18.Нагрузка на транспортную систему

Транспортные потоки, их обоснование и расчет на текущий год эксплуатации и прогноз на перспективу являются важным условием системного подхода в разработке вопросов управления, технологии работы и расчета потребных пропускных и перерабатывающих способностей железных дорог и их элементов. Нагрузкой для таких систем, как железнодорожное направление, участок является суточный поездопоток с учетом всех категорий поездов (суточная интенсивность потока). Для сортировочной, участковой станции нагрузкой являются суточный принимаемый и отправляемый транзитный поездопотоки, а также суточный перерабатываемый поездопоток (число расформировываемых и формируемых поездов). И транзитный, и перерабатываемый поездопотоки перерассчитывают в суточные вагонопотоки, причем из перерабатываемого выделяется еще так называемый местный вагонопоток – число вагонов, прибывающих под выгрузку и отправленных после погрузки. Для систем управления в качестве нагрузки служат потоки информации, являющиеся производными от интенсивностей транспортного потока и других факторов. Развитие транспортных систем связано с определением перспективных нагрузок - прогнозированием транспортных потоков. В случае, если неизвестен закон распределения транспортного потока, при его расчете используется коэффициент неравномерности

где N_max – максимальное число транспортных единиц (поездов, вагонов), которое должно быть пропущено за расчетный период, как правило сутки; N– среднее число транспортных единиц за этот же период.Коэффициент неравномерности может рассчитываться за период года (внутригодовая неравномерность), месяца (внутримесячная неравномерность) и другие периоды. Например, внутригодовой коэффициент неравномерности , где max N – транспортные размеры движения максимального (по объему перевозок) месяца года. Если, к примеру, на двухпутной линии среднее число поездов в месяцы наибольших размеров движения составило 130 грузовых поездов, а средние суточные размеры в течение года – 100 поездов, то коэффициент k_нг=1,3. За прошедший (ретроспективный) период времени размеры движения могут быть рассчитаны по статистическим (учетным) данным. Труднее определить объемы работы на перспективные периоды (5, 10, 15, 20 лет). Для этого используются различные методы прогнозирования - научно обоснованные вероятностные оценки возможных значений транспортного потока.

19.Надежность и безопасность работы железных дорог.

Надежность- это свойство системы или любого промышленного изделия сохранять свои функции и характеристики работы в определенных заданных пределах и заранее установленных условиях эксплуатации. Надежность является сложным понятием, включающим в себя и безотказность работы системы, и ее работоспособность. Нельзя отождествлять надежность функционирования системы, определяемую как свойство выполнять установленные для системы функции, как некоторую вероятностную безразмерную величину с другими параметрами характеристиками системы, например пропускной или перерабатывающей способностью. Чем сложнее система, тем большее число факторов влияет на ее эксплуатационную надежность. На надежность таких транспортных систем, как станция, узел, участок, линия, влияет надежность технических элементов (систем)- пути, устройств автоматики, телемеханики и связи, локомотивов, вагонов, а также число и длина путей, пропускная способность, нагрузка на систему, управление.Для каждого вида системы рассматриваются состояние вообще и предельное состояние, как функции времени. Предельное состояние, соответствующее технической невозможности или нецелесообразности дальнейшей эксплуатации системы, обусловлено требованиями безопасности или неустранимым снижением эффективности. Это состояние зависит от срока службы системы (изделия), когда под воздействием «старения» первоначальные параметры системы и ее работоспособность постепенно снижаются. Так, например, часть локомотивного парка дороги может находиться в таком техническом состоянии, когда потери, вызываемые отказами, и затраты на ремонт и восстановление превышают эффективность эксплуатации. Понятно, что такие локомотивы должны сниматься с эксплуатации, поскольку они достигли предельного технического состояния и не обеспечивают безопасность движения.Исходя из этих факторов устанавливается срок службы с учетом всей системы восстановительных и текущих ремонтов. Под сроком службы понимается календарная продолжительность эксплуатации объекта от определенного момента времени до предельного состояния. Это относится к рельсам, стрелочным переводам, вагонам, локомотивам и другим техническим элементам транспортных систем. Однако, если в качестве системы рассматривать станцию, контейнерный терминал, грузовой двор, узел, железнодорожный участок, под её состояние следует понимать степень заполнения поездами, вагонами, контейнерами, грузами, а предельное состояние соответствует переполнению (насыщению) системы, когда возникают отказы- задержки транспортного потока на входах. При этом чисто техническое состояние может быть идеальным, полностью работоспособным.

Под отказом следует понимать выход из строя устройства и неспособность выполнять свои функциональные назначения частично или полностью. В теории надежности различают отказы: полный, внезапный, постепенный, частичный, независимый, зависимый, производственный, конструкционный, сбой, перемежающийся и эксплуатационный. Под полным отказом понимают такой, после возникновения которого использование объекта по назначению невозможно до восстановления его работоспособности (крупные поломки локомотивов, вагонов, железнодорожного пути и других устройств, вызванные столкновением подвижного состава, излишней погрузкой и другими причинами). Частичный отказ – это о после возникновения которого использование объекта по назначению возможно, но при этом значения одного или нескольких параметров выходят за допустимые пределы. Частичные отказы иногда называют параметрическими, поскольку они связаны с ухудшением основных параметров работы системы. К частичным отказам можно отнести неисправности железнодорожного пути, стрелочного перевода, когда движение не закрыто, но осуществляется с резко сниженными по отношению к нормативным скоростями движения. Внезапный отказ характеризуется скачкообразным изменением одного или нескольких основных параметров системы: одиночный выход из строя рельсов в связи с внезапными причинами, выход из строя отдельных устройств автоблокировки, электрической или диспетчерской централизации и др. Внезапный отказ может быть и полным. Производственные отказы возникают вследствие нарушения или несовершенства технологического процесса изготовления или ремонта объекта; наблюдаются как при производстве, так и при ремонте локомотивов, вагонов, контейнерной сети, устройств пути и др.

Конструкционные отказы возникают из-за ошибок конструктора или несовершенства методов конструирования: отказы, связанные с конструированием тепловозов, электровозов, вагонов, устройств автоматики, телемеханики и др. По этим причинам нередко новые образцы локомотивов и вагонов имеют низкую надежность, много времени уходит на доведение параметров надежности до необходимого уровня. К этим отказам надо отнести и ошибки в проектировании транспортных систем - железнодорожных линий, узлов и различных типов станций. Ошибки наблюдаются в выборе нерациональных схем станций и узлов, необоснованном уменьшении длины и числе путей, неправильном конструировании различных горловин, обосновании пропускной и перерабатывающей способностей, недостаточно высоких расчетных объемов и других неточностях, которые проявляются в виде задержек транспортного потока.

В работе станций, узлов, участков и направлений часто возникают сбои – самоустраняющиеся отказы, приводящие к временной утрате работоспособности: остановки транспортного потока перед станциями в связи с недостаточной производительностью работы по обработке, расформированию и формированию поездов, несвоевременным их вывозом со станций, недостаточным числом путей, остановками потока перед стыковыми пунктами отделений и дорог по различным организационно-технологическим причинам, в связи с остановками потока поездов на участке из-за порчи локомотива на перегоне. Последствия сбоев весьма серьезные, так как вызывают задержки большого числа поездов.

Эксплуатационные отказы возникают вследствие нарушений установленных правил эксплуатации (ПТЭ, инструкций, приказов МГТС, начальников и отделений дорог), нарушений технологических процессов или вследствие влияния непредусмотренных внешних воздействий (незапланированное увеличение транспортного потока на входе системы, внешнее нарушение регулировочной дисциплины при поступлении порожних вагонов, воздействие погоды и др.).

Всякая задержка поезда, готового к отправлению на участок, приема его на станцию или задержка пропуска, не предусмотренная графиком движения или технологией работы станции, воспринимается как отказ в работе станции, участка. Задержки поездов, вагонов могут происходить также по коммерческим причинам в связи с нарушением правил погрузки, выгрузки, оформления документов, плана формирования поездов, недостоверной информацией, разъединением вагонов и документов и т.п.

По природе возникновения все эксплуатационные отказы можно разделить на: отказы технических средств; организационно-технологические отказы, не связанные непосредственно с износом, поломками, ухудшением параметров работы технических средств.

Отказы технических средств разделяют на отказы постоянных устройств (пути, автоматики, телемеханики и связи, контактной сети и др.) и отказы подвижного состава (локомотивов и вагонов). Организационно-технологические отказы, в свою очередь, можно разделить на отказы, связанные с полным заполнением графика движения поездов в тот или иной период суток, отсутствием локомотивов или локомотивных бригад, полным заполнением путей, парков станций, не- своевременной обработкой, расформированием, формированием грузовых поездов, несвоевременной подготовкой в рейс и задержками экипировки пассажирских поездов, нарушениями плана формирования, ошибками в информации, оформлении документов, коммерческим браком, на- рушением правил погрузки грузов. Все названные организационно-технологические отказы могут иметь и объективные причины, связанные с эксплуатационной обстановкой на полигоне, и необъективные, вызванные противоречиями в процессе управления. Большинство организационно- технологических отказов являются групповыми перемежающими отказами - многократно возникающими сбоями одного и того же характера, которые периодически повторяются по разнообразным причинам задержек транспортного потока.

Совершенствование подвижного состава и технической базы - очень важная часть проблемы надежности работы железнодорожного транс-

порта. Достаточный уровень пропускной и перерабатывающей способностей, пропорциональное развитие железнодорожных направлений, узлов, станций, депо оказывают большое влияние на надежность эксплуатационной работы сети.

Теория надежности устанавливает и изучает количественные и качественные критерии надежности и исследует связь между показателями экономичности, эффективности, надежности. Основные количественные показатели работоспособности и безотказности - надежность, время безотказной работы.

Показатель надежности определяют, исходя из вероятностных и статистических предпосылок. Статистические определения показателей надежности в большей степени соответствуют практическому расчету на основе статистических выборок и наблюдений. При неограниченном увеличении числа наблюдений статистические значения показателей надежности приближаются (сходятся по вероятности) к вероятностным.

Вероятность безотказной работы системы в интервале времени от 0 до t₀ можно формализовать (рис. 3.4):

P(t₀)=P(0,t₀)=P{θ₁≥t₀}=1-F₁(t₀),

где θ₁ – время безотказной работы системы до отказа;

F₁(t₀)– функция распределения отказов.

ПОКАЗАТЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ТРАНСПОРТА

11.Использование технических средств транспорта – вагонов, локомотивов, постоянных технических средств основывается на техническо обоснованных нормах, характеристиках подвижного состава, пути, средств АТС с учетом обеспечения надежности и безопасности движения поездов и маневровой работы. Интенсивные технологии перевозочного процесса, внедрения достижений научно – технического прогресса, использование передового опыта – все это факторы, на основе которых должно основываться эффективное использование технических средств транспорта.

Рассчитываются следующие показатели технических средств, повышение которых имеет большое значение для экономически эффективной работы с учетом и соблюдением нормативно – технических ограничений на предельные нагрузки, которые могут допускаться на вагоны, локомотивы, путь и различные устройства.

Статическая нагрузка – нагрузка на вагон от погруженного груза. Различают единичную статическую нагрузку конкретного вагона, т.Р_i=P_ni P_i,

где P_ni – норма выгрузки i – го типа вагона по его конструктивной несущей способности, т; + P_i – допустимый перегруз вагона, не угрожающий безопасности движения или недогруз, если полностью не используема грузоподъемность, т; n – число типов подвижного состава – крытых, платформ, полувагонов и т.д.

Для анализа степени использования грузоподъемности вагонов за определенный период времени рассчитывают среднюю статическую нагрузку отдельных типов вагонов и всех погруженных вагонов на станции, отделении, дороге, сети, т/вагон: _ст= где – суммарная масса погруженных грузов по рассматриваемому подразделению за анализируемый период времени, т; – число погруженных вагонов за тот же период времени.

Для легковесных грузов наряду со статической нагрузкой определяют коэффициент использования объема груза – отношение геометрического объема погруженного груза к объему кузова вагона. Чем ближе значение этого коэффициента к единице, тем лучше использовано полезное пространство вагона.

Рассчитывают среднюю динамическую нагрузку груженых вагонов, которая определяется с учетом их пробега в среднем за сутки, т: _д= ,где – пробег груженых вагонов по анализируемому подразделению, вагоно – км.

Рассчитывают так же динамическую нагрузку вагонов рабочего парка с учетом пробега порожних вагонов. Пробег порожних вагонов рассматривается как технологически необходимый пробег, если в пункте выгрузки нет груза для отправки в выгруженных типах вагонов, если выгрузка произошла из специализированного подвижного состава или если выгруженные вагоны в обязательном порядке по государственному заданию (регулировочное задание) направляются в пункт погрузки для отправки более срочных и необходимых грузов, т:

_до= = + ,где – общий суточный пробег вагонов, вагоно – км; α – коэффициент порожнего пробега – отношение порожнего пробега к груженому;α=( / ).

Естественно, коэффициент порожнего пробега сокращает динамическую нагрузку, поэтому величина порожнего пробега должна быть технологически и экономически оправданной. Для его сокращения в максимально возможной степени должна использоваться загрузка порожних вагонов в попутном для следования порожних вагонов направлении.

12.Производительность вагона – полезная работа, которую совершает в среднем вагон рабочего парка в единицу времени (сутки), т*км нетто/вагон:

W_в= ,где – среднесуточный пробег вагона, км;

= , – рабочий парк вагонов (сети, дороги, отделения).

Для увеличения производительности вагонов необходимо, в одной стороны сокращать простои, увеличивать скорость передвижения вагонов и, с другой, улучшать использование его грузоподъемности. Причем, меры увеличения производительности вагонов должны соответствовать экономической эффективности работы коллективов транспорта.

Производительность локомотива – полезная работа, которую выполняет локомотив за единицу времени (сутки). Производительность локомотивов, как и вагонов, зависит, с одной стороны, среднесуточного пробега локомотивов рабочего парка (сети, дороги, отделения) и, с другой стороны, от средней массы поезда, которая приходится на локомотив рабочего парка. Производительность локомотива измеряется в т*км брутто (учитывается масса поезда брутто).

Среднесуточный пробег локомотивов, км/сут:

_л= , где – пробег за сутки, локомотиво – км; – рабочий парк локомотивов, занятый на всех видах поездной работы, в том числе локомотивы холостого (резервного) пробега, занятые в подталкивании поездов и др.

Средняя масса проведенных за сутки поездов, т:_бр= , где – пробег брутто (с учетом массы вагонов), т*км.

Используя формулы (1.3) и (1.4), определим среднюю производительность локомотивов рабочего парка, т*км брутто/локомотив:W_л= _{л бр} ,

13.На железнодорожном транспорте работает система учета исходных параметров, которые сопряжены с текущим (ежесуточным) месячным, квартальным, полугодовым и годовым анализом и расчетом пробегов вагонов и локомотивов, показателем их использования, поскольку от них зависят конечные результаты деятельности подразделений транспорта и отрасли в целом – удовлетворение потребностей народного хозяйства в перевозках, затраты на перевозочный процесс и прибыль от перевозок.

Оборотом вагона называется время выполнения цикла операций от момента начала погрузки груза до момента следующего начала погрузки в тот же вагон. Этот цикл включает: погрузку вагона, его уборку с грузового фронта, маневры по формированию передаточного поезда, его передвижение с грузовой станции на сортировочную, расформирование на сортировочной станции. Затем вагон простаивает в ожидании накопления на полный состав поезда попутного назначения, следует с этим поездом, простаивая на технических станциях при смене локомотивов. На отдельных сортировочных станциях поезд, в котором следует рассматриваемый вагон, может расформировываться, и этот вагон попадает в другой поезд попутного назначения и, наконец, на грузовую станцию (станцию выгрузки, она не всегда может быть собственно грузовой); подается к фронту выгрузки, выгружается, затем следует, как правило, в порожнем состоянии к станции погрузки. Это далеко не полный перечень операций и процессов, которые проходит вагон за время своего оборота. В зависимости от дальности следования вагона, типа станций погрузки и выгрузки перечень этот изменяется. Определение времени оборота вагона дано применительно к конкретному вагону.

Точку начала отсчета времени выполнения операций можно выбрать по схемам: «конец погрузки – конец следующей погрузки», начало следующей погрузки», «начало выгрузки – следующей выгрузки» и т.д. Важно, цикл операций был замкнутым и чтобы за время своего оборота вагон выполнил одну народнохозяйственную перевозку.

Выполнение цикла операций в полном объеме за время оборота, включая погрузку и выгрузку, характерно для замкнутой сети железных дорог без учета вагонов, принимаемых с иностранных дорог, которой отсутствует поступление или сдача вагонов на другие дороги.

Рис.2.6. Схемы прохождения вагонами расстояний за время оборота от станции погрузки до станции следующей погрузки

На рисунке 2.6 показаны схемы расстояний, проходимых вагоном за время оборота. Расстояние следования вагона за время оборота в груженом состоянии принято называть груженым рейсом l_гр . За время груженого рейса вагон, как правило, проходит несколько технических станций, где происходит смена локомотивных бригад и локомотивов; на некоторых из них поезда расформировываются, и вагоны поступают в переработку для последующего отправления в других поездах. Расстояние следования вагона за время оборота в порожнем состоянии называется порожним рейсом l_пор. Если на станции выгрузки происходит и погрузка вагона, l_пор= 0. Таким образом, время оборота вагона, ч:

v=v(Σt_погр, Σt_{пути следов}, Σt_выгр),

где Σt_погр – продолжительность цикла операций на станции погрузки, ч; Σt_выгр – то же на стации выгрузки, ч; Σt_{пути следов} – суммарное время в пути следования в процессе прохождения груженого и порожнего рейсов, ч;

Σt_{пути следов}= f(l_гр + l_пор).

В свою очередь, Σt_{пути следов} состоит из трех составляющих времени в движении в составе поездов по железнодорожным участкам Σt_дв, времени простоев на станциях в составах поездов, которые проходят транзитом без переработки Σt_тр и времени простоев на станциях, на которых они поступают в переработку, переформирование Σt_пер.

Рис.2.7. Схема груженого и порожнего рейсов за время оборота вагона (остальные условные обозначения смотри на рис.2.6.)

Схема оборота конкретного вагона приведена на рис. 2.7. Вагон после погрузки шел поездом №2011 до станции переработки, далее поездом № 2205 до станции выгрузки и затем шел в порожнем состоянии поездом №2009 до станции последующей погрузки. Если допустить условно, что время следования по железно дорожным участкам t_дв1+t_дв2+…+t_дв10=t_дв, время простоя на технических станциях в транзитных поездах t_тр1+t_тр2+…+t_тр7=t_тр, то для рассматриваемого вагона оборота составит, ч:v= t_погр+ 10t_дв+t_пер+7t_тр+t_выгр,

Анализ оборота единичных вагонов делается лишь в редких случаях. Для оценки уровня организации перевозочного процесса необходимо знать среднестатистический оборот вагона рабочего парка. Поэтому и все элементы оборота вагонов определяются на основании данных учета и отчетности также как среднестатистические величины. Это целесообразно в силу массовости циклов оборота вагонов в перевозочном процессе.

Для определения времени нахождения вагонов в пути следования в груженом, порожнем состоянии или в общем рейсе, который проходит вагон за время оборота, необходимо знать скорости движения поездов по участкам.

Различают несколько видов скоростей. В общем виде скорость движения поездов, км/ч: V=dS/dt.

14.Средняя ходовая скорость на железнодорожной линии, км/ч, представляет собой скорость, определенную только с учетом «чистого» времени хода поезда по железнодорожным участкам (без учета времени на разгоны и замедления): где L – длина железнодорожной линии, км,

;l_i – длина железнодорожного участка, км; T_x – время хода поезда по линии (без разгонов, замедлений и стоянок), ч;

;t_i – время хода поезда по участку, ч;

n – число участков.

Средняя техническая скорость движения поезда с учетом времени хода, времени на разгоны и замедления, но без учета времени стоянок, км/ч: ,

где Σt_рз – сумма времени на разгоны и замедления (i=1, 2…, k), если поезд имел k стоянок.

Техническая скорость используется при анализе времени оборота вагонов, причем V_т <V_х.

Средняя участковая скорость – скорость движения поезда по железнодорожному участку, учитывает время хода, время разгона и замедления и время стоянок на промежуточных станциях (раздельных пунктов) участков. Средняя участковая скорость по n участкам, км/ч: ,

где t_{ст i} – среднее время стоянок на промежуточных станциях, ч.

График кривой t=ƒ(l) по участку приведен на рис. 2.8.

Рис. 2.8. График кривой t=f(l)по участку А – Д

Если сделана выборка из графиков исполненного движения (по кривым t = f(l)), то средняя участковая скорость на n участках, км/ч: ,

где T_ij – время хода j – го поезда по i – му участку, ч; j = 1,2, …, N; i = 1,2,…, n; N_ij - число поездов, прошедших за сутки по i – му участку, j=1,2,…,N.

15.Маршрутная скорость определяется как средняя скорость на всем пути следования маршрута L от станции его формирования с учетом полного его времени хода, в том числе стоянок на участковых и сортировочных стациях, км/ч:

Все виды скоростей используются при разработке графика движения поездов, анализе времени оборота вагона, характеристик перевозочного процесса, а также в технико-экономических расчетах при обосновании пропускных и провозных способностей и в других целях.

Среднее время операций, которое проходит вагон рабочего парка, а время своего оборота, можно определять расчетом статистических данных по укрупненным трем, пяти и более элементам, а также по одночленной формуле. При расчете по трем и более элементам необходимо определить среднее расстояние груженого, порожнего и общего рейсов вагона.

Груженый рейс в среднем составляет, км: ;

порожний ;

общий

где ∑nS_гр - груженый пробег, вагоно – км; ΣnS_пор- порожний пробег, вагоно – км; U - число погруженных вагонов за сутки с учетом принятых (перегруженных) вагонов с иностранных дорог за сутки.

Время оборота можно расчленить на три составляющие.

При известной средней участковой скорости первая составляющая – время нахождения вагона в поездах на участках – в среднем составит:

По статистическим данным определяется также средний простой вагона на одной технической станции (по станциям, где поезда проходили транзитом и по станциям, где они перерабатывались t_техн. Кроме того, рассчитывается среднее число технических станций, которое проходит вагон за время своего оборота К_техн. Тогда укрупненно вторая составляющая времени оборота вагонов:

При определении времени простоя вагонов на станциях погрузки и выгрузки исходят из следующих обобщений. Определяют среднее время простоя вагона на одну грузовую операцию, считая и стацию погрузки, и станцию выгрузки. Причем, на грузовую операцию относят не только собственно время погрузки или выгрузки, а общее время простоя местного вагона, технологического процесса, в том числе обработку по прибытию и отправлению и т.д. Если считать условно груженые вагоны, принятые с иностранных дорог как погруженные, сданные на иностранные дороги как выгруженные, то на каждые погруженный вагон в среднем по сети за время оборота вагонов. Тогда третья составляющая времени оборота, простой на станции погрузки и выгрузки составит: ,

где – среднее время простоя местного вагона на станциях погрузки и выгрузки, в среднем приходящееся на одну грузовую операцию, ч.

Время оборота вагонов рабочего парка для сети железных дорог в целом, сут:

При известных значениях рейса и оборота вагона легко определить среднесуточный пробег вагона, характеризующий скорость его продвижения, км/сут:

Зная работу сети – суточную погрузку U, определим потребный рабочий парк вагонов для удовлетворения экономики страны в перевозках: .

Если на сети железных дорог имеется наличный исправный рабочий парк грузовых вагонов n_н , то число вагонов, которое может быть подано под погрузку за сутки, составит .

Следовательно, чем меньше время оборота вагонов, тем больший спрос народного хозяйства в перевозках можно удовлетворить одним и тем же рабочим парком. Например, если наличный парк эксплуатируемых вагонов составляет 1,3 млн. вагонов, при обороте вагона 7 сут спрос потребителей можно удовлетворить 185 700 вагонами, если оборот вагона ускорить на 0,5 сут, этот же спрос уже удовлетворяется 200 000 вагонами