Содержание к диссертации
Введение
1 Проблема интервального регулирования движения поездов 22
1.1 Анализ состояния проблемы интервального регулирования движения поездов 22
1.2 Классификация способов интервального регулирования движения поездов 34
1.3 Эффективность железнодорожной автоматики и телемеханики 38
1.4 Организационно-технический аспект проблемы повышения эффективности железнодорожной автоматики и телемеханики 40
1.5 Инновационная методика реализации интервального регулирования на заданном полигоне 46
1.6 Выводы по главе 1 48
2 Концепция инновационно-аналитической базы поддержки принятия ответственных системных решений на основе оценки их эффективности в области железнодорожной автоматики и телемеханики 49
2.1 Постановка задачи 49
2.2 Место проблемы количественной оценки эксплуатационной эффективности систем железнодорожной автоматики и телемеханики и ее актуальность 50
2.3 Принципы построения и основные понятия инновационно-аналитической базы железнодорожной автоматики и телемеханики 53
2.4 Выбор демонстрационных полигонов при решении задач анализа и синтеза технологического процесса ИРДП 68
2.5 Методы оценки показателей эффективности систем интервального регулирования для сравнительного анализа 78
2.6 Выводы по главе 2 118
3 Математическое моделирование процесса движения поездов при оценке эффективности систем железнодорожной автоматики и телемеханики и разбивке перегонов на блок-участки 120
3.1 Постановка задачи 120
3.2 Математическая модель движения поездов 121
3.3 Методы моделирования движения поездов 129
3.4 Оптимизация расчетных кривых движения поезда по перегону .171
3.5 Выводы по главе 3 176
4 Методология разбивки перегонов на блок участки 177
4.1 Постановка задачи 177
4.2 Выбор показателей эффективности ТП ИРДП 179
при решении задачи определения границ блок-участков 179
4.3 Методы определения границ блок-участков 181
па блок-участки 184
4.4 Выводы по главе 4 236
5 Концепция направлений развития, совершенствования технологии интервального регулирования движения поездов и ее поэтапного внедрения, с целью повышения ее эффективности 237
5.1 Постановка задачи 237
5.2 Способы интервального регулирования движения поездов 237
5.3 Направления развития, совершенствования и поэтапного внедрения технологии интервального регулирования движения поездов248
5.4 Выводы по главе 5 255
6 Система автоматизированного выбора параметров и оценки эффективности интервального регулирования движения поездов 256
6.1 Особенности использования автоматизированной системы на стадиях разработки, проектирования и оценки результатов эксплуатации систем интервального регулирования движения поездов 256
6.2 Вербальная модель СИРДП 258
6.3 . Алгоритмы автоматизированной системы 260
6.4 Выводы по главе 6 278
Заключение 279
Приложение 310
- Анализ состояния проблемы интервального регулирования движения поездов
- Методы оценки показателей эффективности систем интервального регулирования для сравнительного анализа
- Методы моделирования движения поездов
- Алгоритмы автоматизированной системы
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Эффективность управления перевозками в значительной мере зависит от интервального регулирования движения поездов (ИРДІI). В настоящее время используются два способа разграничения поездов. Первый допускает нахождение на перегоне только одного поезда. Второй - нескольких поездов для уменьшения интервала их движения. Для обеспечения безопасности в последнем случае был создан комплекс устройств автоблокировки (АБ) и автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа. С целью решения задач ИРДП были разработаны
—для использования при проектировании - нормативная методика расстановки путевых светофоров АБ, включающая в себя графические методы построения кривой скорости движения поезда и методику нанесения на неё минутных засечек;
—для применения в теории ИРДП - аналитические методы, использующие формулы, полученные из условия рассмотрения движения поезда, как равномерного или равнопеременного.
На основе нормативной методики была создана компьютерная программа расстановки светофоров АБ. В настоящее время формируются предпосылки для совершенствования технологии ИРДП. Это объясняется следующими причинами:
—отрасль находится в рыночных условиях; —прогнозируется увеличение потребности в перевозках; —на участках железных дорог с напряженным движением велико количество случаев движения на запрещающие показания системы ИРДП;
критического уровня достигла протяженность участков железных дорог, на которых используются устройства АБ, отработавшие срок службы, что обуславливает потребность в выполнении большого объема проектных и строительных работ по оборудованию перегонов устройствами АБ;
—проектируемые системы АБ, несмотря на развитие элементной базы и компьютерных технологий, имеют повышенную стоимость и пониженную эффективность по сравнению с числовой кодовой АБ;
отечественные организации включаются в международное сотрудничество в области систем ИРДП (СИРДП).
Актуальность темы диссертации определяется необходимостью повышения эффективности ИРДІI.
Целью диссертационной работы является разработка методов повышения эффективности ИРДП и, в итоге, процессов перевозок.
Состояние вопроса.
Проблема анализа ТП ИРДП. В качестве показателей функциональной эффективности СИРДП используются минимальный и межпоездной интервалы движения поездов. Задача оценки эффективности ТП ИРДП по результатам реального проектирования или в процессе эксплуатации СИРДП в явном виде не ставится. При проведении исследований ИРДП, по причине трудоемкости, разбивка перегонов на блок-участки не осуществляется, а используются аналитические модели, рассматривающие движение поезда как равномерное или равноускоренное. В работах А.Л. Лисицина и Л.А. Мугинштейна указывается на недопустимое уменьшение технической скорости и оборота вагонов при попытке увеличения используемой пропускной способности существующих линий за счет организации интенсивного движения поездов с интервалом близким к межпоездному интервалу.
Проблема разбивки на блок-участки. Утвержденная МПС СССР методика расстановки путевых светофоров основывается на нормативном разграничении поездов светофорами одной серии из условия получения заданного межпоездного интервала, а также на определении координат первых двух светофоров второй и третьей серий из условия равенства времени хода центра поезда по блок-участкам. Оценка эффективности расстановки светофоров не проводится, в связи с отсутствием соответствующих показателей.
Для достижения указанной цели требуется решение задач разработки
-
-
системы новых показателей эффективности ИРДП и методов их расчета для использования при анализе и синтезе технологического процесса интервального регулирования движения поездов (ТП ИРДП);
-
метода оптимизации разбивки перегонов на блок-участки, как основы проектирования и анализа вариантов реализации ИРДП;
-
методов анализа эффективности интенсивного движения поездов, объясняющих случаи невозможности полного использования «запаса» пропускной способности;
-
методов исследования, с использованием предлагаемых показателей, влияния на эффективность ИРДІI длин и координат границ блок-участков, а также скорости движения поездов;
-
метода определения предлагаемого расчетного межпоездного интервала;
-
эффективной технологии ИРДІ I;
-
методов и алгоритмов моделирования движения поездов;
-
алгоритмического и программного обеспечения, предназначенного для оценки эффективности ИРДІ.
Научная новизна заключается в разработке системы новых показателей эффективности ИРДП, методов их оценки, а также использовании их при решении задач разбивки перегонов на блок-участки и анализа ТП ИРДП.
Объектом исследований является управление перевозочным процессом. Предмет проводимых исследований - методы оценки и повышения эффективности ТП ИРДП.
Научно-методическая база. В работе использованы методы дифференциального и интегрального исчисления, вычислительной математики и имитационного моделирования.
Наиболее значимыми результатами для практики и теории, обладающими новизной, являются следующие.
Разработаны система показателей эффективности ТП ИРДП, методы, алгоритмическое и программное обеспечение для их оценки. Это позволяет сформулировать и решить задачи: оптимальной разбивки на блок-участки, анализа и повышения эффективности ИРДП, контроля значений показателей функциональной эффективности в процессе эксплуатации СИРДП.
Предложен метод разбивки на блок-участки. Он включает в себя базовую расстановку светофоров и процедуру ее оптимизации. При исследовании нормативного метода было выявлено, что значения соответствующих локальных (относящихся к различным блок-участкам) показателей эффективности ТП ИРДП не равны между собой и могут быть улучшены. В связи с этим и была предложена процедура оптимизации. Задачи оценки и оптимизации показателей эффективности ТП ИРДП при разбивке перегонов на блок-участки ставятся впервые.
Разработан новый метод определения межпоездного интервала. В нормативной методике этот интервал находится из условия нормативного разграничения поездов в наихудшем месте. Пусть поезда движут- ся с нормативным разграничением. В этом случае обеспечивается движение позади идущего поезда под зеленое показание первого по ходу его движения путевого светофора и на зеленое показание следующего светофора только при отсутствии задержки в перемещении впереди идущего поезда. В предложенном методе расчет осуществляется исходя из выбранного требования, например, исключения под- тормаживания позади идущего поезда по сигналу С ИРДІI при указанном условии и задержке в движении впереди идущего поезда в наихудшем месте на величину, меньшую заданной.
Значение полученных результатов для теории и практики заключается в том, что они способствуют повышению эффективности железнодорожной транспортной системы, позволяют оценить эффективность ИРДП и перейти к разработке и проектированию СИРДП с учетом заданных значений задержек в движении поездов, при которых должны быть исключены подтормаживания поездов.
Достоверность полученных результатов определяется корректностью исходных положений, правильностью математических преобразований и обоснованностью принятых допущений и выбранных показателей. В диссертации были использованы материалы, полученные автором при выполнении фундаментальных и поисковых НИР, которые прошли экспертизу в ОАО «РЖД».
Результаты диссертации были использованы: ФГУП Отраслевой научный центр «Безопасность движения» для расширения функциональных возможностей и повышения эффективности системы ЦАБ-Е на основе предложенных автором способов ИРДП; институтом Мос- желдорпроект при проектировании систем ЦАБ-Е для участка Голи- цино - Звенигород и АБТЦ-ЕМ для участков Навля - Холмечи и До- рохово - Можайск Московской железной дороги; институтом Метро- гипротранс при проектировании систем интервального регулирования движения поездов; МИИТ при разработке систем интервального регулирования СИРДПМ (для транспорта на магнитной подвеске) и АРС-Е (для метрополитена); автором диссертации при разработке стандарта ОАО «РЖД» 1.21.001-2007 «Организация технической учебы работников ОАО «РЖД». Общие положения»; в учебном процессе в МИИТе.
Результаты диссертационного исследования могут быть использованы:
при переработке нормативной методики расстановки светофоров АБ;
при разработке стандарта «Методы оценки эффективности СИРДП»;
создании системы мониторинга эффективности ИРДП в процессе эксплуатации железной дороги;
разработке нормативных документов, учитывающих необходимость перехода от нормативного разграничения поездов к расчетному, обоснованному в диссертации;
составлении заданий на разработку и проектирование СИРДП, формировании эксплуатационно-технических требований, экспертизе, сертификации и выборе СИРДП для проектирования, выборе способов и параметров СИРДП для разных условий эксплуатации
анализе систематических сбоев в движении поездов и разработке рекомендаций по их уменьшению;
оценке эффективности разрабатываемых СИРДП и выборе способов повышения эффективности управления процессом перевозок; в учебном процессе вузов путей сообщения.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на Отраслевой научно- экономической конференции «Совершенствование хозяйственного механизма и его воздействие на эффективность и качество эксплуатационной работы» (г. Москва, МИИТ, 1984 г.), II научно-технической конференции «Спецтранс-85» по теме «Современное состояние и перспективы развития новых видов транспорта» (г. Москва, Союзтранс- прогресс, 1985 г.), Второй научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (г. Москва, МИИТ, 1999 г.), Международной конференции, посвященной 50- летию РГОТУПС «Высшее профессиональное заочное образование на железнодорожном транспорте: настоящее и будущее» (г. Москва, РГОТУПС, 2001 г.), Четвертой научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (г. Москва, МИИТ, 2001 г.), Городской научно-практической конференции «Потенциал московских вузов и его использование в интересах города» (г. Москва, МИИТ, 2004 г.), Московской городской научно- практической конференции «Вузы-Наука-Город» (г. Москва, МИИТ, 2005 г.), Второй международной научно-практической конференции ТрансЖАТ - 2005 «Наука - транспорту» (г. Ростов-на-Дону, РГУПС), Научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (г. Москва, МИИТ, 2002, 2005, 2006, 2007, 2009, 2010 г.), Международной научно-практической конференции "Scientific researches and their practical application. Modern state and ways of development 2010" (Украина, г. Одесса, УКРНИИМФ-ОНМУ-УкрГАЖД, 2010), совещаниях в департаменте автоматики и телемеханики ОАО «РЖД», заседаниях профильных кафедр РГОТУПС и МИИТ.
Наиболее важные положения и результаты, выносимые на защиту:
система показателей эффективности ТП ИРДП и методы их расчета;
—оптимизационный метод разбивки перегонов на блок-участки, базирующийся на использовании предложенных показателей;
—метод исследования эффективности интенсивного движения поездов с интервалом равным нормативному межпоездному интервалу, используемый для объяснения случаев невозможности полного использования «запаса» пропускной способности, вследствие завышения значения теоретической наличной пропускной способности по сравнению с ее фактическим значением, что связано с недостаточным учетом наличия задержек в движении поездов;
результаты указанного исследования являются обоснованием для постановки вопроса о переработке нормативных документов в связи с переходом к расчетному разграничению и отказом от нормативного (трехблочного при трехзначной АБ) разграничения поездов как основного элемента методик расстановки светофоров и расчета межпоездного интервала;
метод определения межпоездного интервала на основе нормативного межпоездного интервала из условия обеспечения требуемого значения заданного показателя эффективности;
методы повышения эффективности ИРДП за счет уменьшения интервала разбивки и повышения скорости движения поездов;
концепция поэтапного повышения эффективности ИРДП;
алгоритмы моделирования движения поездов, обеспечивающие возможность решения поставленных в работе задач;
автоматизированная система выбора параметров и оценки эффективности ИРДП, на основе имитационного моделирования движения поездов.
Публикации. Материалы, отражающие основное содержание работы, изложены в 60 печатных работах, в том числе 15 опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК России.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и 9 приложений. Она содержит 276 страниц основного текста, 37 рисунков, 22 таблиц, список литературы, включающий 223 наименования.
Анализ состояния проблемы интервального регулирования движения поездов
Проблема ИРДП состоит в выборе технологического процесса (ТП) ИРДП для использования в заданных условиях, оценке и повышении его эффективности [193]. Основными характеристиками ТП ИРДП являются способ и параметры. Частью решаемой проблемы является привязка ТП ИРДП к конкретному участку железной дороги, включающая в себя выбор координат границ блок-участков.
Традиционно внимание ученых, специализирующихся в области ЖАТ, сосредоточено в основном на вопросах обеспечения безопасности и надежности устройств, а также на рассмотрении технического аспекта анализа и синтеза систем ЖАТ, часто в ущерб проблеме их эксплуатационной эффективности [159, 172]. Это связано с тем, что проявление нарушения безопасности и надежности более наглядно. Сравним, например, общественный и производственный резонанс от фактов, с одной стороны, столкновения поездов, их массовых многочасовых опозданий и, с другой стороны, частых подтормаживании по сигналам СИРДП на некоторых участках железнодорожных линий. Наличие же избыточного количества аппаратуры устройств ИРДП, в результате неоптимального проектирования, может быть установлено лишь в случае проведения специализированной экспертизы. С учетом вышесказанного вопросы технической реализации ИРДП не являются предметом рассмотрения данной работы. Можно условно выделить два основных научно-технических направления в рассмотрении проблемы эффективности ИРДП -традиционное и новаторское, каждое из которых следует признать актуальным.
Традиционное направление обладает следующими особенностями:
-основной вклад, в рассмотрение актуальных для настоящего времени вопросов, в рамках этого направления внесен практиками, главным образом проектировщиками, которые не публиковали результаты своих работ;
-обобщение накопленного практиками опыта происходило в основном в вузовских учебниках и наиболее полно представлено в книге «Эксплуатационные основы устройств железнодорожной автоматики и телемеханики» И. М. Кокурина и Л. Ф. Кондратенко [109], которая базируется на теории и методологии, представленных в глубоком и информационно ёмком для своего времени более раннем учебнике Б. С. Рязанцева и Б. А. Родимова [58], трудах Д. П. Борисова [55], учебных пособиях и учебниках по той же дисциплине В. И. Бенешевича [50], В. И. Ильенкова, В. Э. Баумана, П. М. Янкина [64], В. Н. Белова и М. X. Ходжаева [67-69], а также трудах: по ЖАТ [56, 76, 79, 83, 96, 97], эксплуатации железных дорог [51-54, 57, 59, 63, 70-73, 77, 78, 84, 90], тяге [61, 62, 74, 86, 98], по торможению [75, 85], проектированию железных дорог и пути [91], автоматическому управлению движением поездов (автоведению) [93], энергоснабжению железных дорог [65, 66].
-развитие методологии ИРДП происходило эволюционно от практики к теории, а основной сферой её применения является проектирование существующих типовых систем,
-методология ИРДП существующих систем является концептуально завершенной; -основным методическим подходом в оценке эксплуатационной эффективности СИРДП является оценка их абсолютной эффективности.
Новаторское направление характеризуется следующими особенностями:
-основное его содержание представлено во введении и первой главе монографии В. М. Лисенкова [102], в которой отражены результаты работ [80-82], выполненных под руководством указанного автора;
-развитие теории и методологии происходило во-первых революционно, во вторых от теории к практике, и, наконец, в третьих, от идеального конечного результата, полученного теоретически, к реальной системе;
-методология ИРДП не является концептуально завершенной;
-основной сферой применения методологии ИРДП является анализ эффективности перспективных систем;
-основным методологическим подходом в оценке эффективности является оценка относительной эффективности, причем в качестве базы для сравнения берется "потенциальная" эффективность, т. е. эффективность идеальной СИРДП.
В рассматриваемых работах в качестве основных задач, стоящих перед железнодорожным транспортом, выделяются следующие:
-обеспечение возрастающего объема перевозок [109],
-повышение скоростей движения поездов [109],
-увеличение интенсивности движения [109],
-своевременное, качественное и полное удовлетворение потребностей народного хозяйства и населения в перевозках [102],
- повышение эффективности работы транспорта [102].
В качестве показателей эксплуатационной работы железных дорог указываются следующие: -количество перевезенного груза за определенный период (обычно за год) [109];
-общий объем перевозок, в свою очередь состоящий из грузооборота и пассажирооборота [109];
-грузонапряженность [109];
-производительность подвижного состава [109];
-оборот локомотивов и вагонов [109];
-среднесуточный пробег локомотивов и вагонов [109];
-пропускная способность [102, 109];
- безопасность движения поездов [102, 206];
-скорость доставки грузов [109];
-скорость движения поездов [102, 109].
Особое внимание уделяется последнему показателю, как средству улучшения других показателей работы железных работ [109]. При этом различается техническая, участковая и маршрутные скорости.
В [102] указывается, что техническая скорость при заданных параметрах подвижного состава определяется в значительной степени функциональными возможностями системы управления движением на перегоне, а именно, ее способностью точно отслеживать постоянные и временные ограничения скорости.
В [109] под пропускной способностью линии понимается наибольшее число пар поездов, которое может быть пропущено по линии за сутки при определенной технической оснащенности и принятой системе организации движения. Указывается, что рассчитывают пропускную способность по основным техническим средствам: перегонам, станциям, сооружениям локомотивного хозяйства, устройствам энергоснабжения. Наименьшая из рассчитанных по этим элементам пропускная способность, называемая результативной, определяет пропускную способность участка.
В работе [109] отдельно выделяются следующие экономические показатели работы железнодорожного транспорта:
-производительность труда;
-себестоимость перевозок;
-рентабельность.
Указывается, что внедрение устройств ЖАТ, наряду с реконструкцией пути и подвижного состава, является важным средством улучшения показателей работы железных дорог, обеспечивает уменьшение числа людей, занятых организацией перевозок, исключает тяжелый и опасный труд, связанный с переводом стрелок, торможением вагонов и т.д. Авторы логично подчеркивают, что наибольший эффект от использования систем ЖАТ можно получить при условии соответствия их характеристик объему и интенсивности перевозок.
Утверждается, что для выбора существующих систем ЖАТ по их технико-экономической эффективности существуют методики, основанные на многолетнем опыте (по видимому имеется ввиду методика сравнительной эффективности автоблокировки и полуавтоматической блокировки, разработанная в [55]).
Методы оценки показателей эффективности систем интервального регулирования для сравнительного анализа
При сравнении существующего и предлагаемого к внедрению элемента железнодорожной транспортной системы в качестве показателей могут быть использованы абсолютная и относительная эксплуатационная и экономическая эффективность для реальных и демонстрационных участков железной дороги, включающая в себя следующие частные критерии:
- соответствие технических предложений требованиям нормативных документов;
- межпоездной интервал, пропускная и провозная способность;
- степень чувствительности СИРДП к задержке поезда, как при отсутствии, так и при наличии отказов рассматриваемых элементов транспортной системы;
- участковая и техническая скорости;
- максимальная масса состава;
- изменяемые приведенные затраты на движение поезда, включающие в себя капитальные затраты и эксплуатационные расходы;
- производительность и комфортность труда обслуживающего персонала;
- степень безопасности движения поездов;
- надежность, как рассматриваемого элемента, так и всей транспортной системы.
Анализируемые варианты должны быть сопоставимыми. Так, например, при сравнении различных систем ЖАТ должны быть одинаковыми параметры железнодорожного полигона.
Далее рассмотрим подход к оценке сравнительной эффективности СИРДП с использованием следующих показателей: межпоездного интервала, предлагаемых далее показателей ИРДП, пропускной способности, участковой и технической скоростей движения поездов, изменение количества используемых локомотивов и вагонов. Приводимые в данном параграфе методики расчета отдельных показателей эффективности основаны на нормативных документах [7, 13] и работах [55,58,64,67-69,108]. 2.5.1 Минимальный и межпоездной интервалы, напряженность ведения поезда и чувствительность СИРДП к его задержке
Минимальный интервал Гп при проследовании /-го путевого светофора трехзначной автоблокировки определяется из условия трехблочного разграничения поездов [43]. При движении поездов с интервалом равным /, , (т.е. при отсутствии задержки в движении впереди идущего поезда) обеспечивается движение поезда на зеленый огонь путевого светофора.
Согласно инструкции [13] межпоездной интервал — минимальное время, которым разграничиваются поезда при следовании в пакетах по перегонам на участках, оборудованных автоблокировкой и полуавтоматической блокировкой с блокпостами. Следует добавить - с выполнением требований безопасности движения поездов и обеспечением не превышения некоторой предельной величины чувствительности СИРДП к задержке поезда, необходимой для создания требуемой степени устойчивости движения. Причем второе дополнительное требование нуждается в проработке.
В настоящее время на железнодорожном транспорте отсутствуют показатели, характеризующие напряженность ведения поезда машинистом и чувствительность СИРДП к его задержке [208, 215, 223].
В качестве первого комплексного показателя автором предлагается совокупность показателей: времени нулевого, первого, второго и т.д. рода опережения в появлении разрешающего показания на путевом (локомотивном) светофоре.
Номер рода взят соответствующим порядковому номеру подтормаживания поезда при его сближении с препятствием для случая, когда отсутствует движение с пониженной скоростью, исключающей необходимость осуществления подтормаживания. При реальном движении подтормаживание с некоторым номером может отсутствовать и тогда время опережения этого рода не рассчитывается. Так подтормаживание с первым номером (подтормаживание первого рода) отсутствует, в случае движения поезда на желтое показание путевого светофора трехзначной автоблокировки при скорости движения на подходе к светофору менее VKlK.
Методика определения указанных показателей приведена на рис. (рис. 2.2 - 2.4) для трехзначной автоблокировки с защитными участками.
В качестве второго комплексного показателя могут использоваться те же показатели, за исключением относящихся к нулевому роду. Под временем опережения в появлении некоторого разрешающего огня на путевом светофоре будем понимать величину времени, на которую появление этого огня опережает наступление определенного события, связанного с проследованием головой позади идущего поезда П2 характерных точек, в которых может осуществляться переход от одной фазы процесса ИРДП к другой.
Для автоблокировки таким событием является проследование головой поезда
- путевого светофора с разрешающим показанием (на рис. 2.3 точки: В и D);
- первой, второй и третьей точек критического сближения поездов (на рис. 2.4 соответственно точки: С, Е, G).
Точкой критического сближения называется точка пересечения фактической или плановой кривой скорости и кривой скорости при служебном торможении поезда, обеспечивающем проследование характерных точек с требуемой уменьшенной скоростью, определяемой поездной ситуацией.
Методы моделирования движения поездов
При разработке методов моделирования движения поездов с учетом их использования при разбивке на блок-участки будем иметь в виду [40, п. 5], что тяговые расчеты должны выполняться для двух режимов движения поезда:
-рационального (оптимального) - для определения перегонных времен хода и межпоездных интервалов автоблокировки;
- форсированного (максимального) — для проверки длин блок-участков на соответствие тормозным путям расчетных поездов с максимально реализуемых скоростей движения.
Для реализации предлагается два метода [147, 197] моделирования движения поезда.
К первому методу предъявляются следующие требования:
легкость реализации, освоения и использования инструментария, разработанного на базе этого метода;
пригодность для ручных и машинных расчетов;
возможность использования для проверки правильности результатов полученных с помощью второго более трудоемкого, компьютерного метода;
совпадение результатов при продвижении поезда по скорости, с результатами использования второго метода при эквивалентном продвижении по времени и расстоянию;
простая физическая интерпретация, позволяющая даже неопытному пользователю получить полное представление о сути рассматриваемого процесса.
Недостатком указанного метода является появление погрешности в том случае, если моделирование продвижение поезда производится не до достижения заданного значения скорости, а до заданного приращения расстояния или времени. Указанные продвижения для краткости в дальнейшем будем называть соответственно продвижениями по скорости, расстоянию и времени.
Ко второму разрабатываемому методу [181] предъявляется требование исключения указанной погрешности. Это может быть обеспечено за счет использования итерационной процедуры при моделировании продвижения по расстоянию и времени.
Учитывая сказанное, первому и второму методам дадим соответственно названия - неитерационного и итерационного.
Пусть заданы следующие величины:
М- первичная масса состава (на ее основе будет найдена расчетная масса, которая и будет использована при моделировании);
М4, Мв, М& - массы соответственно четырехосного, шестиосного и восьмиосного вагонов (при необходимости в качестве масс вагонов для различных их типов могут быть взяты учетные массы вагонов брутто из справочника [98, с.64]);
возможны два варианта задания в виде долей количества вагонов различных типов в эксплуатируемом парке: при первом (Т=1) даны доли по массе вагонов брутто, при втором (V=2) даны доли по количеству вагонов)
d4k, d4s, de, ds - доли вагонов в эксплуатируемом парке вагонов: четырехосных с подшипниками качения и скольжения, шестиосных и восьмиосных.
Требуется определить параметры расчетного состава: расчетную массу, длину и количество вагонов, а также количество и доли вагонов (четырехосных, шестиосных и восьмиосных) по их типам в составе поезда. Масса расчетного состава равна сумме масс четырехосных, шестиосных и восьмиосных вагонов, входящих в состав поезда
При реализации этого алгоритма осуществляется контроль с помощью анализа значений рассматриваемых долей наличия вагонов соответствующего типа, для избегания ситуации деления на нулевую массу.
Рассмотрим второй вариант задания долей вагонов.
Будем считать долю dtw вагонов (г -го типа в составе поезда), примерно равной доле dt вагонов (/-го типа в парке вагонов): di&diBV= к/кп, где kj и кп соответственно количество вагонов і-то типа в составе поезда и количество вагонов всех типов в поезде. Тогда количество вагонов z-ro типа можно определить приблизительно по формуле: k dj кп.
С учетом этого вышеприведенная формула для расчета массы состава примет вид
Теперь имеется возможность для обоих вариантов задания долей вагонов найти массу Q расчетного состава по ранее приведенной формуле с использованием заданных значений масс вагонов и рассчитанного их количества по типам.
Если в результате выполненных вычислений полученное значение расчетной массы состава окажется более или менее заданной в исходных данных массы состава, то нужно будет провести еще одну корректировку: если (M-Q) M4 то &и-:=&4л+1, кп: кп+\, Q:=Q+M4 иначе если (Q-M) M4 то А"4 = -1, кп:=к„-1, Q:—Q-M.4\
В общем случае, для произвольного количества типов, могут быть использованы формулы, аналогичные рассмотренным.
Определим доли вагонов различных типов в составе поезда при первом варианте задания долей вагонов
Здесь и далее будет использоваться единица измерения скорости км/ч. Поэтому для получения при необходимости значения скорости в единицах измерения м/с применяется переводной коэффициент 1/3,6.
Пусть за время рассматриваемого шага продвижения, скорость поезда изменилась с начальной скорости VH до конечной VK. Будем считать, что в течение этого шага на поезд действует неизменная сила / .
Тогда движение будет описываться формулами равнопеременного движения. Принципиально эта сила может быть рассчитана при скоростях VH, VK, средней скорости в пределах шага продвижения Vcp. или быть взята равной среднеарифметическому сил при начальной и конечной скоростях.
Для ручного расчета и автоматизированного пошагового расчета, требующего ввода значения удельной силы, может использоваться заранее рассчитанная на компьютере таблица зависимости силы / от скорости для различных режимов движения поезда.
Продолжительность и длина шага могут быть рассчитаны по формулам для равнопеременного движения
Алгоритмы автоматизированной системы
Система обеспечивает моделирование движения поездов, о параметрах каждого из которых имеется полная информация. В тех случаях, когда известна только информация о массе состава и доле вагонов каждой категории, например, при разбивке железнодорожной линии на блок-участки, производится определение недостающих параметров поезда, в соответствии с методикой [159], рассмотренной в п. 3.3.1,.
При моделировании поезд может осуществлять движение в режимах указанных в табл. 6.1.
С целью обеспечения гибкости действия программного обеспечения, изменение режима движения происходит после достижения любого из вводимых в программное обеспечение граничных (предельных) параметров движения поезда, относящихся к рассматриваемому перегону и режиму. В качестве этих параметров для каждого режима движения, кроме станционного торможения, берутся следующие: координата головы поезда; максимальная и минимальные скорости движения.
С целью упрощения расчетов после ввода и печати значений все пикетные координаты будут представляться в обычном непикетном виде. Далее они называются, в отличие от пикетных координат, просто координатами.
В процессе расчетов не изменяются значения всех вводимых исходных данных, за исключением количества возможных границ блок-участков (для некоторых СИРДП — точек подключения аппаратуры рельсовых цепей) и их координат. Далее по тексту при использовании термина блок-участок, следует иметь в виду, что для некоторых разновидностей СИРДП его следует заменить на термин рельсовая цепь, а термин граница блок-участков на термин точка подключения аппаратуры рельсовых цепей и т. д.
Использование вектора Р(араметр)(лок-участка), названного индикатором необходимости увеличения количества возможных границ блок-участков, позволяет не вводить большое количество возможных координат границ блок-участков, а определить место их нахождения с помощью ЭВМ. Если компонент этого вектора, соответствующий некоторой вводимой возможной границе блок-участка, равен единице, то осуществляется разбивка участка, находящегося между этой границей и предыдущей, на участки с заданной кратностью (например, для метрополитена 12.5 м), в противном случае разбивка не осуществляется.
Работа программного обеспечения начинается с запуска программы Main. Для возможности его работы необходимо одним из предлагаемых способов задать имя текстового файла с исходными данными. Далее управление передается подпрограмме Vvod. В ней осуществляется настройка выходного потока данных, считываются входные данные, и запускается подпрограмма их первичной обработки Регу(ичная)0#г(аботка). Она осуществляет преобразование исходных данных к виду удобному для дальнейшего использования и вызов подпрограммы Моделирование) (виртуальное), в которой для того, чтобы можно было рассчитать семейство кривых движения по каждому перегону, предусмотрен цикл по порядковому номеру варианта кривой скорости движения и возможность варьирования профиля перегона.
В подпрограмме ModVir имеется внутренний и внешний циклы, в которых при введённых значениях переменных KSU1&1 и KSUl l изменяются значения координат точек перелома профиля на участках соответственно подхода и ухода от станции прибытия. При значении вводимой переменной U—1, значение первой координаты поезда вводится из файла исходных данных, в противном случае моделирование движения поезда начинается с характерной точки, местонахождение которой зависит от типа транспортной системы. Так, например, для условий метрополитена, она может быть взята находящейся от станции прибытия на расстоянии примерно равном тормозному пути системы АРС от скорости 70 км/час. В подпрограмме Vvod предусматривается ввод значений скорости поезда и момента времени начала моделирования.
При расчете текущего варианта кривой скорости вызывается подпрограмма Model, осуществляющая моделирование движения заданного количества поездов по перегонам заданного участка.
При значении входного параметра (кономика)=1 осуществляется запуск подпрограммы Р з(счет)(2(затрат)Рг(приведенных к часу), которая рассчитывает часовые приведенные затраты на движение поездов по перегону. При "=0 запуск подпрограммы не происходит.
В зависимости от значений входных управляющих параметров происходит запуск соответствующих подпрограмм вывода требуемой выходной, промежуточной и отладочной информации.
Реализуется следующая основная нисходящая иерархическая цепочка базовых подпрограмм,: Main, Vvod, PervObr, ModVir, ModPP, ModRegim, Modltvt, PTSV.
Большинство из указанных подпрограмм соответствует определенному иерархическому уровню моделирования.
Основные понятия, связанные с моделированием движения поезда. Иерархические уровни моделирования и базовые подпрограммы для их реализации
Ниже при рассмотрении иерархических уровней будут указываться базовые подпрограммы для их реализации.
При моделировании движения поезда, оно рассматривается как совокупность одношаговых продвижений [PTSV\. При этом для каждого шага указывается вид продвижения (VP): по времени ( DP), по скорости ( DF) или по расстоянию ( )") и задается приращение соответственно: скорости, координаты или времени движения. В пределах шага движение рассматривается как равнопеременное.
Основными параметрами одношагового продвижения являются следующие: его порядковый номер, координата, скорость, момент времени при завершении этого продвижения, режим движения поезда, положение контроллера машиниста.
Предельное продвижение поезда \Mod\TVT\ рассматривается как совокупность одношаговых продвижений до момента изменения режима движения, приведенного профиля или вступления на следующий участок СИРДП.
Режимное продвижение [ModRegim] — это движение поезда в заданном режиме, представляющее собой совокупность предельных продвижений поезда.
Аналогично вводятся понятия моделирования других иерархических уровней: движения поезда по перегону [ModPP], движения поезда по заданному количеству перегонов (заданному участку), движения заданного количества поездов по заданному участку [Model], моделирование с возможностью для каждого перегона получения семейства кривых движения и варьирования профиля [ModVir].
Параметрами фактического продвижения называется совокупность параметров одношаговых продвижений, рассчитанная к рассматриваемому моменту времени работы программного обеспечения и зафиксированная как окончательная.
Параметрами фиктивного продвижения называется совокупность параметров одношаговых продвижений, рассчитанная к рассматриваемому моменту времени работы программного обеспечения, но еще не зафиксированная как окончательная.
Похожие диссертации на Методы повышения эффективности интервального регулирования движения поездов на железнодорожном транспорте
-
