,8 1,1 70,6 6,9 66,0 5,3
До 10 а b 52,2 1,3 56,7 4,6 69,9 6,5
Холмистый 12 а b 63,9 5,7 64,2 5,4 66,9 6,5
Горный 20 а b 71.5 13.6 69,9 12,1 79,7 16,9
С использованием данных таблицы установлена зависимость производительности локомотива D от среднего веса поезда ^бр.
2011/1
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
33
Полученная зависимость показывает, что при некотором QKp величина D принимает максимальное значение. Дальнейшее увеличение среднего веса поезда приводит к снижению производительности локомотива, связанному с уменьшением ходовой скорости.
Таким образом, увеличение провозной способности направления возможно за счёт роста среднего веса поезда до значения Q^ при некотором уменьшении ходовой скорости. Увеличение среднего веса поезда выше значения Q нецелесообразно, поскольку это приводит к снижению провозной способности [3].
2 Определение оптимального среднего веса грузового поезда
Для обоснования нормы среднего веса поезда, используя формулы (9) и (10), проведём следующие преобразования:
D = Q^(а - b ■ Qef-10-3) = а ■ Qtp - b ■ Q2бр-10
Продифференцируем полученное выражение:
dD
а - 2b ■ Qбp-10-3 = 0.
*йр
Выразим а через Q6^
а = 2b ■ Q^ ■ 10-3.
Тогда оптимальное значение среднего веса поезда будет
Qc
а
-3 •
2b *10
Полученное выражение можно использовать для определения оптимального значения среднего состава поезда.
Поскольку Q6i) = lc ■ qp, а m = -^
l Q6
_ lc _ ^бр
QOT1
опт -5^бр
m =
14 14qt
имеем:
a
14qD 28q • b 40
L - L
< тст = ст л
-3 ~ ст
14
где тст - величина состава поезда, ограниченная длиной приёмоотправочных путей станции, м.
ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС
2011/1
34
Современные технологии - транспорту
Заключение
Приведённая методика позволяет дать согласованное решение по установлению норм среднего веса поезда, длины приёмоотправочных путей и среднего состава поезда.
На основе изложенного можно сделать следующие выводы.
1. Главным фактором, оказывающим существенное влияние на провозную способность железнодорожной линии, является производительность локомотива, в свою очередь зависящая от среднего веса поезда и ходовой скорости движения.
2. Максимальной провозной способности соответствует определённое значение среднего веса поезда, отклонение от которого как в меньшую, так и в большую сторону даёт отрицательный результат - снижение провозной способности.
3. При определении провозной способности следует использовать средний вес поезда, а не весовую норму, установленную графиком движения поездов.
4. При неизменной длине станционных путей разница между средним весом поезда и графиковой весовой нормой показывает, что существуют резервы увеличения веса поезда.
Библиографический список
1. Использование и развитие пропускной способности железных дорог / А. М. Макарочкин, Ю. В. Дьяков. - М. : Транспорт, 1981. - 287 с.
2. Организация движения на железнодорожном транспорте : учебник для вузов ж. д. трансп. / Ф. П. Кочнев, В. М. Акулиничев, А. М. Макарочкин. - М. : Транспорт, 1979. - 567 с.
3. Управление эксплуатационной работой и качеством перевозок на железнодорожном транспорте : учебник для вузов / П. С. Грунтов, Ю. В. Дьяков. - М. : Транспорт, 1994. - 543 с.
4. Оптимизация состава грузового поезда / В. А. Кудрявцев // Актуальные проблемы управления перевозочным процессом. - Вып. 3. - СПб. : ПГУПС, 2004. - С. 119121.
Статья поступила в редакцию 15.09.2010;
представлена к публикации членом редколлегии Ю. И. Ефименко.
2011/1
Proceedings of Petersburg Transport University
