МОГИЛА_УП

назначенные для взвешивания массовых навалочных или тяжеловесных грузов с наибольшими пределами взвешивания от 5 до 20 т, а также вагонные весы – рычажные или электронные (НПВ 100;150; 200), т.

Передвижные, стационарные, врезные, автомобильные и рычажные вагонные весы обеспечивают точность взвешивания в пределах от 0,1 до 0,02 %. Электронные вагонные весы, например, финской фирмы «Пивотекс» при взвешивании вагонов в статике обеспечивают погрешность не более 0,1 %, а в движении без расцепки вагонов – погрешность, не превышающую 0,3 % для каждого вагона в составе. Аналогичные весы выпускаются в России заводом «Тензоприбор».

Следует иметь в виду, что в зависимости от стоимости груза, товарной его значимости и условий перевозки, установлены дифференцированные нормы точности взвешивания разных грузов. Нормы погрешности, например, для зерновых грузов не должны превышать 0,1 %, для проката черных металлов – не более 0,2 %, а для массовых навалочных грузов нормы колеблются в пределах от 0,1 до 1,75 % от массы груза нетто.

Поскольку при взвешивании грузов допускается определенная погрешность, то, естественно, фактическая масса сформированного поезда может несколько отличаться от той, которая определяется по грузовым документам. Разница фактической массы поезда и указанной в документах может возникнуть вследствие того, что масса некоторых грузов устанавливается через их объем, а также из-за погодных условий. Так, например, если после ливневых дождей выпало 50 мм осадков, то масса каждого полувагона, загружаемого гравийно-песчаной смесью при площади днища, равной 35 м2, увеличится на (35 50) 1000 = 1,75 т. Если в составе 70 полувагонов, то масса поезда возрастет на 122,5 т.

Такие составы с малоценными навалочными грузами чаще всего используются для опытных поездок с динамометрическим вагоном, их необходимо взвешивать как до начала опытных поездок, так и в том случае, если произошло изменение погодных условий в процессе испытаний. Взвешивание как вновь построенных, так и эксплуатируемых локомотивов выполняется с целью определения статических нагрузок от каждого колеса на рельс, суммарной нагрузки от группы колес, обеспечения равномерного распределения массы локомотива на все колесные пары, определения общей массы локомотива, а также установления его тягово-энергетических характеристик.

Таким образом, отвечая на ранее поставленный вопрос, о возможных последствиях подмены понятий «масса» и «вес» следует сказать, что в оперативной эксплуатационной работе и соответствующих документах используется информация о массе грузов, подвижного состава и т. п., поэтому в этих случаях следует употреблять только термин «масса» (груза, вагона, локомотива). Это будет соответствовать как принятой в

21

России системе единиц (СИ), так и сущности процесса взвешивания, поскольку все весы, используемые на железнодорожном транспорте для взвешивания грузов и подвижного состава, измеряют массу, а не вес. Возможные случаи подмены понятий «масса» и «вес» в этой сфере нежелательны, хотя никаких отрицательных технических или экономических последствий не будет.

В решении же задач, связанных с нормированием массы поезда на основе тяговых расчетов и опытных поездок, а также тягово-энергети- ческих испытаний локомотивов, используются оба понятия, как масса, измеряемая в килограммах, так и вес, измеряемый в ньютонах, поэтому в этих случаях подмена понятий недопустима.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Дайте формулировку понятия «масса» физического тела.

2.Дайте формулировку понятия «вес» физического тела.

3.В каких единицах измеряются масса вагона и вес вагона?

4.Почему в правилах тяговых расчетов для поездной работы дается методика расчета массы поезда, а в нормативных графиках движения поездов, утвержденных на железных дорогах, приводятся нормы веса поездов?

5.Почему в северных районах России вес грузового поезда будет больше веса этого же поезда на железных дорогах юга страны?

6.Что определяют на вагонных весах – вес вагона или его массу? Какой зависимостью связаны масса локомотива и его вес. Напишите формулу.

Рекомендуемая литература [30].

3. ОПТИМИЗАЦИЯ НОРМ МАССЫ, ДЛИНЫ

ИСКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ

3.1.Сущность проблемы, общие принципы оптимизации главных параметров грузовых поездов и процедура принятия решения

Сложные современные экономические условия, в которых работают российские железные дороги, необходимость использования ресурсосберегающих технологий требуют поиска методов снижения транспортных расходов как на стадии планирования перевозочного процесса, так и в период его реализации. Одним из таких способов является оптими-

зация задачи выбора главных параметров грузовых поездов – массы,

длины и скорости движения при заданном типе локомотива и длине

22

станционных приемоотправочных путей для разработки графика движения поездов. В дальнейшем для краткости будем называть их просто «параметры грузовых поездов».

Вобщей проблеме оптимизации перевозочного процесса выбор оптимальных значений норм массы, длины и скорости движения занимает ведущее место. От их уровня в значительной мере зависят основные эксплуатационные и экономические показатели перевозок. Нормы массы и длины, заложенные в график движения, оказывают непосредственное влияние на среднюю массу, размеры движения и скорость поездов, и, следовательно, на потребные парки вагонов и локомотивов, количество локомотивных бригад, расходы топлива или электроэнергии на тягу поездов. С массой, длиной и скоростью движения грузовых поездов также связаны уровни наличной провозной и пропускной способности. Повышение массы, длины, а во многих случаях и скорости движения улучшает перечисленные эксплуатационные, экономические и технические показатели.

Всвою очередь, параметры грузовых поездов ограничиваются мощностью локомотивов, длиной станционных путей, прочностью автосцепки, конструкцией и техническим состоянием верхнего строения пути и искусственных сооружений, планом и профилем пути, конструкцией вагонов, типом устройств автоматики и телемеханики, мощностью устройств электроснабжения на электрифицированных линиях и т. п.

Параметры грузовых поездов во многом зависят от структуры грузопотоков и их корреспонденций. В практических условиях организации перевозок поезда различаются номенклатурой перевозимых грузов, в связи с чем они имеют неодинаковые погонные нагрузки, и, как следствие, – разные значения массы и длины. Этот важный фактор также должен учитываться при установлении оптимальных норм массы, длины и скорости движения поездов. Его влияние сказывается в том, что часть поездов, сформированных из вагонов с легкими грузами, будет ограничиваться длиной станционных приемоотправочных путей, т. е. эти поезда будут полносоставными, но не полновесными. Их масса будет меньше установленной оптимальной величины. Другая же часть поездов, в которых перевозятся тяжелые грузы (как правило, массовые грузы), будет ограничиваться силой тяги локомотива.

Их масса будет равна установленной оптимальной норме, а длина таких поездов – меньше чем позволяет длина приемоотправочных путей. Следовательно, эта часть поездов будет относиться к категориям полновесных, но не полносоставных.

Норма массы, устанавливаемая графиком движения, является лишь максимальным ограничением возможной массы поезда, чаще всего по условиям силы тяги локомотива, длины станционных путей или унификации массы по участкам. Доля поездов, масса которых соответствует устанавливаемой графиковой норме, на многих направлениях сети дорог не превышает 50–60 %, остальные поезда, хотя в основном полносостав-

23

ные, но имеют массу ниже нормы. В то же время ходовая скорость по условиям параллельного графика устанавливается в нем одинаковой для всех видов грузовых поездов, независимо от их массы. Из этого следует, что у значительной части поездов (полносоставных, но не полновесных), сила тяги локомотива недоиспользуется. Ее резервы могут быть направлены на повышение скорости движения, т. е. на ускорение оборота вагонов, локомотивов и сокращение времени работы локомотивных бригад.

Следовательно, задача выбора оптимальных значений норм массы, длины и скорости движения при заданном типе локомотива является многовариантной, т. е. имеющей множество возможных решений.

Так как при заданном типе локомотива и профиле пути, масса и скорость движения поезда строго взаимосвязаны через мощность локомотива, то конкретным значениям массы поезда всегда соответствуют вполне определенные скорости движения или времена хода. Поэтому в дальнейшем, решая эту задачу, будем говорить во многих случаях только о выборе массы поезда, имея в виду, что при этом одновременно выбирается соответствующая ей ходовая скорость.

Таким образом, поиск рациональных норм массы, длины и скорости движения грузовых поездов представляет исключительно важную и сложную задачу, правильное решение которой оказывает радикальное влияние не только на технико-экономические показатели организации перевозок, но также на уровень провозной и пропускной способности железных дорог.

Для успешного решения задачи необходимо обеспечить:

‒четкую общую и математическую постановку задач с установлением критериев оценки вариантов;

‒учет всех факторов, оказывающих влияние на массу, длину и скорость движения грузовых поездов, а также математических взаимосвязей между ними и ограничивающих условий;

‒выбор эффективной методики ее решения.

Так как устанавливаемые графиком движения поездов нормы массы, длины и времени хода грузовых поездов зависят от значительного количества технических и технологических характеристик железнодорожного направления, то для решения задачи оптимизации параметров грузовых поездов целесообразно использовать методы системного анализа и теории принятия решений [6], теоретические основы которых применительно к данной задаче с использованием ряда понятий и формулировок из указанных источников можно свести к нижеследующему.

Железнодорожный участок (направление), на котором решается задача выбора оптимальной массы, длины и скорости движения поездов, рассматривается как сложная техническая система, характеризуемая параметрами используемых локомотивов, вагонов, профиля пути, станционных устройств, системы электроснабжения, устройств СЦБ и связи, локомотивного и вагонного хозяйств и др.

24

Параметры могут иметь ограничения: диапазон допустимых значений для непрерывных параметров и совокупность допустимых значений для дискретных параметров. Например, непрерывно изменяющийся параметр «масса состава» имеет диапазон допустимых значений от нуля (резервный локомотив) до величины, ограниченной либо силой тяги локомотива, либо полезной длиной приемоотправочных путей; дискретно изменяющийся параметр «полезная длина приемоотправочных путей» имеет совокупность допустимых значений 850, 1050 и 1250 м и т. д.

Параметры можно разделить на независимые и зависимые. Независимые параметры выбираются специалистом, ведущим выбор оптимальных норм. Зависимые параметры определяются с помощью уравнений, связывающих независимые и зависимые параметры (уравнения связи). Например, если в качестве независимых параметров выбрать полезную длину приемоотправочных путей с , длину локомотива л и погонную

нагрузку на 1 м пути Р, то зависимый параметр масса состава Q, т, как функция с и л определится из уравнения

где 10 – резерв длины пути, учитывающий неточность установки поезда, в границах полезной длины, м.

Зависимых параметров может быть столько, сколько имеется уравнений связи в задаче. Параметрами цели в рассматриваемой задаче являются размеры движения поездов, которые могут быть реализованы при оптимальных значениях массы, длины и скорости. Параметры системы (железнодорожного направления или участка), от которых зависят параметры цели, являются существенными.

Остальные параметры в данной задаче несущественны, так как не влияют на исход решения и в расчетах не принимаются во внимание.

Следовательно, в процессе подготовки к решению задачи выбора оптимальных значений массы, длины и скорости одним из важных моментов является выделение всех существенных параметров железнодорожной линии или участка и установление функциональных зависимостей между ними и параметрами цели.

Рассмотрим кратко содержание каждого из этапов поставленной задачи.

3.2.Содержательная постановка задачи выбора оптимальных уровней массы, длины и скорости движения поездов

Ежегодно на сети железных дорог вводится новый график движения, в котором должны быть учтены все изменения технической оснащенности и технологии перевозочного процесса, происшедшие с момента вво-

25

да предыдущего графика. Если на железнодорожном направлении или участке изменился какой-либо из существенных параметров, например, тип локомотива, длина станционных приемоотправочных путей, мощность верхнего строения пути, структура грузопотоков или вагонного парка, допускаемые скорости движения поездов и т. д., то это должно сопровождаться пересмотром норм массы, длины или скорости движения грузовых поездов.

В этом случае задача заключается в том, чтобы при заданных технических параметрах железнодорожной линии или участка найти такие значения нормы массы, длины и скорости движения поездов четного и нечетного направлений и соответствующие им размеры движения, которые обеспечивали бы минимальные приведенные расходы на перевозки.

При этом следует подчеркнуть, что нормы массы поездов четного и нечетного направлений взаимозависимы. В результате непарности размеров движения возникает непроизводительный резервный пробег локомотивов, величина которого при заданных вагонопотоках зависит от норм массы и длины поездов. Для устранения потерь, связанных с резервным пробегом локомотивов, нормы массы поездов в обоих направлениях движения должны выбираться с учетом общих расходов на перевозки в четном и нечетном направлениях.

Так как в график движения закладываются участковые и унифициро-

ванные нормы массы, то оптимальные нормы массы и длины опреде-

ляются в два приема. Сначала расчеты проводятся для железнодорожных участков, ограниченных двумя техническими станциями, на которых производятся операции по техническому обслуживанию поездов (технический, коммерческий осмотры и устранение неисправностей вагонов, изменение состава поезда, опробование тормозов, смена локомотивных бригад, смена локомотивов). При этом определяются как поперегонные (дифференцированные) нормы массы и длины сборных поездов, так и участковые нормы для участковых и сквозных грузовых поездов. Следует подчерк-

нуть, что расчетные значения массы участковых поездов, рассчитываемые для определенного участка, могут не совпадать со значениями уча-

стковой нормы массы для сквозных поездов, рассчитанной для того же участка. Объясняется это тем, что погонные нагрузки таких поездов могут быть разными, а поэтому масса одних может ограничиваться длиной станционных путей, а других – силой тяги локомотива.

Затем расчеты выполняются на железнодорожных направлениях, ограниченных, как правило, крупными сортировочными станциями, на которых зарождаются или погашаются вагонопотоки. При этом определя-

ются унифицированные и параллельные нормы массы и длины поездов,

устанавливаемые с целью устранения возможных многочисленных переломов нормы массы и повышения эффективности использования тя-

26

говых средств. Базой для расчета унифицированных норм являются результаты расчета участковых норм для каждого участка в отдельности.

Если на разных участках железнодорожного направления обращается несколько типов локомотивов, то для каждого из них устанавливается своя величина расчетного подъема на соответствующем участке обращения. Одновременно с установлением оптимальных унифицированных норм могут решаться задачи выбора и расстановки типов локомотивов и участков их обращения.

3.3. Выбор существенных параметров системы «железнодорожный участок» и критериев оценки вариантов

Под железнодорожным участком понимается часть железнодорожной линии, ограниченная двумя техническими станциями, на которых необходимо останавливать поезда для выполнения технических операций.

К существенным параметрам, оказывающим то или иное влияние на решение задачи определения норм массы, длины и скорости движения грузовых поездов на участке, можно отнести следующие:

‒структуру (распределение) поездопотоков по нагрузке, приходящейся на один погонный метр пути;

‒полезную длину приемоотправочных путей на станциях участка;

‒параметры заданного локомотива в виде тяговой характеристики, его длины и расчетной массы, конструкционной скорости, расчетных сил нажатия тормозных колодок локомотива и др.;

‒расчетный подъем на участке для заданного типа локомотива;

‒тип верхнего строения пути на участке;

‒продольный профиль пути с указанием осей станций, длины отдельных элементов и их уклонов, параметров кривых участков пути;

‒структуру вагонного парка (доля 4-, 6- и 8-осных вагонов) на рассматриваемом участке (направлении);

‒максимально допускаемые скорости движения поездов, определяемые состоянием пути, искусственных сооружений и подвижного состава;

‒количество главных путей на перегонах;

‒основные расчетные параметры плана формирования грузовых поездов;

‒средства сигнализации и связи по движению поездов;

‒основные технологические нормативы для разработки графика движения поездов, схемы обслуживания поездов локомотивами и локомотивными бригадами, а также сведения о размещении основных и оборотных локомотивных депо, ПТО и других технических устройств на участке;

‒сведения об особенностях построения графика движения поездов на железнодорожном участке;

‒объем грузовых перевозок и корреспонденцию вагонопотоков, а также размеры движения пассажирских поездов и скорости их движения;

27

‒стоимость основных фондов и эксплуатационные расходы на измерители работы;

‒стоимость перевозимых грузов и допускаемые сроки их доставки;

‒повышенный размер тарифных ставок при выборе нормы массы ускоренных поездов, которые готов оплатить грузоотправитель;

‒уровень потребной провозной и пропускной способности. Перечисленные существенные параметры системы не только оказы-

вают непосредственное влияние на массу, длину и скорость движения поездов, но многие из них взаимосвязаны между собой, что также должно учитываться при решении поставленной проблемы.

Важным этапом в решении любой технико-экономической задачи, и в том числе задачи оптимизации уровней массы, длины и скорости движения грузовых поездов, является выбор критериев для оценки вариантов. Оценить определенный вариант можно уровнями потребной и наличной провозной способности железнодорожной линии; расходом топлива или электроэнергии на тягу поездов; потребным эксплуатируемым парком локомотивов или вагонов в части, зависящей от массы поезда и скорости движения; временем доставки грузов; размером доходов в части, зависящей от главных параметров поездов; уровнем приведенных расходов.

Сравнение хотя бы двух вариантов только по одному критерию не гарантирует выбор действительно лучшего из них, так как они имеют ряд других численно различающихся показателей. Поэтому наиболее подходящим, т. е. универсальным для решения поставленной задачи является

критерий минимума приведенных денежных расходов. Его можно считать основным, а остальные вышеперечисленные – вспомогательными или ограничивающими критериями (параметрами). Критерий минимума при-

веденных денежных расходов наиболее полно учитывает влияние (часто противоположное) различных факторов на массу, длину и скорость движения грузовых поездов. Он позволяет найти такие параметры грузовых поездов, которые обеспечивают минимальные затраты на перевозки.

В этом случае все альтернативные варианты оцениваются по основному критерию в денежном выражении. Затем отбирается вариант с минимальным уровнем расходов и несколько близких к нему по затратам. Устанавливаются один или несколько ограничивающих критериев, например, допустимый уровень расхода топлива (электроэнергии). Из отобранных альтернативных вариантов окончательно выбирается тот, который удовлетворяет требованиям установленных ограничивающих критериев.

Независимо от принятого критерия оценки вариантов, окончательно отобранный вариант нормы массы, длины и скорости движения поездов должен обеспечивать выполнение заданных объемов перевозок грузов и пассажиров. То есть наличная провозная способность для этого варианта должна быть выше потребной, так как уровень наличной провозной способности должен рассматриваться как ограничивающий критерий (параметр) для любого альтернативного варианта.

28

В годы реформирования экономики России железнодорожный транспорт вынужден решать серьезные проблемы в связи с дефицитом дизельного топлива и электроэнергии, а также высокой их стоимостью. В то же время многие железнодорожные направления имеют достаточно большие резервы пропускной и провозной способности. В этих условиях в качестве ограничительного критерия при выборе нормы массы и скорости движения поездов необходимо руководствоваться допустимыми нормами расхода энергоресурсов.

3.4. Формализация задачи и выбор способа ее решения

Проблему выбора оптимального уровня нормы массы, длины и скорости движения грузовых поездов наиболее эффективно можно было бы решить, если бы удалось составить аналитическую зависимость денежных расходов от перечисленных параметров. Избранный при этом критерий оценки (оптимальности) – минимум денежных расходов на заданный объем перевозок – наиболее полно учитывал бы степень воздействия на массу, длину и скорость поездов всего комплекса существенных технических и экономических параметров железнодорожного участка, приведенных в подразд. 3.3. Исследование такой зависимости на экстремум позволило бы найти оптимальные значения параметров грузовых поездов.

К сожалению, разработка такой зависимости денежных расходов от названных ранее многочисленных параметров железнодорожной линии в виде единственной формулы в настоящее время невозможна из-за сложных взаимосвязей между отдельными параметрами и элементами, характеризующими конкретную линию, а также в связи с тем, что некоторые зависимости имеют дискретный характер.

Представляется приемлемым комбинированный метод расчета с использованием аналитических и графических способов на разных этапах расчета и отбора альтернативных вариантов. При этом окончательное решение принимается на основе прямого выбора альтернативных вариантов массы, длины, скорости движения поездов и технико-экономичес- кой их оценки.

Возможные альтернативные варианты нормы массы, длины и скорости рассчитываются на основе аналитических зависимостей между массой поезда, с одной стороны, и длиной станционных путей, погонной нагрузкой, силой тяги локомотива, расчетным подъемом на участке, величиной основного удельного сопротивления и рядом других параметров, с другой стороны.

Взаимосвязь между массой поезда, его скоростью и расходом топ- ливно-энергетических ресурсов на заданном профиле пути для каждого альтернативного варианта учитывается в процессе производства тяговых расчетов на ПЭВМ.

29

Воздействие на норму массы, длины и скорости движения таких параметров железнодорожной линии, как число главных путей, количество станций и число приемоотправочных путей на них, вид устройств СЦБ и связи, размеры движения пассажирских поездов, длина участков обращения локомотивов и локомотивных бригад и другие учитываются на основе построения графика движения поездов.

Решение задачи для конкретного железнодорожного направления разделяется на четыре этапа.

На первом – для каждого участка готовятся таблицы исходных данных по всем существенным параметрам, характеризующим конкретный участок. Строятся гистограммы распределения вагонопотоков по погонным нагрузкам, служащие в дальнейшем основой для расчета размеров движения полносоставных и полновесных поездов.

На втором – на основе аналитического или графического решения системы двух уравнений (зависимости массы поезда от длины станционных путей и массы поезда от силы тяги локомотива на расчетном подъеме) на всех участках определяется масса поезда, соответствующая обоим условиям.

Устанавливается ограничительная погонная нагрузка, разделяющая поезда на две части – полносоставные и полновесные. Такие расчеты проводятся для поездов обоих направлений движения.

На третьем этапе строятся тонно-километровые диаграммы по всем участкам железнодорожного направления. На основе их анализа и с учетом ряда ограничивающих критериев устанавливается ряд (множество) альтернативных вариантов норм унифицированной массы в четном и нечетном направлениях. Для всех вариантов рассчитываются размеры движения поездов. Составляется матрица альтернативных сочетаний норм массы обоих направлений. Для каждого варианта нормы массы на ПЭВМ выполняются тяговые расчеты, а для каждого варианта сочетаний норм четного и нечетного направлений с использованием компьютерной техники рассчитываются графики движения и определяются их показатели.

На четвертом этапе производится экономическая оценка вариантов графиков, проверка вариантов по ограничивающим критериям и окончательный выбор лучшего варианта сочетаний норм массы, длины и скорости в обоих направлениях движения.

Следует отметить, что в случаях наличия достаточного резерва пропускной способности и небольших размеров движения пассажирских по-

ездов, варианты нормы массы и длины поездов порожнего направления возможно выбирать иначе, а именно, такими, чтобы обеспечи-

вать парные размеры движения. Это позволит исключить резервный пробег локомотивов, сократить время в движении поездов порожнего направления, а также простой этих поездов под накоплением.

30