Проектирование железных дорог

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Теоретический аспект проектирования железных дорог

1.1 Общие принципы и стадии проектирования железных дорог. Экономические и технические изыскания

1.2 Основы технико-экономического сравнения вариантов

2. Задача № 1

2.1 Теоретическая часть

2.2 Расчетная часть

Литература

1. Теоретический аспект проектирования железных дорог

1.1 Общие принципы и стадии проектирования железных дорог. Экономические и технические изыскания

Строительству железных дорог предшествуют изыскания и проектирование их. Цель изысканий - изучение условий строительства и эксплуатации будущей дороги, сбор и подготовка необходимых материалов для проектирования. Основная задача проектирования заключается в разработке наиболее рационального проекта новой железной дороги, которая бы полностью удовлетворяла потребности в перевозках с учетом их роста в перспективе.

Проектом железной дороги необходимо предусмотреть обеспечение заданной пропускной и провозной способности, безопасности движения поездов, наиболее эффективное использование капитальных вложений, возможность дальнейшего развития устройств, применения новых технических средств и прогрессивной технологии при строительстве и эксплуатации. Проекты новых линий должны разрабатываться комплексно с учетом потребностей промышленности, населенных пунктов, других видов транспорта, требований охраны окружающей среды. Проектно-изыскательские работы на железнодорожном транспорте выполняют специальные институты Министерства транспорта РФ и ОАО «РЖД».

Общее руководство проектными работами в системе ОАО «РЖД» осуществляет Главное управление проектирования и капитального строительства, в ведении которого находятся специализированные проектно-изыскательские институты (Гипротрантэи, Трансэлектропроект, Гипротранссигналсвязь и др.), а также дорожные проектно-изыскательские институты - желдорпроекты.

В Министерстве транспорта также имеется Главное управление проектирования и капитального строительства, в ведении которого находятся территориальные институты (Мосгипротранс, Ленгипротранс, Уралгипро-транс, Сибгипротранс и др.), а также специализированные институты (по проектированию больших мостов - Гипротраисмост, тоннелей и метрополитенов - Метрогипротранс и др.).

Для установления экономической целесообразности и народнохозяйственной необходимости строительства новой железнодорожной линии перед разработкой ее проекта составляется технико-экономическое обоснование (ТЭО), которое содержит характеристику существующих путей сообщения района, расчеты строительной стоимости и эксплуатационных показателей различных вариантов. На их основе выбирают наиболее рациональное направление железнодорожной линии и пункты примыкания к существующей сети, кроме того, приводят сокращения обслуживания и сроках строительства, о развитии строительной базы.

Проектируют железнодорожные линии и их отдельные устройства обычно в две стадии: на первой разрабатывается проект, а и а второй - рабочая документация. Для технически несложных объектов проектирование ведется в одну стадию - разрабатывается рабочий проект. В проекте в рамках установленного ТЭО принципиального направления уточняются технические решения по выбору основных параметров линии, показателям эффективности и себестоимости перевозок, сметной стоимости и очередности строительства. На основании проекта по выбранному в нем варианту разрабатывается рабочая документация. В ее состав входят рабочие чертежи, по которым ведутся строительные и монтажные работы, а также сметы, ведомости объемов работ и потребных материалов.

Проект железной дороги - это комплексный документ, состоящий из экономической и технической частей. В экономической части определяются размеры и характер ожидаемых перевозок на расчетные годы эксплуатации (обычно 2, 5 и 10-й), масса поездов, коэффициенты неравномерности движения. Эти данные необходимы для обоснования экономической эффективности и целесообразности постройки линии. В технической части проекта содержатся все проектно-сметные материалы и расчеты по обоснованию направления трассы и ее основных параметров (руководящего уклона, числа главных и полезной длины приемо-отправочных путей, вида тяги и др.), проекты земляного полотна, искусственных сооружений и верхнего строения пути, размещение раздельных пунктов и проекты станций, устройств локомотивного и вагонного хозяйств, водоснабжения и канализации, сигнализации и связи, электроснабжения и зданий. В техническую часть входит проект организации строительства железной дороги. Таким образом, проект железной дороги представляет увязанный в единое целое комплекс проектов отдельных сооружений. Проекты, разрабатываемые на каждое сооружение, по условиям применения могут быть типовыми, повторно применяемыми, индивидуальными и экспериментальными (опытными).

Типовые проекты разрабатывают для массового применения на широко распространенные объекты (пассажирские здания для разъездов, обгонных пунктов и промежуточных станций, посты электрической централизации стрелок и сигналов, трубы, мосты и др.). Повторно применяемыми называются проекты, разработанные ранее для других объектов, которые целесообразно использовать для данных объектов вместо разработки новых проектов. Типовые и повторно применяемые проекты корректируют с учетом конкретных условий данного объекта.

Индивидуальные проекты разрабатывают для уникальных сооружений (например, вокзалы в крупных городах) или при наличии особых специфических местных условий. В индивидуальном проекте могут использоваться типовые конструкции, детали и целые блоки.

В экспериментальных проектах впервые в практике строительства применяется какое-либо техническое или технологическое решение для проверки его эффективности в процессе строительства и эксплуатации.

Для удовлетворения требований, предъявляемых к проектам железных дорог, необходимо предварительное тщательное - изучение условий строительства или усиления (реконструкции), а также особенностей предстоящей эксплуатационной работы железной дороги. Поэтому разработке проектов предшествуют обстоятельные инженерные изыскания проектируемой линии, которые подразделяются на экономические и технические. В процессе этих изысканий накапливаются необходимые материалы для оценки возможных вариантов и обеспечения технически правильных и экономически целесообразных решений всех основных, вопросов проектирования, строительства и будущей эксплуатации железной дороги. В зависимости от стадии проектирования изыскания подразделяются на проблемные, необходимые для разработки ТЭО, и титульные, предназначенные для проектирования конкретных объектов.

Основные задачи экономических изысканий при проектировании новых железнодорожных линий:

обоснование роли и назначения проектируемой линии, установление ее значения в составе существующей сети железных дорог и во взаимодействии с другими видами транспорта, определение эффективности ее строительства;

выявление возможных вариантов направления и конечных пунктов проектируемой линии для выбора наиболее целесообразного из них по условиям обеспечения необходимых транспортных связей и удовлетворения транспортных нужд населения и предприятий, находящихся в районе новой дороги;

установление размеров грузовых и пассажирских перевозок на проектируемой линии на расчетные сроки;

определение технико-экономических показателей работы проектируемой линии (грузооборот, пассажирооборот, грузонапряженность и др.) и возможного их влияния на работу существующей сети железных дорог,

При проектировании реконструкции существующих железных дорог в задачи экономических изысканий входит:

выявление возможного изменения роли и значения дороги в связи с ее реконструкцией;

определение расчетных размеров перевозок на реконструируемой дороге и влияния ее усиления на размеры и структуру перевозок существующей сети железных дорог и других видов транспорта в зоне реконструируемой дороги;

установление экономических показателей работы дороги в связи с ее реконструкцией.

Экономические изыскания включают, как правило, экономические обследования и всестороннее изучение современного состояния и перспектив развития всех отраслей народного хозяйства в районе проектируемой дороги. В частности, при определении размеров перевозок на перспективу исходят из установленных обследованиями видов и объемов продукции, выпускаемой предприятиями района, тяготеющего к проектируемой линии, количества потребляемого ими местного и привозного сырья, перспектив их развития, наличия полезных ископаемых и энергетических ресурсов и перспективы их освоения; кроме того, учитывают населенность района.

В технические изыскания входят обследования и съемки для выбора наиболее удачного расположения трассы проектируемой линии на местности, а также сбор необходимых технических данных для проектирования всех объектов железной дороги.

Проблемные технические изыскания выполняют по картографическим материалам с обследованием в натуре наиболее сложных участков.

Титульные технические изыскания заключаются в производстве геодезических, инженерно-геологических, гидрологических работ и обследовании существующих сооружений. Выполнение этих работ можно разделить на подготовительный, полевой и камеральный периоды. В подготовительный период изучают сведения о районе прохождения трассы, намечают по картам варианты трассы, которые затем обследуют в полевой период. Полевые изыскания ведут изыскательские партии, которые производят все виды работ по разбивке трассы на местности, а также сопутствующие геодезические работы, инженерно-геологические и гидрологические обследования. В камеральный период обрабатывают результаты полевых изысканий.

Одним из основных видов геодезических работ является топографическая съемка местности обычно на 100 - 200 м в каждую сторону вдоль - намечаемой трассы линии. В ходе съемки определяют положение точек местности в горизонтальной плоскости и по высоте, что необходимо для получения плана местности с изображением ситуации и рельефа. Для съемок используют различные геодезические инструменты.

Так, длину обычно - измеряют стальными 20-метровыми мерными лентами или специальными оптическими приборами - дальномерами, достоинством которых является быстрота и высокая точность измерений. Перпендикуляры на местности восстанавливают, пользуясь экерами, а горизонтальные углы измеряют буссолями. Для одновременного измерения горизонтальных, вертикальных углов и расстояний пользуются теодолитами - тахеометрами.

Современные светодальномеры и электронные тахеометры обеспечивают геодезические измерения в автоматическом режиме и с высокой точностью расстояний (±5--10 мм) и углов (±1--3"). Начат серийный выпуск светодальномеров, позволяющих измерять расстояния до предметов без установки отражателя, как этого требовали прежние конструкции дальномеров, что значительно снижает трудоемкость топографических съемок, особенно в горных условиях. Все шире начинают применяться лазерные теодолиты, нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования и с наклонным лучом визирования. Последние особенно эффективны в пересеченной местности, так как позволяют с одной точки определять превышения до 15 м.

Инженерно-геологические изыскания проводятся для определения геологического и гидрогеологического строения территории на месте будущей трассы, наличия и характера различных геологических процессов, которые могут воздействовать на строительство и последующую эксплуатацию дороги. В ходе этих изысканий устанавливается наличие и качество местных строительных материалов, пригодных для постройки дороги, прогнозируется возможность деформаций и разрушений оснований отдельных сооружений вследствие просадок, размывов и т. п. При гидрологических изысканиях изучают режимы рек, скорости их течения, количество выпадающих осадков и распределение их по сезонам года, возможные уровни паводковых вод. Эти материалы необходимы при проектировании мостовых переходов, выборе конструкций и отверстий мостов и водопропускных труб.

Для геодезических, инженерно-геологических и гидрологических работ все шире применяют аэрометоды. Основными из них на изысканиях железных дорог являются аэровизуальные обследования и рекогносцировки, аэрофотосъемка, аэронивелирование, аэрогеологическая съемка, аэрогидрометрические работы. Аэроизыскания особенно эффективны в труднодоступных районах, где они позволяют сократить сроки изыскательских работ в 2 - 3 раза. Это достигается заменой полевого трассирования на первой стадии проектирования камеральным трассированием по аэроснимкам. Каждый вид аэроизыскательских работ включает в себя летно-съемочные наземные полевые работы и камеральную обработку результатов.

Приемы и методы проектирования трассы железной дороги зависят главным образом от топографических условий (наличие рек, водоразделов и др.), а также соотношения руководящего уклона и уклонов местности. В зависимости от топографических условий участки трассы делятся на долинные, водораздельные и поперечно-водораздельные ходы.

По соотношению руководящего уклона и уклонов местности различают вольные и напряженные ходы. Вольным ходом называется участок трассы, на котором средний уклон местности меньше руководящего уклона, а напряженным - участок, на котором средний уклон местности больше руководящего или равен ему.

На вольных ходах трассу обычно ведут по кратчайшему расстоянию, а отклонения положения трассы от заданного направления в плане вызываются только необходимостью обхода препятствий (города, заповедники, озера, болота). На напряженных ходах трасса вынужденно следует за рельефом местности, в максимальной степени используя руководящий уклон или уклон кратной тяги. При этом во избежание превышения допустимого уклона приходится искусственно увеличивать протяженность трассы.

1.2 Основы технико-экономического сравнения вариантов

Основным методом определения рационального решения при проектировании железных дорог является разработка нескольких конкурентоспособных вариантов и выбор наилучшего из них в результате технико-экономического сравнения. Все сравниваемые варианты должны разрабатываться на основе общих исходных данных - при одинаковых размерах движения, единых технических условиях и нормативах, одинаковых эксплуатационных требованиях.

Первостепенное значение при сравнении вариантов имеют стоимостные показатели, к которым относятся капитальные затраты и эксплуатационные расходы. Вместе с тем учитываются качественные показатели, которые нельзя полностью оценить в деньгах (удобство поездки, обеспечение градостроительных требований и др.), а также натуральные показатели, характеризующие вовлекаемые в эксплуатацию природные богатства, сроки строительства, затраты труда при строительстве и эксплуатации, скорость доставки грузов и др.

Капитальные затраты включают строительные расходы на сооружение железнодорожного пути, устройств сигнализации и связи, электроснабжения, станций и других раздельных пунктов, а также стоимость подвижного состава и грузов.

В состав эксплуатационных входят расходы на содержание штата рабочих и служащих, на топливо, электроэнергию и материалы, текущий ремонт сооружений и устройств, отчисления на капитальный ремонт и восстановление, расходы по простою и пробегу локомотивов и вагонов. При подсчете стоимостных показателей для сравнения вариантов достаточно учитывать расходы только по различающимся элементам. Из сравниваемых вариантов наиболее выгодным будет тот, который требует меньших капитальных затрат и эксплуатационных расходов по сравнению с другими, Но обычно вариант с большими капиталовложениями требует меньших эксплуатационных расходов и наоборот.

Если капиталовложения по сравниваемым вариантам одноэтапны, а эксплуатационные расходы не меняются по годам или растут по закону, близкому к линейному, то наилучшим будет вариант, обеспечивающий минимум годовых приведенных расходов:

где К - капиталовложения по варианту; С - годовые эксплуатационные расходы, определнемые на расчетный год ; Е_н - нормативный коэффициент эффективности (для сооружений железнодорожного транспорта Е_н=0,12ч0,10).

В простейшем случае сравнение только двух вариантов с одноэтапными капиталовложениями может производиться по сроку окупаемости

где К - капитальные затраты по первому и второму вариантам (); годовые эксплуатационные расходы по вариантам ()

Вариант с большими капитальными затратами считается более выгодным, если Т_ок меньше нормативного срока Т_н, равного 1/Е_н.

В случаях когда капитальные вложения хотя бы по одному из вариантов осуществляются в несколько сроков (этапов) или зависимость эксплуатационных расходов от времени нелинейна, затраты более поздних лет следует приводить к текущему моменту с помощью коэффициента приведения

.

где Е_нп -- норматив для приведения разновременных затрат, установленный типовой методикой в размере 0,08;

t - период времени приведения в годах, считая год, к которому приводятся показатели, за нулевой.

Наилучшим по стоимостным показателям будет вариант, дающий наименьшие суммарные расходы, приведенные к начальному году,

где t_р - период, за который учитываются расходы по вариантам (предусматривается, что к концу его все варианты будут иметь одинаковую мощность и техническое оснащение).

2. Задача № 1

железная дорога проектирование вагонный парк

Определение ускорения оборота вагона и сокращения потребного вагонного парка

Вариант № 8

Исходные данные:

Погрузка вагонов: u_п=1800 шт;

Выгрузка вагонов: u_в= 2800 шт;

Приём груженных вагонов u^пр_гр=8800 шт;

Вагонное плечо: L_ваг=180 км;

Простой вагона на одной тех.станции t_тех=4 ч;

Простой вагона под погрузкой t_п=18 ч;

Простой вагона под выгрузкой t_в= 16 ч;

Участковая скорость (действующий норматив) V?_у=32 км/ч;

Участковая скорость (изменяемый норматив) V?_у= 38 км/ч;

Коэффициент порожнего пробега вагона б=0,4;

Груженный рейс ?_гр=380 км.

Найти:

1. Определить время оборота вагона на полигоне железной дороги до и после увеличения скорости участковой скорости;

2. Определить ускорение оборота вагона в результате увеличения скорости участковой скорости;

3. Определить сокращение потребности в вагонном парке на полигоне железной дороги в результате ускорения оборота вагона;

4. Назвать конкретные мероприятия, реализация которых позволит изменить значение заданного показателя, влияющего на величину оборота вагона.

Решение:

2.1 Теоретическая часть

Основные показатели эксплуатационной работы

Контроль за ходом выполнения планов перевозок и анализ использования технических средств, а также планирование, учет и оценка работы невозможны без системы показателен, определяющих объем и качество эксплуатационной работы. Эти показатели делятся на количественные и качественные.

Количественные показатели характеризуют объем перевозочной работы. К ним относятся:

объем перевозок (отправления) грузов;

грузо- и пассажирооборот, число перевезенных пассажиров;

число вагонов или тонн грузов, погруженных за сутки;

работа вагонного парка, определяемая для всей сети числом вагонов, погруженных за сутки, а для дорог и отделений - суммой вагонов своей погрузки и принятых груженых вагонов от других дорог и отделений, т. е.

.

Так как эти вагоны могут быть или выгружены, или сданы гружеными, работа может быть определена как сумма выгруженных и сданных груженых вагонов.

Основными качественными показателями работы железных дорог и их подразделений являются:

выполнение плана перевозок, графика движения и плана формирования поездов;

техническая, участковая и маршрутная скорости движения поездов;

степень использования подвижного состава, характеризующаяся:

а) оборотом, бюджетом времени, среднесуточным пробегом и производительностью локомотивов;

б) оборотом и среднесуточным пробегом вагонов;

в) статической, динамической нагрузкой и производительностью грузовых вагонов.

Оборот локомотива определяется продолжительностью обслуживания им одной пары поездов на участке обращения, т. е. временем с момента выдачи локомотива под поезд до момента выдачи его под следующий поезд.

Оборот локомотива по участку

где ? - длина участка тягового обслуживания, км;

v_у - средняя участковая скорость движения поездов, км/ч;

ф^л_сб - среднее время нахождения локомотива на станции смены бригад внутри участка обращения, ч;

ф^л_о, ф^л_пр - среднее время нахождения локомотивов соответственно в пункте оборота и на станции приписки под операциями (экипировка, техосмотр и др.), ч.

В связи с переводом локомотивов на работу по удлиненным участкам обращения, выходящим за пределы границ отделения, а иногда и дороги, введен дополнительный показатель использования локомотивов, называемый бюджетом времени локомотива. Этот показатель характеризует расчленение (в ч или %) времени работы на отдельные операции и выражается следующим образом:

ч

или

,

где ф^л_дв - часть времени, в течение которого локомотивы находятся в движении на. перегонах;

<пс,

- часть времени, в течение которого локомотивы простаивают соответственно на промежуточных станциях, станциях смены бригад, в пунктах оборота и на станциях приписки.

Комплексным показателем использования локомотива является суточная производительность (вт•км брутто/локомотивы)

где - общие т•км брутто, выполненные на участках обращения локомотивов за сутки;

М_Э - эксплуатируемый парк, в который входит локомотивы, находящиеся во всех видах движения, под техническими операциями и осмотром.

Универсальным показателем качества работы железных дорог и использования подвижного состава, отражающим уровень организации труда всех работников железных дорог и подъездных путей предприятий, является оборот вагона, т. е, время от одной погрузки до следующей погрузки в тот же вагон.

На рис. 1 представлены две схемы оборота вагона. На первой схеме рассмотрен случай, когда выгрузка и последующая погрузка производятся на одной и той же станции, т. е. при сдвоенных грузовых операциях. Вторая схема соответствует случаю, когда станции погрузки и выгрузки не совпадают и имеет место груженый рейс l_гр и порожний рейс l_п, вагона.

Оборот вагона

,

где l - полный рейс вагона - расстояние, км, проходимое им за время оборота в груженом и порожнем состояниях:

- общий пробег груженых и порожних вагонов в среднем за сутки, вагоно•км;

U - работа в вагонах;

L_в - вагонное плечо -- среднее расстояние между техническими станциями, км;

t_тех - средний простой транзитного вагона на одной технической станции, ч;

k_м - коэффициент местной работы, характеризующийся числом грузовых операций, приходящихся на единицу работы:

;

U_п, U_в - соответственно число погруженных и выгруженных вагонов;

t_гр - простой вагонов, приходящийся на одну грузовую операцию (погрузку или выгрузку), ч.

Первый член в формуле оборота вагона представляет собой время нахождения вагона в поездах на участке - в движении и на промежуточных станциях; второй член - время нахождения транзитного вагона на технических станциях (в транзитных поездах и под переработкой) к третий член формулы - время нахождения на станциях погрузки, и выгрузки. Расчленение оборота вагона по элементам (в %) дано на рис. 2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1. Схемы оборота вагона:

1 - погрузка; 2 - уборка от пунктов погрузки-выгрузки. 3 - формирование; 4 - операции по отправлению; 5 - следованно поездов по участку; 6 - обработка транзитного вагона на участковых и сортировочных станциях; 7 - операции по прибытии; 8 - расформирование; 9 - подача к пункту выгрузки; 10 - выгрузка; 11 - подача под погрузку

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Расчленение оборота вагона на элементы

Оборот вагона может быть определен еще и в зависимости от работы U и рабочего парка n т. е, от числа вагонов, предназначенных для выполнения плана перевозок. Если, например, нужно ежесуточно грузить 1000 вагонов, а оборот их составляет 5 сут,. то погруженные в 1-й день вагоны поступят под следующую погрузку лишь на 6-е сутки, а в течение 5 сут потребуется представлять под погрузку новые вагоны в количестве n = Uv= 1000•5 = 5000 вагонов. Отсюда следует, что оборот вагона v = n /U.

Таким образом, сократив оборот, можно ту же работу выполнить меньшим числом вагонов и высвободить их для дополнительной погрузки. Оборот вагона имеет большое государственное значение, им определяются не только качество использования подвижного состава и транспортные издержки, но и продолжительность перевозки самих грузов.

Среднесуточный пробег вагона определяется делением полного рейса на оборот вагона, или суммы вагоно-километров на рабочий парк: S=l/v, или S=?nS/n.

Использование грузоподъемности вагона характеризуется его статической и динамической нагрузками. Динамическая нагрузка - это средняя нагрузка вагона с учетом расстояния пробега в груженом состоянии:

где ?pl - сумма т•км нетто в грузовом движении;

?nS_гр - сумма вагоно•километров пробега груженых вагонов рабочего парка.

Одним из важнейших комплексных показателей качества использования вагона является его производительность, определяемая количеством перевозимой продукции (в т-км нетто), приходящимся на каждый вагон рабочего парка в сутки. Производительность

, или

где р_д - динамическая нагрузка вагона общего рабочего парка.

Для анализа перевозочного процесса важно дать экономическую оценку выполнению показателен эксплуатационной работы. Для этой цели на дорогах разрабатывают специальные справочники применительно к местным условиям.

2.2 Расчетная часть:

Определим работу отделения дороги по формуле:

ваг/сут. (1)

Вычислим простой вагона, приходящегося на одну грузовую операцию по формуле:

ч. (2)

Найдем полный рейс вагона из выражения:

км. (3)

Определим коэффициент местной работы:

(4)

Вычислим действующий оборот вагона по формуле:

суток (5)

Определим измененный оборот вагона по формуле:

суток (6)

Найдем действующий рабочий парк вагонов из выражения:

вагонов (7)

Вычислим низменный рабочий парк вагонов из выражения:

вагонов (8)

Тогда сокращенная потребность в вагонном парке имеет вид:

вагонов (9)

Вывод: 1. Увеличив участковую скорость на заданном участке железной дороги на 6 км/ч получим значительное сокращение вагонного парка.

2. Величина оборота вагона из выражения (5) зависит также от временных показателей (времени погрузки и разгрузки вагона и времени простоя на технической станции).

Литература

1. Марциненко Д.Б. Общий курс железных дорог: Методические указания на выполнение контрольной работы для студентов I-го курса ИИФО всех специальностей. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 1999 - 30 с.

2. Сологуб Н.Г. Общий курс железных дорог. - М.: Транспорт, 1988.

Размещено на Allbest.ru