Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы, цель и задачи исследования 12
1.1. Обзор и анализ работ по вопросам развития железнодорожных линий, повышения и оптимизации массы и скорости движения поездов 12
1.1.1. Работы по повышению или оптимизации массы грузовых поездов 12
1.1.2. Работы по повышению, оптимизации или установлению рационального уровня скоростей движения поездов 17
1.1.3. Работы по совместной оптимизации массы и скорости движения поездов 23
1.1.4. Труды по формированию схем развития железных дорог 30
1.2. Основные выводы по обзору работ 42
1.3. Предмет, цель и задачи исследования 45
1.4. Уточнение основных понятий для разработки методики формирования схемы развития железнодорожной линии с обоснованием эффективного сочетания массы и скорости движения грузовых поездов ... 47
2. Формализация задачи формирования схемы развития железнодорожной линии с обоснованием эффективного сочетания массы и скорости движения грузовых поездов 57
2.1. Структурно-логические модели схемы и эффективности развития железнодорожной линии 57
2.2. Математическая модель состояния железнодорожной линии... 64
2.3. Классификация и модель мероприятий по повышению пропускной и провозной способности линии 83
2.4. Математическая модель связей и отношений возможных состояний и мероприятий по развитию железнодорожной линии 90
2.5. Математическая постановка задачи формирования схемы развития железнодорожной линии с обоснованием эффективного сочетания массы и скорости движения грузовых поездов 96
2.6. Выводы по второй главе 103
3. Методика формирования схемы этапного развития железнодорожной линии с обоснованием эффективного сочетания массы и скорости движения грузовых поездов 105
3.1. Выбор метода решения задачи формирования схемы развития железнодорожной линии с обоснованием эффективного сочетания массы и скорости движения грузовых поездов 105
3.2. Метод выбора эффективного сочетания норм массы и допускаемых скоростей движения грузовых поездов на отдельный год работы линии 115
3.2.1. Математическая постановка задачи выбора эффективного сочетания норм массы и допускаемых скоростей движения грузовых поездов на отдельный год работы линии 115
3.2.2. Метод и методика выбора эффективного сочетания норм массы и допускаемых скоростей движения грузовых поездов на отдельный год работы линии 120
3.2.3. Особенности тягово-экономических расчетов при выборе эффективного сочетания норм массы и допускаемых скоростей движения грузовых поездов 130
3.3. Методика и пример формирования схемы развития железнодорожной линии с обоснованием эффективного сочетания массы и скорости движения грузовых поездов 136
3.3.1. Общие положения 136
3.3.2. Основные данные для формирования схемы этапного развития железнодорожной линии 138
3.3.3. Подготовительная стадия формирования схемы развития линии с обоснованием эффективного сочетания норм массы и допускаемых скоростей движения грузовых поездов 143
3.3.4. Основная и заключительная стадии формирования схемы развития линии с обоснованием эффективного сочетания норм массы и допускаемых скоростей движения грузовых поездов 158
Основные выводы 168
Список литературы 170
- Работы по совместной оптимизации массы и скорости движения поездов
- Уточнение основных понятий для разработки методики формирования схемы развития железнодорожной линии с обоснованием эффективного сочетания массы и скорости движения грузовых поездов
- Классификация и модель мероприятий по повышению пропускной и провозной способности линии
- Методика и пример формирования схемы развития железнодорожной линии с обоснованием эффективного сочетания массы и скорости движения грузовых поездов
Введение к работе
Расположение России на громадных территориях с разными природно-климатическими условиями и богатейшими природными ресурсами предопределяет особое значение транспорта в ее развитии и повышении качества жизни населения.
Так в регионах Сибири и Дальнего Востока, составляющих примерно 75 % территории России и имеющих огромный природно-ресурсный потенциал, проживает около 20 % населения страны [97]. Освоение этих регионов, их социально-экономическое развитие невозможно без нали-чия развитой транспортной системы. Основой такой системы, при столь больших территориях, являются железные дороги. Железнодорожный транспорт России «... не имеет экономической альтернативы при освоении значительных по объёму стабильных потоков массовых грузов, доставляемых на средние и дальние расстояния» [98].
Основными направлениями усиления мощности и повышения экономической эффективности работы железных дорог является увеличение пропускной способности, массы и скорости движения поездов с обеспечением их экономически рационального соотношения. При этом масса и скорость движения поездов решающим образом определяют уровень пропускной и провозной способности железных дорог с преимущественным грузовым движением, а также основные технико-экономические измерители и показатели работы отдельной линии, дорожного полигона, региональной сети железных дорог и, в целом, железнодорожного транспорта.
Известно, что средняя масса грузовых поездов Qcp есть функция нормы массы QH, а произведение Qcp и участковой скорости V - есть объем работы, выполненный линией за 1 час, то есть её часовая производительность [73, 83]. Наличная пропускная способность линии с преобладающим грузовым движением существенно зависит от скорости движения грузовых поездов на лимитирующих перегонах. В свою очередь, эта скорость функционально зависит от установленных допускаемых скоростей движения грузовых поездов на данных перегонах и норм массы QfH и Q%, принимаемых для перевозок в четном и нечетном направлениях перевозок. Это означает, что провозная способность дороги Гв находится в прямой зависимости от норм массы и допускаемых скоростей движения грузовых поездов.
Парк подвижного состава, оборот грузовых локомотивов и вагонов также определяются средней массой нетто, и участковой скоростью грузовых поездов, а, следовательно, нормами массы и допускаемыми скоростями поездов, устанавливаемых соответствующими приказами начальников дорог.
Эксплуатационные расходы на перевозочный процесс и содержание инфраструктуры линии, в конечном счете, зависят от норм массы и допускаемых скоростей движения поездов.
Рассмотренные зависимости означают доминирующее влияние норм массы и допускаемых скоростей движения грузовых поездов на эффективность перевозочного процесса и технико-экономические показатели работы транспорта. В силу этого "...вес и скорость движения поездов являются важнейшими показателями, определяющими качественный уровень эксплуатации железных дорог и эксплуатационные требования к их техническому оснащению" [58, с. 75].
Таким образом, масса и скорость движения поездов являются интегральными показателями уровня развития железных дорог, а повышение массы и скорости движения поездов с обеспечением их оптимального сочетания являются одним из основных направлений и одной из главных целей развития железных дорог. В современных условиях хозяйствования задача повышения и/или оптимизации массы и скорости движения грузовых поездов ставится и решается в следующих случаях:
- в текущих условиях эксплуатации и содержания линий (при разработке графиков движения поездов либо в связи с изменением технического оснащения линии, структуры и объемов перевозок);
- при разработке проектов переустройства эксплуатируемых линий и направлений (для овладения растущими перевозками или улучшения эксплуатационных показателей [42, 94]);
- при разработке проектов новых железных дорог [42];
- при разработке схем перспективного развития сети железных дорог.
В первом случае задача решается, как правило, при неизменных и известных параметрах линии.
В остальных случаях оптимизация массы и допускаемой скорости движения поездов, как правило, должна выполняться многократно - для каждого технического состояния линии в процессе ее развития, либо еще конкретнее - для каждого года планового периода эксплуатации линии (с учетом ее основных параметров, технического состояния и технологии работы на тот или иной год планового периода).
Выполненный в первой главе диссертации аналитический обзор работ по вопросам развития железнодорожных линий, повышения и оптимизации массы и скорости движения поездов позволяет утверждать о постоянном и существенном прогрессе в данной области и глубокой научной разработке данных вопросов. Вместе с тем, рассмотренные труды обозначают и перспективы дальнейших исследований по актуальным проблемам. Одной из этих проблем является совершенствование методики формирования схем развития железнодорожных линий с обоснованием эффективного сочетания массы и скорости движения поездов, что обусловило цель и задачи настоящего исследования. Цель работы состоит в разработке методики формирования схемы этапного развития железнодорожной линии с обоснованием эффективного сочетания норм массы и допускаемой скорости движения грузовых поездов.
Для достижения поставленной цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи:
-выполнен анализ работ по вопросам развития железнодорожных линий, повышения и оптимизации массы и скорости движения поездов, уточнены понятия для разработки методики формирования схемы развития железнодорожной линии с обоснованием эффективного сочетания массы и скорости движения грузовых поездов;
-разработана математическая постановка задачи формирования схемы этапного развития железнодорожной линии с обоснованием эффективного сочетания массы и скорости движения грузовых поездов;
- выбран метод и разработана методика решения поставленной задачи;
- проведена апробация методики на реальных примерах.
Объектами исследования являются железнодорожные линии, существующие модели, методы и технология разработки схем и проектов усиления и реконструкции железных дорог. В качестве особого класса выделены и исследованы мероприятия по повышению массы и скорости движения поездов.
Методика исследования. В работе использованы методы системного анализа и исследования операций, дискретная математика и теоретическая информатика, теория выбора и принятия решений, а также современные средства вычислительной техники.
Научная новизна работы состоит в следующем.
1. Впервые поставлена задача формирования схемы этапного развития железнодорожной линии с обоснованием эффективного сочетания массы и скорости движения грузовых поездов для каждого этапа работы линии с учетом динамики разнородных перевозок, изменения нормы дисконта во времени, обеспечения достаточной продолжительности этапов работы линии, а также влияния сроков переустройства линии на величину затрат и экономическую эффективность ее работы.
2. Впервые разработан метод взаимоувязанного выбора и экономического обоснования норм массы и уровней допускаемой скорости движения грузовых поездов на каждый год работы линии в течение планового периода ее развития.
3. Разработана методика формирования экономически оптимальной схемы этапного развития линии с обоснованием эффективных норм массы и допускаемых скоростей грузовых поездов по годам расчетного периода работы линии.
Практическая ценность работы. Математическая постановка задачи, базовые алгоритмы и методика ее решения разработаны на уровне, обеспечивающем их реализацию в рамках информационной технологии проектирования переустройства железных дорог. Часть данной технологии выполнена при участии автора по заданию Департамента управления перевозками и Департамента пути и сооружений МПС в рамках НИ-ОКР МПС России в 1997-2005 годах и принята в промышленную эксплуатацию на железных дорогах России.
В проектных институтах отрасли используется внедренный при участии автора программно-технический комплекс ЭРА, предназначенный для проектирования новых железных дорог, усиления и реконструкции эксплуатируемых линий, а также разработки проектов капитального ремонта пути и сооружений дорог. Автор является соавтором руководств и инструкций по применению данного комплекса.
Результаты работы использованы в разработке 7 проектов усиления и реконструкции железнодорожных линий и направлений, что подтверждено справками о внедрении результатов диссертационного исследования. На защиту выносятся:
- математическая постановка задачи формирования схемы этапного развития железнодорожной линии с обоснованием эффективного сочетания норм массы и допускаемых скоростей движения грузовых поездов;
- метод оптимизации норм массы и допускаемых скоростей движения грузовых поездов для этапов работы и развития железнодорожной линии;
- методика формирования схемы этапного развития железнодорожной линии с обоснованием эффективного сочетания норм массы и допускаемых скоростей движения грузовых поездов по годам планового периода.
Апробация и реализация работы. Отдельные результаты исследования использованы в научно-исследовательских работах, выполненных по заданию Департамента управления перевозками и Департамента пу-ти и сооружений МПС России, ВНИИЖТ, ВНИИАС, железных дорог России и проектных институтов отрасли. Основными из указанных работ являются следующие.
1. Программный комплекс для решения задач организации и управления перевозочным процессом на базе тяговых расчетов с применением ПЭВМ (Заказ ВНИИЖТ, 1997г.).
2. Поддержка внедрения и сопровождение программного комплекса для вариантных тягово-энергетических и экономических расчетов движения поездов в дорогах России (Заказ Департамента управления перевозками от 01.01.98 г.).
3. Внедрение и сопровождение информационно-аналитической системы технико-экономических расчетов и вариантного анализа движения поездов в Департаменте управления перевозками и дорогах Центрального и Восточно-Сибирского регионов России (Заказ Департамента управления перевозками от 01.01.99 г.). 4. Внедрение и сопровождение программного обеспечения (комплекса ЭРА) (заказы ОАО по проектированию и изысканиям объектов транспортного строительства «Ленгипротранс», «Дальгипротранс», «Сибги-протранс», «Трансэлектропроект» 1998-2005 гг.).
5. Поддержка внедрения и сопровождение программного комплекса тягово-экономических расчетов (заказы Государственных унитарных предприятий «Мосжелдорпроект», «Дальжелдорпроект», «Иркутскжел-дорпроект» и «Красноярскжелдорпроект» 2001-2005 гг.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 статей.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, основных выводов и списка литературы, включающего 125 наименований. Объем работы составляет 184 страницы, в том числе 22 рисунка и 33 таблицы.
Работы по совместной оптимизации массы и скорости движения поездов
В начале прошлого века взаимосвязь перевозочных расходов с весом и скоростью исследовали Б.Д. Воскресенский [21], А.Л. Васютин-ский [19], В.Н. Щегловитов [90]. В 20-30-е годы вопросы оптимизации соотношения массы и скорости поездов исследовали И.И.Васильев [18], A.M. Бабичков [121], М.М. Протодьяконов [93]. Существенный вклад в решение проблемы рационального соотношения весовых норм и скоростей движения поездов внесли В.Н. Орлов, В.В. Повороженко [70], А.Е.
Гибшман [25], Г.И. Черномордик [88] и др. Технико-экономическими исследованиями данного вопроса занимались М.М. Протодьяконов [93], А.Е. Гибшман [25, 26], Г.И. Черномордик [88], Э.Д. Фельдман, Б.М. Максимович [63], П. А. Луговой, Л.Г. Цыпин [123] и др. Б.Д. Воскресенский [21] в качестве критерия при выборе "наивыгоднейшего сочетания" веса и скорости грузовых поездов предложил принять максимум произведения веса на ходовую скорость QVX. В результате исследований БД. Воскресенский пришел к выводу, что на участках с легким профилем выгоднее водить тяжелые составы с меньшими скоростями, а на участках с трудным профилем - поезда меньшего веса, но с более высокими скоростями.
А.Л. Васютинский [19], исследуя вопрос об оптимальном сочетании веса и скорости поездов с точки зрения минимальных затрат силы тяги, пришел к противоположному выводу: по мере увеличения эквивалентного подъема выгоднее вес состава повышать, а скорость движения снижать.
В.Н. Щегловитов [90] предложил определять наилучшее сочетание веса и скорости по максимуму произведения веса и участковой - QVy4, но не ходовой скорости, т.е. по максимуму часовой производительности участка дороги. И.И. Васильев [18] установил, что для достижения наибольшей пропускной способности участка и получения минимального расхода топлива при паровой тяге вес и скорость поездов должны соответствовать точке пересечения кривых силы тяги по форсировке котла и ограничению силы тяги по сцеплению. В.Н. Орлов и В.В. Повороженко [70], изучавшие влияние ходовых скоростей при фиксированном значении веса на себестоимость перевозок, установили, что наивыгоднейшей будет ходовая скорость, соответствующая форсировке котла паровоза, дающей минимум себестоимости перевозок. А.Е. Гибшман [25] разработал метод отыскания оптимального сочетания веса и скорости на основе определения издержек перевозок при различных вариантах сочетания массы, и скорости, и построения контурных линий равной стоимости. Данный метод основывался на вариантных технико-экономических расчетах.
В 60-х годах проблема выбора рационального значения и соотношения веса и скорости поездов по-прежнему находилась в фокусе особого внимания ученых и инженеров транспорта, особенно в трудах по проблемам и вопросам эксплуатации железных дорог. Б. Э. Пейсахзон [73] сформулировал концепцию комплексного (взаимоувязанного) решения тяговых, эксплуатационных и технико-экономических вопросов при определении оптимальных значений веса и скорости. Он рассмотрел влияние ходовой скорости и веса состава на расход энергии, времени хода поезда, затраты механической работы и годовые приведенные расходы, предложил упрощенные методики расчета данных величин и упрощенные аналитические зависимости годовых приведенных расходов от веса состава и участковой (коммерческой) скорости движения поездов.
По методу Б.Э. Пейсахзона оптимум значений Qv\ Ууч для освоения заданного годового объема перевозок определяется дифференцированием данной зависимости по Q и Vy4, т.е. взятием соответствующих частных производных и решением системы уравнений, содержащих данные производные. Данный метод предназначен для решения определенной статической задачи освоения заданного годового грузопотока. К.К. Тихонов [83-85], исследуя рассматриваемые вопросы, отметил, что « ....подлинно оптимальное сочетание веса и скорости может быть выражено только экономическими показателями, приводящими все эти факторы к одному знаменателю». Им предложена методика технико-экономической оценки веса и скорости грузовых поездов, разработаны нормативные данные и предложена методика, алгоритмы и программы определения оптимальных весовых норм и оптимальной ходовой скорости грузового движения.
В монографии Ф. П. Кочнева [56] рассмотрен широкий круг задач и вопросов совместной оптимизации массы и скорости движения пассажирских, а также грузовых поездов в условиях текущей эксплуатации железнодорожного транспорта и на перспективу. Автор рассматривает пути (технические средства) повышения скоростей движения пассажирских и грузовых поездов, а также увеличения их массы. Приводится методика определения оптимальных массы и среднеходовои скорости движения грузовых и пассажирских поездов.
Задача оптимизации массы и скорости движения поездов решена отдельно для пассажирского и грузового движения. Задача рассматривается статически: на конкретный (текущий или перспективный) год эксплуатации линии - для освоения определенного годового объема перевозок.
Уточнение основных понятий для разработки методики формирования схемы развития железнодорожной линии с обоснованием эффективного сочетания массы и скорости движения грузовых поездов
В целях более углубленного изучения проблемы эффективного сочетания массы и скорости движения поездов, а также создания методики формирования схемы этапного развития железнодорожной линии с оптимизацией массы и скорости необходимо уточнить основополагающие понятия и термины, которые будут использоваться в настоящем исследовании. Показатели и характеристики массы поездов. При выборе рациональных значений массы и скорости движения грузовых поездов в текущих условиях эксплуатации и содержания линии либо при формировании схемы овладения перевозками и/или этапного переустройства линии (направления) используется целый ряд показателей массы грузовых поездов. Наиболее широко употребляются следующие показатели мае-сы грузового поезда (табл. 1.1): критическая масса поезда QKp, дифференцированные нормы массы (Qd(p, QdH), участковая норма QHy, параллельная норма Qmp, единая (унифицированная) норма массы QH, расчетная масса Qi для перевозки /-го вида грузов (при определенной установленной норме QH) и средняя масса поезда Qcp. Для целей этапного развития железнодорожной линии целесообразно различать и использовать три вида (группы) скоростей движения поездов: - допускаемые (ограничивающие) скорости, которые не могут быть превышены при движении поезда (по тем или иным причинам); - собственно скорости движения поезда в той или иной точке пути S (графически представляют собой соответствующие кривые зависимости У№ - средние скорости движения поездов по участку (направлению, по лигону), т.е. ходовая, техническая, участковая и маршрутная скорости.
Третья группа скоростей может просчитываться как для отдельного поезда, так и для всех грузовых поездов, проследовавших за сутки, месяц, квартал или год по данной линии (магистрали, направлению, полигону). При фиксированном техническом состоянии линии и конкретной норме массы установленные допускаемые скорости поездов однозначно определяют собственно скорости движения расчетных или иных поездов: Vj(S),...,Vk(S). Иначе говоря, скорости второй группы есть функции {F][Vdon(S)]) допускаемых скоростей движения поездов (при определенных параметрах технического состояния линии, подвижного состава и организации движения поездов). В свою очередь, вторая группа скоростей однозначно определяет средние скорости движения поездов (функция F2[Vdon(S)]). Следовательно, и третья группа скоростей движения поездов функционально зависима от допускаемых скоростей (функции F3[Vdon(S)], F4[Vdon(S)], F5[Vdo„(S)J), в том числе, и от ограничений скорости по состоянию пути, сооружений и подвижного состава. С логико-математической точки зрения, функция F][Vdon(S)] есть оператор, отображающий (перерабатывающий) функцию Vdon(S) в функцию Vde(S), в то время как функции F2[Vdon(S)], ..., F5[Vdon(S)] - есть функционалы, отображающие функцию Vdon(S) в скалярные величины: V» Vm, Vy и VM. Это означает, что повышение средних скоростей движения грузовых поездов при данном состоянии линии и конкретной норме массы вагонного состава возможно за счет повышения допускаемых скоростей и, в частности, за счет ликвидации ограничений скорости движения поездов. Как известно [69], допускаемые скорости поездов на эксплуатируемых железных дорогах Vdon(S) устанавливаются исходя из максимальной реализации предельно допускаемых скоростей по условию безопасности движения подвижного состава и безопасной эксплуатации пути и сооружений (см. табл. 1.2).
Непосредственное использование VKp(S) в поездной работе, как правило, недопустимо в виду частых скачков скорости на ее графике. Учитывая это обстоятельство, а также прямую зависимость средних скоростей движения поездов от Vdon(S) и другого рода ограничений скорости, по мнению автора, в качестве управляемых и оптимизируемых показателей (характеристик) скорости поездов при разработке проектов усиления мощности линии должны приниматься не средняя допускаемая скорость или участковая скорость движения поездов, а непосредственно ступенчатая функция Vdon(S), т.е. соответствующий график допускаемой скорости движения поездов. Такая модель скорости поездов, подлежащей оптимизации совместно (в увязке) с нормой массы грузовых поездов, представляется не только логически обоснованной, но и экономически целесообразной. В связи с этим следует отметить, что современные информационные технологии позволяют оперативно просчитать техническую и экономическую эффективность мероприятий на заданный плановый период по вариантам локального или глобального изменения допускаемых скоростей движения поездов, либо ликвидации предупреждений об ограничении скорости. Такая технология оценки указанных мероприятий возможна за счет применения комплексов ИСКРА или ЭРА [5, 7]. Модули ПУТЬ и СВ данных комплексов совместно с модулями тяго-во-экономических расчетов и оценки влияния ограничений скорости на перевозочный процесс обеспечивают определение либо ведение в базах данных всех видов выше рассмотренных скоростей, начиная от максимально допускаемых (критических) и завершая участковой скоростью. Уточненные показатели и характеристики массы и скорости движения поездов, а также технология их определения используются в следующих разделах настоящей работы.
Классификация и модель мероприятий по повышению пропускной и провозной способности линии
Мероприятия по повышению пропускной способности, массы и скорости движения поездов - это определенные действия по устранению (факторов, причин), сдерживающих (ограничивающих, лимитирующих) пропускную способность, массу и скорость поездов.
В теории и практике усиления или оптимизации мощности железных дорог принято условно разделять данные мероприятия на два класса: организационно-технические (ОТМ) и реконструктивные (РМ). К классу ОТМ относят мероприятия, которые осуществляются без капитальных вложений либо требуют незначительных капитальных затрат. К классу РМ относят мероприятия, реализация которых требует значительных затрат. Условность этого разделения мероприятий, как и всякой содержательной классификации, состоит в том, какой уровень капитальных затрат можно считать незначительным. С логико-математической точки зрения данная классификация может быть формализована как нечеткая, соответственно классы ОТМ и РМ представлены как нечеткие множества.
Однако в настоящей работе столь радикальный подход к классифицированию мероприятий по повышению или оптимизации массы и скорости движения поездов не используется, поскольку его последовательная реализация потребует ввода понятий "нечеткое техническое состояние линии", "нечеткая схема овладения перевозками и переустройства линии" и построения метода формирования оптимальной нечеткой схемы. Иначе говоря, такой подход означал бы использование теории нечетких множеств, нечеткого выбора и принятия решений без достаточных оснований. Самое главное, реализация этого подхода не снимает проблемы субъективного назначения функции принадлежности мероприятий к классам ОТМ и РМ. Таким образом, рассматриваемый подход к классифицированию мероприятий создает видимость научной новизны и практической ценности.
В связи с этим предлагается классический подход к классификации рассматриваемых мероприятий, т.е. в соответствии с требованиями формальной логики [122]. 1. По признаку направленности и влияния на повышение пропускной способности, массы и допускаемой скорости движения поездов (при данном состоянии линии) мероприятия разбиваются на следующие непересекающиеся классы (табл. 2.2 и 2.3): M+Q+V- мероприятия, направленные на повышение и нормы массы, и допускаемой скорости движения поездов, но практически не влияющие на пропускную способность линии (например, укладка более тяжелых типов рельсов на железобетонных шпалах с устройством бесстыкового пути, уположение кривых малого радиуса перед трудными подъемами и на трудных подъемах (если это возможно), смягчение трудных (расчетных) уклонов, ликвидация постоянных предупреждений об ограничении скорости перед трудными подъемами или на трудных подъемах, спрямление или сооружение обходов тех участков трассы, которые ограничивают и массу и допускаемую скорость движения поездов); - M+Q.V - мероприятия, направленные на повышение нормы массы, но не на повышение допускаемой скорости движения поездов (например, применение усиленной или кратной тяги, секционирование локомотивов по системе многих единиц, удлинение приемо-отправочных путей (если масса ограничивается только длиной станционных путей)1)); - M.Q+V - мероприятия, направленные на повышение допускаемой скорости движения поездов, но не на повышение нормы массы поездов (например, устройство звеньевого пути из более тяжелых рельсов на железобетонных шпалах, замена стрелок на более пологие, уположение кривых малого радиуса или ликвидация предупреждений на перегонах, которые по условиям профиля не лимитируют норму массы). - M.Q.V - мероприятия, направленные на повышение пропускной способности, но не на повышение нормы массы или допускаемой ско рости движения поездов. К классу M.Q.V относятся следующие мероприятия: - восстановление ранее закрытых раздельных пунктов; - устройство новых раздельных пунктов (для повышения пропускной способности линии); - мероприятия по уменьшению времени для скрещения поездов и переработки составов; - уменьшение периода графика за счет строительства двухпутных вставок на однопутных перегонах); - применение более плотного (частично-пакетного) графика движения поездов; - реконструкция средств сигнализации и связи; - уменьшение коэффициентов съема грузовых поездов другими категориями поездов (за счет укладки новых приемо-отправочных путей на раздельных пунктах или увеличения скорости движения пассажирских поездов); - организационно-технические и реконструктивные мероприятия по повышению пропускной способности станций (развитие приемо отправочных путей, строительство, механизация и автоматизация сор тировочных горок и др. мероприятия по реконструкции и развитию уст ройств станций). Предложенная классификация полна (охватывает все виды мероприятий) и корректна [122], так как множества M+Q+v, M+Q.v, M.Q+V, M.Q.V попарно не пересекаются.
Методика и пример формирования схемы развития железнодорожной линии с обоснованием эффективного сочетания массы и скорости движения грузовых поездов
Выбранные и обоснованные в первых разделах главы стратегия и метод решения поставленной задачи положены в основу предлагаемой методики формирования схемы этапного развития железнодорожной линии с обоснованием эффективного сочетания массы и скорости движения грузовых поездов. Согласно стратегии, обоснованной в разделе 3.1, методика реализуется в три стадии: подготовительная, основная и заключительная. Все стадии являются трудоемкими, что означает целесообразность их автоматизации. Наиболее трудоемкой и достаточно сложной является основная стадия, на которой решается оптимизационная, многоэкстремальная и комбинаторно-логическая задача формирования экономически эффективной схемы технического развития линии.
При этом для каждого возможного состояния линии осуществляется выбор эффективного сочетания норм массы и допускаемых скоростей движения грузовых поездов по возможным годам работы линии в данном состоянии. Методы решения указанных задач обоснованны и формализованы настолько, что поддаются непосредственной алгоритмизации и программированию. Следует отметить также и наличие программно-технических комплексов ИСКРА или ЭРА1) [10], которые широко используются в управлениях железных дорог и проектных институтах отрасли. Эти комплексы обеспечивают автоматизацию определенных трудоемких расчетов и операций: - расчет максимальных допускаемых по безопасности скоростей движения подвижного состава и поездов по вариантам технического оснащения железнодорожной линии; - формирование приказа об установлении допускаемых скоростей движения на линии по вариантам технического оснащения; - расчет технико-эксплуатационных показателей железнодорожной линии в различных технических состояниях: перегонных времен хода, интервалов движения поездов, а также ходовых, технических и участковых скоростей движения поездов; - определение эксплуатационно-экономических показателей линии при различном техническом оснащении: расхода топлива (электроэнергии) на движение поездов и эксплуатационных расходов, зависящих от объемов и размеров перевозок. Данные комплексы обеспечивают также расчет потерь времени хода и увеличения эксплуатационных расходов на движение поездов от действия ограничений скорости поездов В связи с этим, данные комплексы могут и должны использоваться при формировании схемы этапного развития железнодорожной линии с обоснованием эффективного сочетания норм массы и допускаемых скоростей движения грузовых поездов. Так, при решении задач подготовительной и основной стадии следует применять комплексы ИСКРА или ЭРА. Вместе с тем следует отметить, что в настоящее время нет комплексной (полной, сквозной и т.п.) информационной технологии формирования схем этапного развития железнодорожных линий и направлений с обоснованием эффективного сочетания массы и скорости движения поездов. 138 Изложение методики сопровождается примером формирования схемы развития железнодорожной линии Биробиджан - Ленинск со строительством мостового перехода в Китай через р. Амур.
Автор настоящего исследования участвовал в разработке данного проекта. Согласно заданию на проектирование усиления линии Биробиджан -Ленинск со строительством мостового перехода в Китай через р. Амур, расчетный период для формирования схемы развития принят с 2007 по 2020 годы. Характеристика существующего состояния линии приведена в таблице 3.10. Структура, размеры и объемы потребных перевозок, представлены в таблице 3.11. На рисунках 3.3 - 3.5 показаны плановые виды, объемы и маршруты следования грузов на период с 2010 по 2020 годы. Данная информация необходима для определения тарифов на перевозку грузов, пробег подвижного состава и другие транспортные услуги [40]. Соответственно данные тарифы требуются для расчета доходов ОАО «РЖД» от перевозки грузов по годам расчетного периода, сдачи в аренду подвижного состава и оказания других услуг. На этой стадии последовательно решаются следующие задачи. 1. Анализ существующего состояния линии и установление первоочередных работ по развитию линии. 1.1. Расчет максимально допускаемых по безопасности скоростей движения всех категорий поездов (табл. 3.12, 3.13). 1.2. Формирование приказа об установлении максимально допускаемых скоростей движения всех категорий поездов (табл. 3.14 - 3.15). В виду отсутствия постоянных и длительных предупреждений об ог раничении скорости движения поездов на линии Биробиджан - Ленинск в 2006 г. ведомость данных ограничений скорости не приводится. Отсутствие данных ограничений объясняется низким уровнем максимальной допускаемой скорости движения поездов на перегонах, равным 60 км/ч. 1.3. Определение максимально допускаемых норм массы и длины всех категорий поездов (табл. 3.16).
