Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Особенности реконструкции и проектирования железных дорог под скоростное и высокоскоростное движение. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 97 8 9 > Следующая >>>

Если пренебречь значения-

∑

ми

, а θ2 принять 1130,

ij ij

тогда увеличение ресурса величины ξ

(в данном случае сто-

имости) при соответствующем уровне вероятности P можно изобразить кривой ξ рис. 8.4), t

= f (α) (рис. 8.5).

= f (P) (см.

На основании кривой (см.

рис. 8.4) можно сделать вывод,

Рис. 8.5. Влияние уровня вероят-

ности на величину потребного

ресурса

что при вероятности 0,9 требуется увеличение ресурса минимум на 48 %, 0,962 – на 67 %, при P → 1, ξ увеличивается почти вдвое по отношению к используемому в проекте ресурсу. Поэтому стоит ли удивляться, что при строительстве стоимость объекта по отношению к проектной смете резко увеличивается.

По мере стабилизации экономического положения в стране, улучшения организации строительства, технологической дисциплины и снижения потерь по различным причинам дополнительный ресурс должен уменьшаться.

8.5. Учет неоднородности при проектировании иреконструкции участка железнодорожной линии под скоростное движение

В «Проекте организации скоростного и высокоскоростного железнодорожного сообщения на перспективу до 2030 г.» [3] предусматривается на ряде линий организовать скоростное движение. Кафедра «Изыскание и проектирование железных дорог» УрГУПС принимала участие в целевых комплексных программах МПС «Прогресс» и «Ускорение», в которых предусматривалось повышение скоростей движения пассажирских поездов до 140–160 км/ч, грузовых – 90 км/ч. За исходный вариант принимали максимальные скорости движения поездов согласно приказу начальника дороги. Однако при этом не учитывались реальные скорости движения, и в связи с этим была неопределенность во времени хода и капиталовложениях.

∑

Учесть эти обстоятельства и оптимизировать распределение капитальных вложений по участку для увеличения скоростей движения поездов возможно, воспользовавшись одним из методов линейного программирования.

Обозначим:

i – номер перегона;

n – количество перегонов, на которых планируется повыше-

ние скоростей;

j – номер варианта уровня максимальных скоростей;

m – количество рассматриваемых уровней максимальных

скоростей;

– время хода поезда по участку, мин, при j-м варианте мак-

симальных скоростей;

T – математическое ожидание времени хода поезда по участку;

t – то же, но по перегону;

– дисперсия случайной величины tij;

– дисперсия случайной величины T;

– капитальные вложения, необходимые на i-м перегоне

при j-м варианте максимальной скорости;

– математическое ожидание этих инвестиций;

ξ – дополнительный ресурс (см. разд. 8.4).



F Cx

 

xx x x

+ +…+ +…+ =

11 12 1 1

 

xx x x

+ +…+ +…+ =

21 22 2 2



…………………………………

 

…………………………………

 

xx x x

+ +…+ +…+ =

n n nj nm

 

tx T

∑

ij ij



≤≤

 

1, ; 1,

i nj m

= =



ij ij

≤ −ξ

(8.25)

где

txξ= s +s

p ij ijò

Этим методом был рассчитан оптимальный вариант повы-

шения скоростей движения грузовых поездов на 11 перегонах (n = 11) участка Вагай – Тюмень Свердловской железной дороги.

Характеристику реальных скоростей получили после анализа 16 скоростемерных лент локомотивов грузовых поездов. Результаты обработки скоростемерных лент локомотивов для «нечетного» направления в табл. 8.2. В столбце 17 приведено среднее время хода поезда по перегонам в мин при реальных скоростях. В столбце 18 – время хода в мин при увеличении максимальной скорости до 90 км/ч.

Если рассматривать движение поезда как стационарный эргодический процесс, то средневероятностная скорость на участке равна 37 км/ч. Методика определения этой скорости приведена в [20].

Для упрощения математические ожидания периода времени движения по перегону и участку приравняем к среднеарифметическим значениям.

В приведенном примере:

T = 184,89 мин.

= 26,67 мин.

= 4,17 мин.

n = 11.

m = 2.

При известном t ния ξ = f (t

), можно отметить влияние уровня вероятности α на

(см. рис. 8.5), подставляя различные значе-

результаты (табл. 8.3).

Учет вероятности параметров приводит к увеличению потребного ресурса. К примеру, увеличение вероятности на 0,1 ведет к росту инвестиций приблизительно на 100 тыс. усл. ед. (рис. 8.6), а времени хода на 1,5–2 %.

Таблица 8.2

Вагай – Тюмень

уск

ср

21 12 17 9 10 18 17 18 18 20 16 8 14 19 21 10 15,8 7,7

13 13 13 13 14 13 13 8 15 14 13 7 10 14 17 14 12,8 5,6

17 17 10 15 17 12 13 10 15 20 12 8 10 18 13 15 13,6 8,0

22 17 24 23 18 19 18 13 28 18 26 10 14 19 20 18 18,6 11,7

28 20 25 24 28 24 24 24 20 22 22 22 19 17 25 18 22,6 13,6

18 15 10 11 13 15 15 24 10 12 23 13 17 18 14 18 14,3 9,1

7,3 10 10 10 12 13 11 10 10 10 17 11 8 10 12 24 11,6 7,6

№ столбцов табл. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Войновка – Тюмень 17 25 21 12 13 19 19 24 16 18 21 15 13 12 17 24 18,5 9,8

оз. Андреевск –

оз. Андреевск

Войновка

Баландинск

Перегоны

Винзили

Ялуторовск

Беркутский

Время хода поезда в мин по данным скоростемерных лент в нечетном направлении на участке

Вагай – Ольховск 15,5 21 17 15 20 17 18 18 18 18 23 16 17 15 25 19 18 13,4

Криволукс –

Заводоук. –

Криволукс

Н. Заим – Заводоук. 9 26 21 19 29 20 22 22 18 18 55 25 17 20 23 20 25,1 16,8

Ольховск – Н. Заим 15,5 18 13 15 14 16 16 19 16 13 32 10 11 13 14 10 15,3 10,2

Масса поезда, m 4172 4764 4144 4714 4042 4360 4263 4240 4375 3891 4841 4391 4060 4993 3994 4360 t

Беркутский –

Ялуторовск –

Винзили –

Баландинск –

Таблица 8.3

Номер перегона

Номера варианта уровня скорости

Определение оптимального варианта

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

мин

T – ξ,

усл.

тыс.

ξ,

мин

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

ед.

0,98 18,3 1211 166,6 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0

0,79 15,3 995 169,6 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

0,62 12,6 809 172,3 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

1 – скорость не повышается;

2 – скорость максимальна, 90 км/ч.

Тыс.

∑

 



∑

усл. ед.

Рис. 8.6. Зависимость увеличения ресурса от уровня вероятности

8.6. Мониторинг инфраструктуры ВСМ

Известно, что кинетическая энергия поезда W равняется

MVW⋅

= −

где M – масса поезда;

V – скорость поезда;

I – момент инерции тела относительно оси вращения;

w – угловая скорость.

(8.26)

При радиусе вращающихся масс R угловая скорость

тогда

W VM

⋅⋅

(8.27)

т. е. кинетическая энергия прямо пропорциональна квадрату скорости поезда.

Максимальная скорость на ВСМ = 400 км/ч, на «обычных»

железных дорогах V = 140 км/ч. Если принять, что М, у поездов одинаковы, то кинетическая энергия поезда ВСМ

3, 6VR

I и R

возрастает в 8 раз. Отсюда возрастают требования к путевой инфраструктуре ВСМ, см. [2].

Система управления безопасностью эксплуатации ВСМ должна обеспечивать надежность (безотказность) работы инфраструктуры и подвижного состава в требуемый промежуток времени.

На существующих железных дорогах для этого применяются бортовые (на подвижном составе), передвижные (вагоны, автомотрисы) и стационарные автоматизированные средства диагностики.

Путь контролируется компьютеризованными вагонами-лабораториями КВЛ-П1МП, путеизмерительными автомотрисами с бортовой системой контроля рельсов, колеи (МД – РУ-С) и др. при скорости их движения < 140 км/ч [21].

На ВСМ система безопасности, как и на всей дороге, должна быть оцифрована, и желательно, чтобы ее работа осуществлялась без вмешательства человека. Мониторинг инфраструктуры должен не только контролировать ее состояние, но и давать прогноз качества работы – взаимодействия с подвижным составом.

Особая роль в диагностике принадлежит пути, как определяющему звену инфраструктуры железных дорог. На существующей сети железных дорог используется более 8000 средств контроля (из них около 400 – мобильные). Путеизмерительные комплексы на базе локомотивов (например, ВЛ11, 2ТЭ-116) позволяют диагностировать путь под нагрузкой. Прекрасно себя зарекомендовали несколько модификаций путеизмерительных вагонов КВЛ-П, совмещенные путеизмерители – дефектоскопы Север и МТКП, путеобследовательские вагоны-лаборатории ЦНИИ-4, диагностические комплексы «Интеграл» и «Эра».

Рабочие скорости путеизмерителя КВЛ-П – 160 км/ч, лаборатории на базе локомотивов ВЛ11-М, ЧС200 – 200 км/ч. При этом диагностируются свыше 50 параметров с учетом нагрузки на ось до 19,5 т.

Для ВСМ особенно важна непрерывная и комплексная оценка состояния пути с автоматизированной обработкой результатов

и компьютерной диагностикой работы элементов верхнего строения на перспективу.

На кафедре «Путь и железнодорожное строительство» УрГУПС доцентом Голубевым О.В. разработана методика, основанная на видеонаблюдении взаимодействия колеса и рельса и позволяющая оценить сходоопасные места [22]. В работе [23] предложено устройство «Бализа», которое позволяет непрерывно или с заданным шагом по времени оценить напряженное состоянии бесстыкового пути и его стабильность.

Комплексная оценка пути (геометрии его элементов, земляного полотна, искусственных сооружений, системы видеонаблюдения, в том числе взаимодействия колеса и рельса) должна выявить «узкие» места, что крайне важно для оценки безопасности движения и распределения средств на текущую эксплуатацию и ремонты пути.

Создание базы данных о состоянии инфраструктуры ВСМ позволяет оценить временную динамику развития дефектов (прогноз и последующее состояние путевой инфраструктуры).

На существующей сети российских железных дорог периодичность оценки состояния путевой инфраструктуры – от 1 раза в 3 месяца на малодеятельных линиях до 5 раз в месяц при большой интенсивности движения. На ВСМ желательна непрерывная диагностика.

Для ВСМ особенно важны координатные методы (на основании высокоточной координатной системы) эксплуатации пути, с внедрением электронной разметки пути (сейчас основа системы выправки пути «Навигатор»), использование системы GPS и ГЛОНАСС.

Анализу воздействия на путь различных природных явлений, например различных склоновых процессов (лавин, оползней, селей и т. п., паводковых вод), поможет система пространственного сканирования.

Таким образом, для безопасной эксплуатации инфраструктуры ВСМ должны быть созданы системы мониторинга пути на основе информационных технологий и техники глобального контроля.

9. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВСМ

Удельная стоимость строительства ВСМ (стоимость 1 км) весьма высока. Так, на участке ВСМ Москва – Владимир 1 км дороги стоит около 1,4 млрд рублей. Однако ВСМ имеет большую социальную нагрузку:

– увеличивается мобильность населения района ВСМ;

– «выравнивается» региональный рынок труда и потребления вокруг крупных городов за счет транспортной доступности [24].

Срок окупаемости проекта ВСМ в России довольно длителен. Так, по данным [24] этот срок около 20 лет. Однако, учитывая амбициозность и уникальность проектов ВСМ и их влияние на технический прогресс страны, подход должен быть взвешенным, а принятие окончательного решения о строительстве ВСМ остается за людьми, хорошо знающими и чувствующими социальную, экономическую и политическую ситуацию в стране и мире.

В то же время качество ВСМ оценивается ее эффективностью. В рассматриваемой ситуации эффективность зависит от двух основополагающих параметров:

– стоимости строительства;

– сокращения времени в пути поезда между конечными пунктами по сравнению с другими видами транспорта.

За «объединенный критерий» можно использовать стоимость сэкономленной одной минуты поездки.

Для примера: двухпутная железная дорога Перпиньян – Фигерас (Франция – Испания) длиной 44,4 км, в том числе 8,3 км тоннель в Пиренеях, стоит 952 млн евро [25], или 1,5 млрд руб/1 км. Экономия времени в пути 180 минут. Сэкономленная минута стоит примерно 417 млн рублей. Железная дорога была построена в 2009 году.

ВСМ Турин – Лион протяженностью 140 км с тоннелями длиной 87 км. Предполагаемая стоимость 26,1 млрд евро, или

«цена»1 км –13,5 млрд рублей. Линия позволит сократить продолжительность поездки на 107 минут, т. е. стоимость одной сокращённой минуты равняется 17,1 млрд рублей. Линию собираются сдать в эксплуатацию в 2028 году.

На участке ВСМ Москва – Владимир время хода поезда с учетом трех промежуточных остановок (Ногинск ВСМ, Орехово-Зуево ВСМ, Петушки ВСМ) 64 мин (без остановки – 52 мин). Стоимость строительства ВСМ Москва – Владимир в ценах 2016 г. – 250200 млн рублей.

Время хода поезда по расписанию на существующем участке железной дороги Москва – Владимир – 105 мин. Разница с ВСМ 41 мин. Таким образом, стоимость 1 сэкономленной минуты – 6150 млн рублей.

В 1980-х годах ученые УрГУПС вместе с учеными других транспортных вузов принимали участие в работе по комплексной программе МПС «Ускорение». По этой программе необходимо было модернизировать под скоростное движение (до скоростей 140–160 км/ч) пассажирских поездов участок железнодорожной сети ст. Называевская (восточная граница Свердловской железной дороги) – ст. Александров (Московская железная дорога). Стоимость 1 сэкономленной минуты превышала 1 млн рублей. Программа не была реализована. Однако, несмотря на экономические проблемы, проекты ВСМ в России будут осуществляться.

Выводы

Основная цель высокоскоростной магистрали – сокращение времени движения поезда на заданном участке, чтобы стоимость сэкономленной минуты на ВСМ по сравнению с существующим сообщением была бы разумно обоснованной. Для этого следует:

– по возможности сокращать длину трассы ВСМ;

– проектировать трассу так, чтобы средняя скорость поезда ВСМ была бы близка к максимальной;

– более смело вписываться в рельеф местности, применяя при проектировании профиля допустимые максимальные уклоны (на участке ВСМ Москва – Владимир 24 ‰).

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 97 8 9 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]