Размещено на http://www.allbest.ru/

1. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВИДОВ ТЯГИ

Прогрессивные виды тяги электрическая и тепловозная начали развиваться на железнодорожном транспорте в XX в. В 1923 г. было принято решение о постройке первых тепловозов, а в 1924 г. в Ленинграде завершилась постройка поездного тепловоза серии Щ с электрической передачей. В 1926 г. был сдан в эксплуатацию первый в нашей стране электрифицированный участок Баку-Сабунчи-Сураханы, связавший Баку с нефтепромыслами на Апшероне.

В последующие годы были электрифицированы многие пригородные линии Московского узла, труднейшие горные участки железных дорог Закавказья, Урала, заполярный участок Мурманск-Кандалакша, линия Запорожье- Долгинцево, ряд участков в Кузбассе и других районах страны.

Однако до Великой Отечественной войны основным видом тяги на железных дорогах продолжала оставаться паровая. В 1940 г. электрической и тепловозной тягой выполнялось всего лишь 2,2% общего грузооборота железных дорог, а в 1950 г. - 5,4%. При паровой тяге железнодорожный транспорт расходовал до 30% общей добычи угля в стране, себестоимость и трудоемкость перевозок были высокие, а условия труда большого числа работников - тяжелые. локомотив поезд тепловозный электрический

Во второй послевоенной пятилетке (1951-1955 гг.) внедрение электрической и тепловозной тяги осуществлялось несколько быстрее, однако темпы развития были по-прежнему недостаточны. Железнодорожный транспорт, как правило, не осваивал средства, отпускаемые на реконструкцию тяги. Основным направлением усиления тяги оставалось повышение мощностных характеристик паровозов. Вместе с тем, в 1955 г. электровозы и тепловозы освоили уже 14,1% общего грузооборота железнодорожного транспорта, а протяженность линий с электрической и тепловозной тягой составляла около 12 тыс. км.

Переломным стал 1956 г., когда был утвержден Генеральный план электрификации железнодорожного транспорта СССР. Особенностью данного периода (1956-1970 гг.) является перевод на электрическую тягу целых направлений большой протяженности. Если в 1951-1955 гг. ежегодный прирост электрифицированных линий составлял около 0,5 тыс. км, то уже в 1956-1960 гг. он равнялся 1,7 тыс. км, а в 1961-1970 гг. превысил 2 тыс. км. Одновременно все эти годы на тепловозную тягу ежегодно переводилось по 7-8 тыс. км. В результате реализации Генерального плана электрификации в 1970 г. только электрической тягой было освоено 48,7%, а тепловозами и электровозами вместе - 96,5% грузооборота. Протяженность электрифицированных линий составила 25,1% эксплуатационной длины сети, а линий с тепловозной тягой - 56,4%.

В нашей стране появились не имеющие себе равных по протяженности, пропускной и провозной способности электрифицированные магистрали: Москва-Куйбышев-Омск-Тайшет-Карымская-Петровский завод (6,1 тыс. км); Ленинград-Москва-Харьков-Ростов-Тбилиси-Ленинакан-Норашен (3,6 тыс. км); Москва-Горький-Свердловск-Тюмень-Омск (2,7 тыс. км); Москва-Киев- Львов-Чоп (1,7 тыс. км); Москва-Кочетовка-Ростов-на-Дону (1,2 тыс. км); Но- восибирск-Новокузнецк-Абакан-Коршуниха (2 тыс. км).

К началу 1990-Х гг. доля электрической тяги в общей работе по перевозкам достигла 63,7% (в пассажирском движении - 70%, в пригородном пассажирском сообщении - почти 90%), составив около 31% перевозной работы железных дорог мира.

В настоящее время ОАО «РЖД» обладает самой протяженной в мире 42 тыс. км сетью электрифицированных железных дорог. С учетом многолетнего опыта повышения эффективности перевозок на электротяге, Стратегической программой развития ОАО «РЖД» до 2010 г. предусмотрено электрифицировать до 2-Х тыс. км железнодорожных линий. Таким образом, к 2010 г. общая протяженность электрифицированных участков достила 44,5 тыс. км, на них выполняют до 84% всех перевозок.

В настоящее время электрификация железных дорог продолжается. Перевод на электрическую тягу предусматривается в первую очередь наиболее загруженных направлений и участков, а также соединительных линий между электрифицированными направлениями для унификации видов тяги. В 2002 г. электрифицированы участки Обозерская-Маленга, Идель-Свирь. Завершена электрификация Транссибирской магистрали (участок Сибирцево-Губерово). В 2003 г. электрифицирован участок Старый Оскол-Валуйки. В 2004 г. завершена электрификация направления Саратов-Волгоград-Тихорецкая, начались работы по электрификации линии Вологда-Череповец-Волховстрой-Петрозаводск-Мурманск.

В результате электрификации перечисленных выше направлений в рамках Программы модернизации транспортной системы России с 2001 по 2010 гг. планируется высвобождение 1315 тепловозов, будет обеспечено сокращение потребности дизельного топлива в количестве 6785 тыс. т, повышение участковой скорости грузовых поездов с 33 до 49 км/ч, сокращение эксплуатационного штата на 4200 чел., а также сокращение вредных выбросов в атмосферу в размере 105,2 тыс. т на 2010 г.

Электрификация железных дорог и перевод их на тепловозную тягу сопровождаются совершенствованием локомотивов, улучшением их технико- экономических характеристик.

Одним из решающих технико-экономических преимуществ электрической и тепловозной тяги, обусловивших полную замену ими паровой тяги, является высокий коэффициент использования энергоресурсов, т.е. коэффициент полезного действия (КПД) электровозов и тепловозов. Он характеризуется отношением полезно использованной энергии ко всей затраченной энергии при работе локомотивов. У современных электровозов КПД составляет около 0,85-0,90, а у тепловозов - 0,28-0,32 (самые совершенные паровозы имели КПД 0,07-0,10). Однако эти показатели не отражают уровня использования первичных энергоресурсов от момента добычи топлива или производства электроэнергии на ТЭС, ГЭС или АЭС до их превращения в полезную работу по передвижению поездов.

Следует различать КПД электровоза и КПД электрической тяги в целом. Суммарный коэффициент полезного действия электротяги учитывает все потери энергии: на ТЭС при сжигании топлива, в высоковольтных ЛЭП, на тяговых подстанциях, в контактной сети и на самом электровозе. Кроме того, учитываются также потери топлива при его добыче, транспортировке и хранении.

При прогрессивных видах тяги существенно возрастает пропускная и провозная способность железных дорог. Замена тепловозной тяги электрической на однопутных линиях при профиле средней трудности повышает пропускную способность на 10-20%. На однопутных линиях с горным рельефом и небольшой долей перегонов с легким профилем электрическая тяга может дать прирост пропускной способности по сравнению с тепловозной на 30-35% и более.

Рост пропускной и провозной способности электрической тяги как более надежной по сравнению с тепловозной происходит, во-первых, за счет увеличения массы поезда (что объясняется особенностью тяговых характеристик электровозов, мощность которых при небольших скоростях в условиях трудного профиля значительно повышается, у тепловозов же она постоянна в большом диапазоне скоростей); во-вторых, за счет увеличения ходовой и технической скоростей движения поезда, а также участковой скорости, особенно на однопутных линиях.

Средние ходовые и техническое скорости при электрической тяге на 10-15% выше, чем при тепловозной. На загруженных двухпутных линиях применение электрической тяги позволяет благодаря росту ходовой скорости и сокращению интервала попутного следования между поездами увеличить максимальную пропускную способность по перегонам со 144-160 до 180-200 пар поездов (т.е. до 25%).

В результате повышения массы и скорости движения поездов при электрической тяге существенно увеличивается производительность электровозов по сравнению с тепловозами. Она растет еще и потому, что электровозы могут работать на длинных тяговых плечах, совершая большие безостановочные рейсы, при которых значительно увеличивается время их полезной работы. Наибольший прирост производительности электровозов достигается в условиях трудного профиля пути, так как скорость движения электровоза на руководящем подъеме может почти вдвое превышать скорость движения тепловоза. Электровозы, кроме того, могут работать по системе многих единиц, т. е. сочленяться друг с другом при синхронном управлении ими с одного поста, что позволяет увеличить массу поезда в несколько раз.

Производительность труда работников локомотивного хозяйства при электрической тяге значительно выше, чем при тепловозной, а расходы по локомотивному хозяйству ниже. Это обусловливается более высокой производитель - ностью электровозов по сравнению с тепловозами, а также значительным сокращением численности работников, занятых на ремонте и техническом обслуживании электровозов. В сопоставимых условиях при одинаковом объеме перевозочной работы в тонно-километрах брутто стоимость ремонта электровозов примерно вдвое, а технического обслуживания - втрое ниже, чем тепловозов.

Вместе с тем, при электрической тяге возникает потребность в дополнительном штате работников и дополнительных эксплуатационных расходах, которых нет при тепловозной тяге. К ним относят расходы на содержание, ремонт и амортизацию контактной сети, тяговых подстанций и дистанций электроснабжения. Но эти расходы относительно невелики и составляют примерно 5% в себестоимости перевозок при электрической тяге. В целом, внедрение электрической тяги вместо тепловозной сокращает эксплуатационный контингент работников на 20-30%. Затраты на топливо в денежном выражении при тепловозной тяге в сопоставимых условиях примерно в 1,5 раза больше затрат энергии при электрической тяге.

В сопоставимых условиях (при одинаковой грузонапряженности) внедрение электрической тяги вместо тепловозной снижает себестоимость перевозок на 10-15%. Различия фактической себестоимости перевозок сравниваемых прогрессивных видов тяги более существенны. Это объясняется тем, что полигон сети, обслуживаемый электрической тягой, имеет примерно вдвое большую грузонапряженность и лучшее техническое оснащение. Это преимущественно двухпутные линии с более высокой участковой скоростью, меньшим числом остановок и меньшими затратами механической работы на разгоны и торможения.

Применение электрической тяги позволяет осуществлять рекуперацию электроэнергии, т.е. возврат ее в электрическую сеть при движении поезда под уклон, когда тяговые двигатели работают как электрогенераторы. Экономия электроэнергии при этом достигает при тяжелом профиле 20-30%, а при профиле средней трудности - 10-15%. При рекуперации одновременно обеспечивается плавное торможение, уменьшается износ тормозных колодок и повышается безопасность движения поездов, хотя при оборудовании электровозов устройствами рекуперативного торможения несколько увеличивается первоначальная стоимость локомотивов. Рекуперация оказывает также влияние на состояние ходовых частей вагонов и верхнего строения пути.

Особенно эффективно применение электрической (мотор-вагонной) тяги в пригородном пассажирском сообщении и в метро: раздельные пункты на линиях размещены часто, много остановок, разгонов и торможений; экономится значительное время при быстром наборе и снижении скорости при работе электродвигателей моторвагонных секций; участковая скорость движения пригородных электропоездов на 15-20% выше, чем пригородных дизель-поездов.

Электрическая тяга позволяет использовать низкосортное дешевое топливо (уголь, сланцы и др.) при сжигании его на ТЭС и дешевую электроэнергию ГЭС. При тепловозной же тяге используется, в основном, дорогостоящее дизельное топливо.

Большой экономический эффект дает применение прогрессивных видов тяги на маневровой работе. Здесь существенны преимущества тепловозной тяги по сравнению с электрической. Применение тепловозов на маневрах, по сравнению с обычными питающимися от контактной сети неаккумуляторными электровозами, не требует дорогостоящего оборудования этой сети над всеми станционными путями в местах производства маневров. Особенно эффективно применение на маневровой работе тепловозов с гидромеханической и электрической передачами.

С социально-экономических позиций охраны окружающей среды, особенно в крупных городах, доля электровозов в маневровой работе должна повышаться. Возможны три варианта применения электровозов на маневрах:

наиболее дорогой - питание электровоза от контактного провода при работе на крупных станциях и примыкающих к ним крупных подъездных путях небольшой протяженности; использование специальных контактно-аккумуляторных электровозов, способных работать как на крупных станциях, оборудованных контактной сетью, так и на небольших, где сооружение контактной сети над путями неэффективно;

Применение дизель-контактных маневровых локомотивов при поездах большой массы и высокой доле автономного режима работы этот вариант наиболее эффективен по стоимостным показателям.

Электрификация магистральных железных дорог, давая существенную экономию эксплуатационных расходов по сравнению с тепловозной тягой и сокращая время продвижения грузов и пассажиров, требует, однако, больших капитальных вложений в строительство тяговых подстанций и контактной сети. Кроме того, в сметную стоимость электрификации включается большое количество сопутствующих работ, которые технологически с внедрением электротяги не связаны, но нужны для повышения эффективности ее применения или для улучшения качества обслуживания пассажиров. К таким работам относят: удлинение путей на станциях и раздельных пунктах; усиление верхнего строения пути; устройство автоблокировки и диспетчерской централизации; сооружение тоннелей, пешеходных мостов, пассажирских платформ и павильонов на станциях и некоторые другие работы. Такого рода работы при тепловозной тяге выполняют обычно по планам капитальных вложений других хозяйств железнодорожного транспорта и финансируют по отдельным сметам.

Поэтому при сравнении эффективности вариантов тяги по капитальным вложениям затраты на сопутствующие работы должны либо исключаться из капитальных вложений в электрификацию, либо добавляться в том же объеме к капитальным затратам в тепловозную тягу. Доля сопутствующих капитальных затрат, не вызываемых специфическими особенностями электротяги, составляет в среднем 20-25% общей сметной стоимости и повышается до 35-40% и более, если в сметную стоимость включают крупные работы по удлинению приемоотправочных путей, внедрению автоблокировки и диспетчерской централизации. Если же не учитывать сопутствующие и сопряженные затраты, связанные с электрификацией, то свыше 2/3 всех остальных капитальных затрат приходится на строительство тяговых подстанций и сооружений контактной сети.

Суммарные капитальные вложения в постоянные устройства и подвижной состав при электрической тяге обычно в несколько раз выше, чем при тепловозной. Поэтому применение электротяги становится эффективным лишь при определенных условиях, в первую очередь, при более высокой грузонапряженности. Сроки окупаемости суммарных капиталовложений в электрическую тягу по сравнению с тепловозной составляют в среднем 5-6 лет.

На первых этапах электрификация железных дорог России проводилась на постоянном токе напряжением 3000 В для магистральных междугородных линий и 1500 В - для пригородных линий. Это создавало определенные трудности в бесперебойном движении грузовых поездов на пригородных участках. В настоящее время все линии с постоянным током переведены на стандартное напряжение 3000 В. Электрификация на переменном токе впервые была осуществлена в 1958 г. на железнодорожном участке Ожерелье-Павелец Московской дороги.

Электрификация железных дорог на переменном токе имеет ряд дополнительных экономических преимуществ по сравнению с электрификацией на постоянном токе. Повышается КПД электрифицированной линии (в среднем на 3-5%), так как уменьшаются потери энергии на тяговых подстанциях и в контактной сети. Вдвое сокращается (до 2,5-3,5 т/км для однопутных и 5-7 т-км для двухпутных линий) расход цветных металлов (преимущественно - меди), так как высокое напряжение переменного тока дает возможность подвешивать контактный провод меньшего сечения. При этом облегчается подвеска и экономится материал опор контактного провода, сокращаются стоимость сооружения каждой тяговой подстанции и их количество. При переменном токе тяговые подстанции можно размещать через 30-50 км, а при постоянном - через 1025 км. Тяговые подстанции переменного тока значительно проще, надежнее и дешевле. Это существенно сокращает капитальные затраты по электрификации линии, себестоимость перевозок при этом снижается на 3-4%.

Наличие двух систем тока вызывает необходимость в специально оборудованных станциях со стыкованием контактной сети или требует постройки электровозов постоянно-переменного тока (двойного питания). Применение таких электровозов снижает простои поездов при переходе с одной системы тока на другую, стоимость этих электровозов меньше, чем дорогостоящих и сложных переключающихся устройств станций стыкования.

Недостатком электрификации железных дорог на переменном токе является то, что нарушается нормальная надежная работа воздушных линий связи, которые приходится заменять кабельными подземными линиями связи, а это требует дополнительных капитальных вложений. В целом электрификация железных дорог на переменном токе обходится на 15-20% дешевле, чем на постоянном. В перспективе при создании принципиально новых систем передачи электроэнергии постоянного тока на большие расстояния указанные соотношения затрат могут существенно измениться в пользу электрификации на постоянном токе.

При оценке эффективности электрификации железных дорог на переменном токе нужно учитывать не только ее экономические, но и социальные преимущества, которые не всегда можно измерить в стоимостном выражении: улучшение условий труда железнодорожников, условий жизни трудящихся в крупных городах и районах тяготения к электрифицированным железнодорожным линиям, создание больших удобств и комфорта при поездках пассажиров, уменьшение загрязнения окружающей среды. С применением электрификации на переменном токе создается возможность снабжения дешевой электроэнергией нетяговых потребителей во всех отраслях хозяйства железных дорог в прилегающих сельскохозяйственных районах (путейских работ на перегонах, по- грузочно-разгрузочных и других работ на крупных и малых станциях).

1.1 Выбор локомотива

Таблица 2

Таблица спрямления профиля участка Александров - Лосиноостровская

Расчетные данные спрямленных участков сведены в таблицу 3, и представлены графически на рисунках 4 - 6.

Таблица 3

Сводные данные по спрямленным участкам

Рис. 4 График длины спрямленного пути

Рис 5 График длины спрямленного пути

Рис 6 Кривизна спрямленного пути

На графиках представлены дискретные значения длинн участков и их кривизны. Здесь же указаны полиномиальные тренды их именения.

2.1.3 Установление расчетного подъема

Расчетный подъем - это наиболее трудный для движения в заданном направлении элемент профиля пути, на котором достигается расчётная скорость, соответствующая расчётной силе тяги локомотива. Величину расчетного подъема iр выбирается в зависимости от типа профиля для каждого перегона и на этой основе - для всего заданного участка. Параметры участков профиля приведены в задании.

На участке Лосиноостровская - Александров - четного направления заданном профиле пути за расчетный принимаем подъем элемент №43 с уклоном i = 8,1 ‰ и длиной s = 2260 м.

Участок Александров - Лосиноостровская - нечетного направления.

На заданном профиле пути видно, что наряду с подъемом большой протяженностью имеется подъем с большей крутизной, но небольшой длиной (i = 8,1 ‰, s = 2800 м), условия подхода к которому таковы, что возможно прохождение его за счет использования кинетической энергии без снижения скорости движения поезда ниже расчетной скорости локомотива. За расчетный же принимаем подъем меньшей крутизны, но большей длины (элемент №37 с уклоном i = 7,2 ‰ и длиной s = 4100 м).

2.2 Расчет массы состава