Содержание к диссертации
Введение
1. Теория и практика усиления пропускной и провозной способности железнодорожных линий 8
1.1 .Современное состояние и перспективы функционирования же лезнодорожного транспорта Российской Федерации 8
1.2. Состояние теории развития пропускной и провозной способно сти железных дорог 13
1.3.Цель, объект, задачи и методы исследования. 21
1.4.Оценка временных потерь при обгоне грузового поезда пасса жирским 23
1.5.Выводыпо 1 главе 34
2 Оценка параметров графика движения поездов на двухпутных участках 37
2.1.Определение параметров графика при безобгонной равномерной прокладке грузовых поездов 37
2.2. Определение параметров графика при безобгонном неравномерном пропуске грузовых поездов 46
2.3.Определение параметров графика при обгонах грузовых поездов пассажирскими 57
2.4.Анализ потерь пропускной способности железнодорожного участка при обгоне грузовых поездов пассажирскими 64
2.5. Выводы по 2 главе 70
3. Исследование параметров и размещения трехпутных вставок на железнодорожном участке 73
3.1.Общие условия проектирования трехпутной вставки в плане и профиле 73
3.2.Определение минимальной длины трехпутной вставки 78
3.3. Зависимость скоростей движения поездов от состояния железнодорожного пути 87
3.4. Вероятностная оценка безостановочного обгона грузовых поездов пассажирскими 94
3.4.1 .Общие положения 94
3.4.2.Взаимосвязь надежности графика безостановочного обгона грузовых поездов пассажирскими с длиной трехпутной
вставки в условиях полной неопределенности 96
3.4.3.Оценка вероятности снижения скорости пассажирского поезда при обгоне им грузового 104
3.4.4.Определение вероятности совпадения обгонов грузовых поездов встречными пассажирскими 116
3.5.Выводы по 3 главе 119
4. Комплексная оптимизация параметров двухпутного участка є трехпутными вставками 124
4.1 .Общие положения. 124
4.2. Сферы эффективности применения различных типов графиков движения поездов 128.
4.3.Комплексная оптимизация параметров трехпутных вставок 136
4.3.1 .Общие положения 136
4.3.2.Комплексная оптимизация параметров трехпутных вставок в условиях отсутствия снижения скоростей движения
пассажирских поездов 137
4.3.3.Комплексная оптимизация параметров трехпутных вставок при возможном снижении скоростей движения пассажирских поездов 142
4.4.Определение целесообразности устройства трехпутных вставок 146
4.5.Выводы по 4 главе 148
Заключение 153
Список использованных источников
- Состояние теории развития пропускной и провозной способно сти железных дорог
- Определение параметров графика при безобгонном неравномерном пропуске грузовых поездов
- Зависимость скоростей движения поездов от состояния железнодорожного пути
- Сферы эффективности применения различных типов графиков движения поездов
Введение к работе
Железнодорожный транспорт в Российской Федерации имеет исключительно важное значение в жизнеобеспечении многоотраслевой экономики и реализации социально значимых услуг по перевозке пассажиров. На его долю приходится более 75% грузооборота и 40% пассажирооборота, выполняемого транспортом общего пользования /97/.
Основополагающим документом, регламентирующим деятельность всех подразделений железнодорожного транспорта, участвующих в перевозочном процессе является график движения поездов. Он выражает план всей эксплуатационной работы железных дорог и является основой организации перевозок. Движение поездов по графику обеспечивается выполнением технологического процесса работы станций, локомотивных и вагонных депо, тяговых подстанций, пунктов технического и коммерческого осмотра, дистанций пути и других подразделений, связанных с движением поездов. Координируя работу этих подразделений, график движения позволяет осуществлять своевременную перевозку грузов и пассажиров при одновременном выполнении требований безопасности движения, наивыгоднейшего использования подвижного состава, обеспечения ритмичности работы станций, участков при наилучшем использовании их пропускной способности.
На протяжении многих десятилетий (до 90-х годов XX века) теория и практика разработки графика движения поездов была направлена на повышение интенсификации перевозочного процесса, эксплуатацию железнодорожных участков и направлений в условиях высокого заполнения их пропускной способности.
В 90-е годы наблюдался существенный спад объемов перевозочной работы, что привело к высвобождению больших мощностей технических устройств, часть из которых была полностью или частично законсервирована. Изменилась
и технология работы отдельных подразделений железных дорог (ряд станций и участков были переведены на односменный режим работы).
Начиная с 1998 года наметился рост размеров перевозок, что было обусловлено постепенным преодолением кризисных явлений в экономике страны. А с начала нового тысячелетия ежегодные темпы прироста объемов перевозочной работы составили 6-7%.
Одновременно в организации эксплуатационной работы произошла переориентация на повышение ее качества в части дифференцированного подхода к взаимоотношениям железных дорог с клиентурой. А это, в свою очередь, привело к появлению новых принципов построения графика движения поездов, которые должны обеспечивать:
специализацию ниток для пропуска поездов различных категорий, в
том числе, для срочной доставки скоропортящихся и ценных грузов, а также
ниток постоянного обращения, для доставки повагонных отправок с фиксиро-
vfj& ванным расписанием следования грузов;
возможность прокладки ниток с заказанными пользователем точками
отправления и прибытия грузов.
При разработке графика пассажирского движения необходимо реализо-вывать комплекс мер, направленных на привлечение дополнительного числа пассажиров за счет:
а назначения времени прибытия и отправления пассажирских поездов с
начальных и конечных пунктов с учетом удобств пассажиров и расходов же-
l^i лезнодорожного транспорта;
а согласования прибытия и отправления пассажирских поездов в узлах для сокращения времени, затрачиваемого пассажирами на пересадку;
а согласования прибытия и отправления пассажирских поездов с расписанием работы других видов транспорта;
а открытия новых прямых беспересадочных пассажирских сообщений;
а сокращения времени проезда пассажиров между конечными пунктами за счет более совершенной прокладки пассажирских поездов на графике.
В целом для минимизации себестоимости перевозок новая система разработки графика движения поездов должна предусматривать его адаптацию к условиям рыночной среды.
Одновременно график движения поездов должен обеспечивать ускоренное продвижение грузов и пассажиров с наименьшими эксплуатационными расходами. В части грузовых перевозок это условие реализуется повышением участковой скорости и снижением межоперационных простоев поездов и ваго-нов. В части пассажирского - повышением ходовой скорости за счет использования высокоскоростного подвижного состава.
За последние годы проведена большая работа по оздоровлению и усиле
нию верхнего строения пути, что позволило существенно повысить скорости
движения поездов и сократить время нахождения пассажиров в пути. Главным
образом указанные мероприятия затронули основные магистральные направле
ния. Одновременно указанные направления вошли в, так называемые, транс-
\ портные коридоры, по которым планируется перемещать основную массу гру-
зов как внутри страны, так и экспортно-импортных (включая транзитные).
Таким образом, в дальнейшем развитии железнодорожного транспорта Российской Федерацій, фактически взят курс на выделение и усиленное развитие основных транспортных магистралей.
В этих условиях интенсификация перевозочного процесса при сохране
нии и дальнейшем повышении его качества потребует совершенствования тех
нологии продвижения поездопотоков и дальнейшего усиления пропускной и
^ провозной способности железнодорожных участков и направлений, что в ко-
нечном итоге и является целью настоящих исследований.
#
Состояние теории развития пропускной и провозной способно сти железных дорог
Теоретические проблемы развития пропускной и провозной способности железных дорог нашли свое отражение в многочисленных трудах отечественных ученых. К числу работ в этой области следует отнести исследования Л.Г.Бегама /14/, И.И.Васильева /17/, А.Е.Гибшмана /27, 28, 29, 30/, Б.М.Максимовича /84, 85, 86/. В этих работах эффективность проведения мероприятий по развитию пропускной способности определялась по минимуму расходов на перевозки без учета единовременных капитальных затрат на последующее развитие /14, 17/ и с учетом этих затрат /28,29, 30, 85/.
В работе /18/ исследованы вопросы экономически целесообразного уровня использования пропускной способности однопутных линий. Этот уровень определен на основе анализа затрат на строительство и содержание разъездов и расходов, связанных с участковой скоростью движения грузовых поездов. Авторы приходят к выводу, что экономически целесообразный уровень заполнения пропускной способности зависит, в основном, от не идентичности перегонов и для большинства однопутных линий равен 0,80-0,85.
В работе А.К.Угрюмова /134/ формулируется вывод о том, что на однопутных линиях необходим резерв пропускной способности 14-17% для погашения суточной неравномерности вагонопотоков.
Этапному увеличению пропускной способности посвящены работы А.В.Горинова /32/, Г.И.Черномордика /141, 142/, Б.Э.Пейсахзона /102/.
В работе /32/ освещаются технические вопросы проектирования в связи с этапным усилением пропускной способности однопутной линии и постепенного переустройства ее в двухпутную.
В книге /141/ коллектив авторов излагает элементы методики оценки различных технических решений по овладению заданным грузопотоком. Работа /142/ посвящена, в основном, оценке эффективности повышения веса грузовых поездов. В ней показано, что данное высокоэффективное мероприятие позволяет отдалить на более поздний срок переустройство однопутных линий в двухпутные.
В работе /102/ исследованы вопросы увеличения провозной способности железных дорог за счет повышения веса и скорости грузовых поездов. Оптимальные веса и скорости определены для однопутных линий. Однако эти вопросы решены без увязки с процессом переустройства однопутных линий в двухпутные.
В 1958 г. коллективом авторов ВНИИЖТа по руководством докторов технических наук Б.М.Максимовича и Э.Д.Фельдман выполнено исследование /85/, в котором изложена методика выбора наиболее эффективного способа увеличения пропускной способности однопутных железнодорожных линий. Данная методика содержит оценку важнейших технико-экономических показателей (натуральных и денежных) и определение сфер целесообразного приме нения различных мероприятий в разнообразных условиях работы и технического оснащения этих линий.
Предлагаемая авторами методика предполагает решение задачи выбора оптимального в технико-экономическом отношении способа увеличения пропускной способности линии осуществлять в два этапа. Первый этап состоит в отборе ограниченного числа возможных мероприятий, обеспечивающих освоение заданных размеров перевозок и отвечающих условию наибольшей экономической и эксплуатационной эффективности. На втором этапе для ограниченного числа предварительно отобранных вариантов определяются основные технико-экономические показатели и производится окончательный выбор последовательности осуществления различных вариантов увеличения пропускной способности железнодорожной линии.
В исследованиях /19/ отмечается, что разработка и обоснование предложений, учитывающих все многообразие условий эксплуатации и технического оснащения железных дорог, требует дальнейшего детального исследования.
Одновременно проводились научные исследования, посвященные установлению наиболее экономически эффективных значений веса и скорости движения грузовых и пассажирских поездов /102, 129, 142/. С учетом результатов этих исследований были разработаны эксплуатационные требования к длине станционных путей и параметрам локомотивов при различных видах тяги, что способствовало научно-обоснованному выбору новых типов поездных локомотивов.
В 1961 и 1969 гг. опубликованы работы А.М.Макарочкина /81, 83/, в которых приводится методика определения наивыгоднейшей этапности овладения растущим грузопотоком. Указанная методика основана на способе непосредственного сравнения вариантов с различным сочетанием мер по овладению перевозками на рассматриваемой линии за весь период ее эксплуатации с момента, когда пропускная способность однопутной линии исчерпана, до ввода сплошных вторых путей.
Определение параметров графика при безобгонном неравномерном пропуске грузовых поездов
В предыдущем параграфе были исследованы параметры графика движения при безобгонной прокладке грузовых поездов в условиях их равномерного отправления с технической станции (через расчетный межпоездной интервал /). Полученные при этом формулы можно применять при оценке наличной пропускной способности в части грузового движения, а также с достаточной степенью точности при оценке потребной пропускной способности, когда за 0 грузка железнодорожного участка близка к 1. В последнем случае грузовые по езда следуют с разграничивающими интервалами примерно равными минимальному межпоездному интервалу /. При уменьшении уровня заполнения пропускной способности погрешность в расчетах может возрастать, так как происходит трансформация реальных значений межпоездных интервалов.
Согласно исследованиям /87,96,121,134 и др./ интервалы между моментами отправления грузовых поездов с технической станции на двухпутный участок подчиняются закону распределения Эрланга, преимущественно второго порядка. Например, исследованиями /87,121/ установлено, что интервалы между моментами завершения накопления составов в сортировочном парке распределяются по показательному закону. В дальнейшем, проходя подсистемы станции: окончание формирования на вытяжных путях и выставка в парк отправления, технический осмотр, обеспечение поездными локомотивами и т.п., включая слияние с потоком транзитных поездов, следующих через станцию без переформирования, происходит трансформация составопотоков, при которой уменьшается неравномерность их продвижения во времени. Таким образом, по ступление в систему «готовность к отправлению» происходит уже с коэффициентом вариации 0,6-0,8, т.е. колебания фактических величин межпоездных интервалов уже имеют существенные значения, что может повлиять на характер изменения параметров графика при безобгонном пропуске грузовых поездов.
В этих условиях получить аналитические зависимости, позволяющие определить среднее число задерживаемых поездов и среднее время их простоя, довольно затруднительно. Кроме того, необходимость в пропуске пассажирских поездов (особенно при безобгонной прокладке) приводит к увеличению неравномерности продвижения грузовых. Эта неравномерность физически обусловлена трансформацией поездопотока, при которой неравномерность межпоездных интервалов еще более повышается. Так, если грузовые поезда (попадающие под обгон) имеют относительно близкие по значению интервалы между моментами поступления в систему «готовность к отправлению», то наличие пассажирского поезда приводит к появлению вначале увеличенного интервала Т0, а затем группы минимальных межпоездных интервалов /. Очевидно, что повышение неравномерности поездопотока в этом случае приведет к определенным потерям в ходе его дальнейшего продвижения.
Аналитические зависимости для оценки параметров графика при безобгонном неравномерном пропуске грузовых поездов можно получить на основе имитационного моделирования процесса поступления поездов в систему «готовность к отправлению» и появления на участке пассажирского поезда. Графическая интерпретация данного процесса представлена на рис.2.3.
Алгоритм моделирования представляет собой следующую последовательность действий.
После пропуска очередного грузового поезда (на рис.2.3 - 2004) возникает необходимость в пропуске пассажирского поезда (на рис.2.3 - 2), т.е. задается период Т0. Затем производится моделирование интервалов между появлением грузовых поездов в системе «готовность к отправлению» по формуле:
Зависимость скоростей движения поездов от состояния железнодорожного пути
Директивные - это скорости, устанавливаемые в соответствии с классификацией данного участка пути и Приказом о максимальных допустимых скоростях движения подвижного состава для разных конструкций пути и радиусов кривых, т.е., по существу, максимально возможные скорости для данного участка и соответствующего типа подвижного состава. В настоящее время эти скорости определяются Приказом №2/ЦЗ от 14 июля 1994г.
Нормативные - это скорости, ограниченные в данный момент времени в соответствии с нормативной документацией по состоянию элементов верхнего строения пути и геометрии рельсовой колеи. Технико-экономические определяются на основе принятия управляющих решений на базе данных мониторинга и прогноза работы соответствующих элементов.
Наиболее стабильным элементом при определении допускаемых скоростей движения являются директивные скорости. Это обусловлено сложившейся системой их установления: каждый вновь созданный или модернизированный экипаж испытывается в идентичных условиях испытательного полигона ВНИ-ИЖТа совместно с эксплуатирующейся машиной, для которой скорости уже установлены и апробированы в эксплуатации. Если новый экипаж предназначен для замены эксплуатируемых машин, он должен обладать лучшими показателями динамики и воздействия на путь.
Директивные скорости представляют собой нормы допускаемых скоростей движения локомотивов и вагонов по железнодорожным путям колеи 1520 мм ОАО «РЖД». Эти скорости дифференцированы по типам подвижного состава, верхнего строения пути и плану линии и являются максимальными по условиям динамического воздействия на путь, прочности и стабильности его, непогашенного ускорения в кривых и устойчивости колеса против вкатывания гребнем на поверхность катания головки рельса. Следует также отметить, что из параметров состояния пути в директивных скоростях используется только величина приведенного износа рельсов, поэтому эти скорости являются наиболее стабильными.
Наиболее сложной задачей является разработка нормативных скоростей движения, т.е. порядка ограничения скоростей движения в зависимости от состояния элементов верхнего строения пути или геометрии рельсовой колеи. Особенность ее решения заключается в том, что, с одной стороны, данные нормативы являются документом прямого действия, определяющим безопасность движения, но с другой стороны, необоснованное их ужесточение (без повышения безопасности движения) наносит существенный вред перевозочному про цессу и неоправданно увеличивает эксплуатационные расходы.
Нормативные скорости движения определяются в соответствии с Правилами технической эксплуатации, соответствующими Инструкциями и отдельными указаниями ОАО «РЖД». Они охватывают порядок установления скоростей движения, как в период эксплуатации пути, так и во время производства ремонтных работ и относятся к: а) состоянию геометрии рельсовой колеи: Щ V состояние пути по ширине рельсовой колеи; S состояние пути по уровню; S состояние пути по просадке рельсовых нитей; S состояние пути по положению в плане; б) состоянию отдельных элементов конструкции верхнего строения пути; в) состоянию конструкции пути в целом. Отдельно устанавливаются нормативные скорости пропуска поездов в период производства путевых работ и после их окончания.
Основой установления скоростей движения поездов в процессе производства работ и после их окончания является определение порядка пропуска поездов по неровностям, возникающим в ходе работ и при обкатке пути после их окончания с учетом ослаблений в конструкции пути.
Причинами, вызывающими необходимость ограничения скорости движения поездов в процессе производства работ и после их окончания, являются: S ослабление балластной призмы, угрожающее потерей устойчивости рельсошпальной решетки и интенсивным накоплением деформаций с возник-новением неровностей, угрожающих безопасности движения поездов; S ослабление конструкции рельсошпальной решетки; S появление и развитие неровностей, угрожающих потерей устойчивости колеса на рельсе и саморасцепом, а также увеличением силового воздействия на путь, приводящего к росту деформаций пути; при этом процесс осадок пути при стабилизации может сразу перейти в процесс расстройства пути.
Порядок выдачи предупреждений об ограничении скоростей движения при производстве путевых работ определяется «Инструкцией по обеспечению безопасности движения поездов при производстве путевых работ». По существу, различаясь в деталях технологии выполнения работ, все издания этих инструкций, начиная с 1939 г. по 1987 г. были построены по одному принципу: максимальная допускаемая скорость движения назначалась для данного вида работ независимо от типа верхнего строения, конструкции экипажной части подвижного состава и наличия неровностей пути на месте производства работ.
Интерпретируя выше изложенное для условий функционирования двухпутных железнодорожных участков с трехпутными вставками можно констатировать, что в процессе перемещения грузовых и пассажирских поездов изменяются не только скорости их движения но и само соотношение ус. При этом наименьшее значение ус = 1 достигается в тех элементах, где вводятся ограничения скоростей (в местах производства ремонтно-путевых работ, на искусственных сооружениях и др.), а наибольшее (утах) присутствует на затяжных подъемах в прямых участках пути. На других элементах пути ограничения скорости могут касаться лишь пассажирских поездов: в кривых небольшого радиуса, на искусственных сооружениях, где нормативная скорость меньше директивной для пассажирского движения, но не превышает аналогичную, установленную для грузового и др.
Сферы эффективности применения различных типов графиков движения поездов
В плане железнодорожной линии третий путь может проектироваться со стороны существующих первого или второго главных путей. При пролегании двухпутного участка в местности, характеризующейся наличием уклона земли, третий путь может располагаться либо с полевой стороны, либо с нагорной. В первом случае объем земляных работ по отсыпке земляного полотна будет несколько превышать аналогичный, наблюдающийся во втором варианте. Однако при расположении третьего главного пути с нагорной стороны требуется перенос водоотводных лотков, что увеличивает расходы, связанные с сооружением земляного полотна.
Если при парных размерах пассажирского и грузового движения трехпутная вставка располагается в равнинной местности или в выемках, то вариант расположения третьего главного пути не имеет принципиального значения. При непарных размерах третий путь следует размещать со стороны того главного пути, по которому производится наиболее интенсивное движение пассажирских поездов, а при их равенстве - наблюдаются наибольшие размеры движения грузовых поездов.
Выбор варианта расположения третьего главного пути производится в каждом конкретном случае на основе сопоставления строительных затрат на его сооружение.
Определение минимальной длины трехпутной вставки производится при условии безостановочного обгона грузового поезда пассажирским. На основе математического анализа процесса безостановочного обгона грузового поезда пассажирским получена формула для расчета минимальной длины трехпутной вставки. Исследование влияния на эту длину различных факторов показало, что наиболее существенное уменьшение потребной длины трехпутной вставки наблюдается при увеличении соотношения скоростей движения пассажирского и грузового поездов до 1,8. В дальнейшем кривая становиться более пологой, а снижение минимальной длины трехпутной вставки происходит медленными темпами. Кроме того, установлено, что скорость движения грузовых поездов практически не оказывает влияния на минимальную протяженность трехпутной вставки.
В процессе перемещения изменяются не только скорости движения грузовых и пассажирских поездов, но и их соотношение. Наименьшее значение данного соотношения достигается в тех элементах, где вводятся ограничения скоростей, а наибольшее присутствует на затяжных подъемах в прямых участках пути. На других элементах пути ограничения скорости могут касаться лишь пассажирских поездов. К числу таких участков относятся те, где нормативная скорость меньше директивной для пассажирского движения, но не превышает аналогичную, установленную для грузового.
В конкретных условиях проектирования трехпутных вставок соотношение скоростей движения грузовых и пассажирских поездов для каждой такой вставки должно определяться как средневзвешенная величина, вычисленная по элементам (пикетам) пути на основе тяговых расчетов.
На основе выполненного анализа в первом приближении можно рекомендовать устройство трехпутных вставок на тех микрополигонах железнодорожного участка, где соотношение скоростей движения грузовых и пассажирских поездов принимает свое наибольшее значение. В этом случае минимально необходимое время на обгон грузового поезда пассажирским достигается на сравнительно небольшом отрезке пути, т.е. расходы на устройство трехпутных вставок будут наименьшими.
Вероятностная оценка безостановочного обгона грузовых поездов пассажирскими может выполняться для одного из двух вариантов: полной не определенности в перспективном графике движения на рассматриваемом же лезнодорожном участке; наличии определенных закономерностей в расположе нии грузовых и пассажирских поездов на графике. Первый случай является наиболее общим и учитывает возможные отличия в ежегодно разрабатываемых графиках, сбои в движении грузовых и пассажирских поездов и др.
