Содержание к диссертации
Введение
1. Теория и практика функционирования железнодорожных линий в условиях возникновения отказов 8
1.1. Актуальность исследования проблемы надежности перевозочного процесса 8
1.2. Основные параметры надежности технических устройств и подвижного состава 15
1.3. Взаимосвязь уровня надежности с пропускной и провозной способностью железнодорожных линий 17
1.4. Цель, объект, задачи и методы исследования 24
1.5. Выводы по 1 главе 28
2. Влияние отказов технических устройств и подвижного состава на пропускную способность двухпутных участков, оборудованных автобло кировкой 30
2.1. Общие положения 30
2.2. Влияние состояния путевого хозяйства на пропускную способность участков 31
2.3. Влияние на пропускную способность железнодорожных участков отказов устройств СЦБ 48
2.4. Влияние отказов подвижного состава и устройств энергоснабжения на пропускную способность 56
2.5. Выводы по 2 главе 66
3. Влияние отказов технических устройств и подвижного состава на задержки поездов на двух путных участках, оборудованных автоблокировкой 68
3.1. Задержки поездов на участке из-за снижения скорости движения по состоянию пути и отказа перегонных устройств автоблокировки 68
3.2. Влияние замены дефектных рельсов, стрелочных переводов и крестовин на задержки поездов 82
3.3. Влияние отказов устройств энергоснабжения и подвижного состава на задержки поездов 84
3.4. Выводы по 3 главе 98
4. Влияние уровня надежности технических устройств и подвижного состава на пропускную и провозную способность двухпутных участков 100
4.1. Общие положения 100
4.2. Влияние уровня надежности грузовых вагонов на пропускную и провозную способность участка 101
4.3. Влияние уровня надежности устройств пути на пропускную и провозную способность участка : 103
4.4. Влияние уровня надежности локомотивов на пропускную и провозную способность участка 115
4.5. Характеристика отказов по устройствам энергоснабжения и связииСЦБ 118
4.6. Суммарное влияние надежности локомотивов, вагонов и устройств пути на пропускную и провозную способность двухпутного участка 120
4.7. Выводы по 4 главе 128
Заключение 131
Список использованных источников
- Основные параметры надежности технических устройств и подвижного состава
- Влияние состояния путевого хозяйства на пропускную способность участков
- Влияние замены дефектных рельсов, стрелочных переводов и крестовин на задержки поездов
- Влияние уровня надежности грузовых вагонов на пропускную и провозную способность участка
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.
Структурные изменения в экономике России, постепенный выход из кризиса и наращивание производства, усиление экспортной направленности сырьевых поставок, переориентация грузопотоков, требуют реализации новых подходов к использованию технического потенциала железнодорожного транспорта.
Падение объемов перевозок в середине 90-х годов прошлого столетия привело к необходимости обеспечить соответствие имеющегося технического оснащения железных дорог уровню выполняемой работы. В этой связи происходило закрытие и консервация раздельные пунктов и малодеятельных линий.
В последние годы политика развития сети железных дорог Российской Федерации направлена на усиление пропускной и провозной способности главных железнодорожных направлений с интенсивным движением грузовых и пассажирских поездов и поддержание в надлежащем техническом отношении второстепенных линий.
В этой связи на территории России на первом этапе предложено создать так называемые транспортные коридоры (МТК), которые соединили бы промышленные центры между собой и с морскими портами, а также с пограничными станциями, равно как и последние между собой, т.е. фактически пункты заражения и погашения больших грузопотоков. Создание транспортных коридоров является отражением решения Комитета по внутреннему транспорту Европейской экономической комиссии ООН, которая определила приоритетные направления транспортных связей, нашедших свое отражение
в создании девяти общеевропейских транспортных коридоров (так называемые «Критские коридоры»), три из которых частично проходят по территории Российской Федерации.
Для более полного использования преимуществ географического положения страны, реализации ее транспортного потенциала Правительство России приняло решение о формировании дополнительно к общеевропейским международных транспортных коридоров на территории нашей страны.
Основными критериями выбора железнодорожных направлений для включения в МТК на территории России стали совокупности наиболее технически оснащенных магистральных транспортных коммуникаций, обеспечивающих перевозки пассажиров и грузов в международном сообщении на направлениях их наибольшей концентрации и связывающих разные страны.
Ожидается, что к 2010 году перевозки внешнеторговых грузов составят 645-655 млн.т, в т.ч. экспорт- 550-555 млн.т, импорт - 95-100 млн.т. Размер транзитных перевозок увеличится в 2,9-3 раза и достигнет 58-60 млн.т. Перевозки транзитных грузов в контейнерах на важнейших широтных направлениях возрастут в 10-11 раз и составят 250-300 тыс. единиц, а на направлении Север-Юг достигнут 80-100 тыс. единиц.
Основным видом транспорта в МТК являются железные дороги, которые обеспечивают перевозки грузов и в сообщении Восток-Запад, и в сообщении Север-Юг, а также на подходах к основным российским портам. Перевозки внешнеторговых и транзитных грузов на отдельных железнодорожных направлениях этих коридоров достигают 14-25 млн. т, в перспективе до 2010 г. ожидается их рост в 1,5-2 раза.
Железнодорожные направления, входящие в МТК, являются в основном технически хорошо оснащенными и имеющими общегосударственное значение. Их общая протяженность составляет 23112 км, т.е. почти четверть главных путей железных дорог Российской Федерации. Они представляют собой главным образом двухпутные линии (95% общей протяженности железных дорог, входящих в МТК). Все участки направлений оборудованы ав тематической блокировкой и диспетчерской централизацией. Длина электрифицированных линий составляет 18933 км, или 84% общей протяженности МТК. Тепловозной тягой обслуживаются 4179 км.
Из представленного выше следует, что в ближайшей перспективе следует ожидать существенный рост размеров грузового и пассажирского движения по участкам, входящим в транспортные коридоры, что несомненно потребует увеличения их пропускной и провозной способности. ф В этой связи проблема реальной оценки пропускной и провозной спо собности грузонапряженных линий несомненно актуальна, а ее решение является основой не только для оценки этапного усиления железнодорожных участков, но и для определения качественных параметров перевозочной работы.
Практика работы железных дорог показывает, что на процесс организации движения грузовых и пассажирских поездов большое влияние оказывает состояние технических устройств и подвижного состава. Возникающие (4л в процессе их эксплуатации отказы приводят к снижению пропускной и провозной способности отдельных участков и целых направлений. Кроме того, они вызывают большие потери, связанные с пропуском поездо- и вагонопо-токов.
На основании выше изложенного актуальной является оценка влияния отказов технических средств и подвижного состава на пропускную и провоз ч
ную способность железнодорожных участков. Данной проблеме и посвящено настоящее исследование.
Основные параметры надежности технических устройств и подвижного состава
Государственным стандартом установлено, что надежностью называется свойство машин, механизмов, устройств, сооружений и т. п. выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в течение требуемого промежутка времени. Для характеристики уровня надежности установлена номенклатура показателей.
В настоящей работе для оценки влияния надежности на пропускную и провозную способность железных дорог рассматриваются основные техни-ческие устройства: пути, энергоснабжения, связи и СЦБ и подвижной состав - локомотивы и вагоны.
Для характеристики уровня их надежности в системе организации движения поездов используются два основных показателя: параметр потока отказов и среднее время восстановления. Параметр потока поездов это среднее количество отказов, приходящихся на принятый измеритель - в единицу времени, на поездо-км, на 1 км линии или на тонно-км брутто. Среднее время восстановления - это среднее время на отыскание и устранение одного отказа.
По отношению к рассматриваемым техническим устройствам и подвижному составу за отказ принимаются события:
а) по подвижному составу - нерегламентированная остановка поезда на перегонах и промежуточных станциях участка любой продолжительности, опоздания поездов на перегонах и промежуточных станциях участка любой продолжительности, опоздания поездов на перегонах из-за неисправности подвижного состава;
б) по устройствам пути - предупреждение об ограничении скорости движения поездов (уровень ограничения скорости, протяженность участка пути, на котором снижается скорость), выполнение работ по замене дефект ных элементов верхнего строения пути, искусственных сооружений, земля ного полотна. Плановые виды ремонтов - подъемочный, средний и капи тальный в данной работе не рассматриваются;
в) по устройствам энергоснабжения - вынужденные остановки поездов на перегонах и станциях, опоздания поездов на перегонах любой продолжи тельности из-за неисправности устройств энергоснабжения или сверхнорма тивного падения напряжения;
г) по устройствам связи и СЦБ — вынужденные остановки поездов на перегонах и станциях, опоздания поездов на перегонах любой продолжи тельности, переход на другие виды сигнализации, вызвавшие увеличение расчетного интервала между поездами, а также и станционных интервалов. За среднее время восстановления принимается:
а) по подвижному составу - продолжительность вынужденной оста новки поезда (с учетом времени на разгон и замедление) на перегонах и станциях, а при опозданиях - сверхнормативное занятие перегона;
б) по устройствам пути, связи и СЦБ и энергоснабжения, кроме выше указанных еще и продолжительность периода действия предупреждения, па дения напряжения и неисправности устройств связи и СЦБ.
Степень надежности технических устройств и подвижного состава за висит от количества отказов и среднего времени восстановления. При изме нении этих параметров будет изменяться и уровень надежности, что отразит ся и на расчетной величине пропускной и провозной способности линии (участка), установленной на основе паспортных (исходных) показателей, характеризующих мощность технических устройств и подвижного состава. В процессе эксплуатации эти показатели, из-за наличия отказов, в какой-то степени изменяются. Эти изменения по разному влияют на пропускную и провозную способность линии (участка).
Для того, чтобы показать эти различия, приведем и проанализируем существующие определения пропускной и провозной способности.
Пропускной способностью железнодорожного участка по перегонам называется количество поездов (пар поездов), которое может быть пропущено по этому участку в сутки (час) в зависимости от технической оснащенности и организации движения поездов.
Из этого определения следует, что величина пропускной способности зависит от технической оснащенности, т.е. от количества главных путей на участке, средств связи и СЦБ, размещения раздельных пунктов, мощности устройств пути, типа локомотивов, что определяет уровень скорости движения поездов, а следовательно и величину расчетного интервала (период графика). В словах «Организация движения» заложен смысл о возможной расчетной схеме движения поездов при определении пропускной способности: пакетный или непакетный график на однопутных линиях, разграничение поездов перегонами или несколькими блок-участками на двухпутных линиях, параллельный или не параллельный график.
Влияние состояния путевого хозяйства на пропускную способность участков
По характеру влияния отказов элементов пути на пропускную способность их можно разделить на три группы: а перерывы в движении поездов, вызванные выполнением работ по одиночной замене элементов верхнего строения пути: дефектных и остродефектных рельсов, стрелочных переводов, крестовин и т.д.; а предупреждения о снижении скорости движения поездов по разным причинам продолжительностью от нескольких часов до нескольких суток, кроме постоянных, учтенных в расчете пропускной способности; а пропуск снегоочистителей и других подвижных единиц, связанных с выполнением работ по текущему содержанию пути.
Ниже не рассматривается влияние на пропускную способность выполнение работ по среднему, подъемочному и капитальному ремонту пути. Эти работы осуществляются с определенной периодичностью и необходимой подготовкой. Для такого периода пропускная способность рассчитывается с учетом технологии выполнения работ и разрабатываются мероприятия по форсированному использованию пропускной способности, а при необходимости часть поездопотока может быть направлена кружным путем.
Известно, что пропускная способность -двухпутных линий, оборудованных автоблокировкой, определяется отдельно для каждого главного пути по формуле: Р где 1р - расчетный интервал между поездами при трехблочном их разграничении, мин: 0,0б(3/бл+/„) Lp v ; где ln - длина поезда, м; 1бл - длина блок-участка, м; V - средняя скорость движения поезда на отрезке пути, равном длине поезда и трем блок-участкам, км/ч. В числителе формулы (2.1) сознательно опущено вычитаемое, соответствующее продолжительности технологического перерыва («окна»), поскольку он может не закладываться в график (не участвовать в определении пропускной способности). Наоборот, учет продолжительности «окна» ведет к уменьшению общего ресурса времени в течение суток, выделяемого для пропуска поездов. В этом случае числитель формулы (2.1) автоматически уменьшается на величину технологического перерыва.
При наличии предупреждения скорость движения поезда будет меньше расчетной, а следовательно увеличится и Iр. Поэтому на первый взгляд было бы достаточно в формулу (2.2) подставить значение средней скорости с учетом предупреждения и получить новую (большую) величину расчетного интервала (меньшую пропускную способность по формуле (2.1)). Однако такой подход неправомерен по следующим причинам: S при подходе поездов к месту предупреждения не сохраняется их трехблочного разграничения; S основное снижение скорости движения поезда из-за наличия предупреждения происходит, в основном, в пределах одного блок-участка.
На рис.2.1 показано изменение расчетного интервала между поездами при наличии предупреждения с разным уровнем снижения скорости движения поезда. Схема графика приведена для условий, когда средняя длина блок-участка в два раза больше длины поезда.
Из рис.2.1,а видно, что предупреждение об ограничении скорости действует на шестом блок-участке. Увеличение времени хода поезда по этому блок-участку из-за снижения скорости составляет tnp. До блок-участка с предупреждением поезда / и 2 следуют с трехблочным разграничением. Поезд 2 следует за поездом / под зеленый и на зеленый огонь светофора, т.е. перед поездом 2 в момент проследования данного светофора (например, №1) с зеленым огнем, на следующем светофоре (№2) также горит зеленый огонь. Из-за следования поезда 1 с пониженной скоростью на шестом блок-участке на светофорах №6 и №5 дольше расчетного времени будет гореть красный IW огонь, а на светофорах №5 и №4 - желтый огонь. По этой причине интервал показания зеленого огня перед поездом 2 будет сокращаться по мере приближения последнего к блок-участку с предупреждением. В данном примере принято увеличение времени хода поезда из-за предупреждения {tnp) меньше расчетной продолжительности хода поезда по блок-участкам на время, необходимое для восприятия машинистом сигнала (te ), т.е.:
Влияние замены дефектных рельсов, стрелочных переводов и крестовин на задержки поездов
Величина задержек поездов на участке из-за выполнения работ по изъ ятию из пути дефектных рельсов, стрелочных переводов, крестовин на глав ных путях зависит от продолжительности выполнения основных работ по смене дефектных элементов пути, связанных с разрывом колеи, возможного периода следования поездов с ограничением скорости, а также от уровня ис щ пользования пропускной способности, который зависит от размеров движе ния на участке и наличной пропускной способности.
В этом случае, когда до начала работ по смене дефектных элементов пути установлено ограничение скорости движения поездов величина опозда ний из-за действия предупреждений определяется по формуле (3.7) и равна "YJTOX После окончания периода подготовки, в течение которого установле но предупреждение, начинаются основные работы с разрывом колеи про ,, должительностью Токр, поэтому максимальное опоздание первого поезда, прибывшего к месту выполнения основных работ, будет равно (мин): 0) = Ч + То .р + 7(2) - ТсР (3.26)
Опоздания последующих поездов определяются уравнениями (ЗЛО). Количество задержанных поездов с момента начала «окна» до восстановле # ния нормального движения будет равно: t +Т по2 = —т -т С3 -27) 7 -7(2) А время их общего опоздания (мин) составит: YT =0 5] tn + Тк р + 1з " /ф I Jcp-J(2) ft+T 4«0 ок.р К1ср-1{2) (3.28)
Дополнительные опоздания грузовых от пропуска пассажирских поездов Х оЗ определяются по формулам (3.15), (3.17-3.19), в которые вместо по2 и YJ Т02 подставляются значения п о2 и Т о2. Здесь следует заметить, что при 1ср I" и 1ср Ток р + ІН) опоздания поездов будут равны нулю, поскольку неравномерность движения поездов в течение суток на данном этапе работы пока не учитывается.
В том случае, когда перерыв движения поездов при замене остродефектных элементов пути будет равен Ток р + Тподг задержки поездов определяются по методике, которая будет рассмотрена в следующем параграфе.
Своевременная замена дефектных элементов верхнего строения пути (рельсов, крестовин) имеет большое значение не только для обеспечения безопасности движения поездов, но и для выполнения заданных показателей эксплуатационной работы. Из практики работы железных дорог известно, что зачастую при обнаружении дефектного рельса или крестовины устанавливается ограничение скорости движения поездов и этот рельс или крестовина находятся под особым наблюдением. Это уже потери. Но когда дефектный рельс переходит в разряд остродефектных, то резко возрастают и задержки поездов в момент его замены.
Из этих уравнений видно, что поезд 4 будет иметь на станции б большую стоянку из-за обгона его пассажирским поездом на величину Тпс = пс1 = t0Q. Поскольку пассажирские поезда имеют преимущества перед грузовыми, то при наличии вынужденных остановок поездов из-за отказов дополнительные стоянки грузовых поездов будут иметь место и на других станциях участка. Поэтому задержки грузовых поездов при наличии вынужденных остановок поездов на перегоне будут непосредственно от отказа (стоянки на перегоне) и от преимущественного пропуска пассажирских поездов.
Из приведенных выше уравнений видно, что задержки поездов из-за отказа изменяются по закону убывающей арифметической прогрессии и будут равны (мин): YT?=0,5n3(tl+t„). (3.31)
Поскольку Ip Icp, то через определенный период восстановится нормальное движение поездов и задержка п -го поезда будет равна нулю, т.е.: W + fe-0lWcJ=O. (3.32) Отсюда: cp lp cp p \ .Пз=к cp p_ = lomK +L {333)
Подставив в выражение (3.31) tn = О и значение п3, рассчитываемое по формуле (3.33), получим суммарное время опозданий поездов (мин): Z f =0,5 ( t2 Л отк и Г —Г отк V Р Р (3.34) 1440-5„с/ ппс где: 1СР = - средний интервал между грузовыми поездами, "гр мин; tomK - продолжительность вынужденной стоянки поезда на перегоне с учетом времени на разгон и замедление, мин. Увеличение опозданий грузовых поездов из-за преимущественного пропуска пассажирских определим исходя из следующих положений. Дополнительные стоянки грузовых поездов для обгона будут иметь место в период от момента вынужденной остановки поезда на перегоне до момента восстановления нормального движения поездов по графику. В этот период время опозданий пассажирских поездов примем равным нулю исходя из следующих соображений. Если остановка грузового поезда вызовет и задержку пассажирского (рис.3.6,а), то после отказа на всех последующих перегонах пассажирский поезд будет вводиться в график, что приведет к дополнительным остановкам грузовых поездов для их обгона. Опаздывающие грузовые поезда З, 4, 5 (рис.3.6,а) будут обгоняться последующими пассажирскими поездами. Так, в зависимости от скорости движения второго пассажирского поезда (рис.3.6,а) возможны задержки грузовых поездов 4 и 5 для обгона уже на станциях в или б. Аналогичное положение будет наблюдаться и при анализе графика, приведенного на рис.3.6,6.
Исходя из этих положений для приближенного расчета увеличения опозданий грузовых из-за преимущественного пропуска пассажирских поездов, рекомендуется формула вида (мин):
Влияние уровня надежности грузовых вагонов на пропускную и провозную способность участка
На основе анализа типовых схем путевого развития промежуточных и участковых станций на главном пути участка принято 70 крестовин (по 4 крестовины на 15 промежуточных станциях и по 5 крестовин в горловинах на 2 участковых станциях), по которым проследуют все грузовые и пассажирские поезда.
При замене дефектных и остродефектных рельсов среднее время восстановления принято согласно действующих норм 16 мин. Кроме того, при замене остродефектных рельсов в расчете учтено время действия предупреждения о снижении скорости движения поездов до 15 км/ч в течение 104 мин. Среднее время восстановления при замене крестовин с учетом и возможной замены всего стрелочного перевода, согласно установленных норм принято равным 80 минутам.
Следующий вид отказов по устройствам пути - предупреждения о снижении скорости движения поездов и выполнение работ, связанных со снегоборьбой. Анализ этого вида отказов выполнен на примере дистанций пути Ртищевского отделения Юго-Восточной железной дороги. Так с 1 по 18 апреля 2002 г. на двухпутном участке Балашов-Ртищево, протяженностью 115 км, ежесуточно было установлено по нечетному главному пути 6-8, а по четному 3-7 предупреждений о снижении скорости движения поездов. За этот же период на участке Ртищево-Пенза, протяженностью. 155 км, ежесуточно действовало по нечетному пути 3-4, а по четному 5-6 предупреждений.
Всего на Ртищевском отделении при общей развернутой длине главных путей 1633 км за указанный период действовало 69 предупреждений, из них: S 24 — по дефектности рельсов; S 9 - по износу крестовин и стрелочных переводов; S 5 - по дефектности искусственных сооружений; S 19-по расстройству пути; S 12 —по обкатке пути после ремонта. Из общего числа с ограничением скорости движения поездов до: a 15 км/ч - 1 предупреждение; а 25 км/ч - 7 предупреждений; а 40 км/ч-35 предупреждений; а 50 км/ч - 15 предупреждений; а 60 км/ч - 11 предупреждений.
Таким образом, на каждые 200 км главного пути на Ртищевском отде лении приходится 8,4 предупреждения, из них одно с ограничением скорости движения поездов до 15-25 км/ч.
Для наиболее полной характеристики действующих предупреждений из ЦД ОАО РЖД получены соответствующие данные, которые приведены в табл.4.1. В графике движения поездов 2003 г. предусмотрено 1151 предупре ждение, из них с ограничением скорости: менее 25 км/ч - 12,9%, 25-30 км/ч 69,7% и 30-40 км/ч и более - 17,4% от общего числа предупреждений. Кроме того, в июле и августе (в период, когда был организован учет) ежесуточно дополнительно действовало еще 1205-1452, а в среднем за сутки 1323 преду преждения. Поскольку наличие предупреждений учитывалось на всех доро гах на 18 часов Московского времени, то продолжительность действия каждого предупреждения была не менее суток. В количество предупреждений не вошли те, которые были установлены и отменены в течение рабочего дня.
Таким образом, даже по этим неполным данным в течение июля и августа на сети железных дорог ежесуточно действовало 2474 предупреждения. При развернутой длине главных путей сети железных дорог Российской Фе-дерации 124 тыс. км на каждые 200 км приходится 4 предупреждения.
По данным ЦД ОАО «РЖД» максимальное количество предупреждений на сети железных дорог бывает в весенне-летний период. Продолжительность этого периода примерно 100-110 суток, т.е. 30%) времени года. В остальное время года действуют только предупреждения, предусмотренные в графике движения поездов. Для оценки степени влияния предупреждений на пропускную и провозную способность двухпутных линий расчеты выполнены в трех вариантах: при отсутствии предупреждений, при среднесуточном наличии 1,2 и 2,5 предупреждений на участке в 200 км; из них 25% с ограничением скорости движения поездов до 20 км/ч, а остальные - до 40 км/ч.
На рис 4.4 показано влияние отказов устройств пути на задержки и участковую скорость грузовых поездов в условиях, когда не просрочен капитальный ремонт пути, т.е. пропущенный тоннаж меньше 500 млн. тонн брутто. По мере увеличения размеров движения отрицательное влияние отказов на участковую скорость возрастает. Так, например, когда на участке действует 1,2 предупреждения (кривая 2), то при пгр = 90 поездов участковая скорость уменьшится с 54 -км/ч (расчетная) до 52,5 км/ч или на 1,5 км/ч, а при пгр = 110 - до 51,3 км/ч или на 2,7 км/ч.
На рис.4.5 показано влияние надежности устройств пути на ограничение пропускной и провозной способности двухпутного участка. Из приведенных зависимостей видно, что расчетная пропускная способность для грузового движения со 140 поездов снижается при наличии отказов до 127, когда нет предупреждений и до 122 и 116 поездов при наличии предупреждений. Из-за снижения участковой скорости потери провозной способности будут на 7-8 поездов больше, чем пропускной способности (пунктирные линии).
Аналогичные расчеты выполнены для условий, когда на участке просрочен капитальный ремонт пути, т.е. пропущенный тоннаж более 500 млн. тонн брутто. Надежность устройств пути при сверхнормативном тоннаже снижается за счет увеличения одиночного выхода рельсов и количества предупреждений.
