Эффективность повышения максимально-допустимых скоростей движения поездов в конце "вредных" спусков

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 629.43.004.67

Эффективность повышения максимально-допустимых скоростей движения поездов в конце «вредных» спусков

Зеньчук Н.Ф., к.т.н.

Белорусский государственный университет транспорта (г. Гомель)

Постановка проблемы

На крутых спусках пути скорость движения поезда может повышаться без использования силы тяги локомотива (т. е. без затрат топлива) за счёт отрицательного уклона. При этом в ряде случаев поезд достигает максимально-допустимой (предельной) скорости до окончания спуска. Такие спуски считаются «вредными». После достижения предельной скорости дальнейшее движение поезда по этому спуску возможно с предельной скоростью при подтормаживании.

Повышение максимально допустимой ограничением скорости в конце «вредного» спуска могло бы привести одновременно и к экономии времени движения по участку, и к экономии топлива на передвижение за счёт использования дополнительной кинетической энергии, приобретаемой поездом на спуске.

Анализ исследований в данной области

Для оценки экономического эффекта от повышения максимально допустимой скорости движения в конце «вредного» спуска необходимо сравнить расходы на передвижение поезда по участку при наличии ограничения скорости в конце «вредного» спуска и без него. Зависимость расходов на передвижение поезда от скоростей и режимов его движения анализировалась рядом исследователей. Ещё в начале 20 века Б. Д. Воскресенский [3, 4], А. Л. Васютынский [1, 2] и позже проф. Ю. В. Ломоносов [6] связывали затраты на ремонт пути и подвижного состава не с пробегом, а с механической работой тяги, величина которой зависит от скоростей и режимов движения поезда.

Затем эта взаимосвязь получила признание и конкретное выражение благодаря работам проф. М. М. Протодьяконова [12], проф. А. Е. Гибшмана [5], проф. Г. И Черномордика [13-15], которыми были разработаны нормативы затрат, связанных с механической работой тяги и преодоления сил сопротивлений движению поезда, для условий проектирования железных дорог (в основном при сравнении вариантов трассы). Для условий эксплуатации существующих линий данная взаимосвязь впервые была применена в исследованиях проф. Черномордика Г.И. [13-15]. Существенная работа по нормированию затрат, связанных с механической работой тяги и сил сопротивления движению была выполнена в Гипротранстэи МПС СССР [10]. Ценные научные и проектные разработки в этом направлении выполнены, в частности, инженерами П. А. Луговым и Л. Г. Цыпиным [7, 8].

В дальнейшем взаимосвязь между скоростями движения и расходами на ремонты и на топливо использовалась К.К. Тихоновым, Н.Д. Малькевичем, Н.Ф. Зеньчуком и другими исследователями при поиске оптимальных скоростей и режимов движения поездов, а также в других оптимизационных задачах.

Выделение ранее неисследованной части проблемы. Проблема повышения максимально допустимой скорости движения в конце «вредных» спусков ранее не исследовалась. Отсутствует методика оценки экономического эффекта от данного мероприятия.

Цель исследования

Разработать методику оценки экономического эффекта от повышения максимально допустимой скорости движения в конце «вредных» спусков и рассчитать экономический эффект на конкретном примере.

Основной материал

Методика расчёта расходов на передвижение поезда по участку в зависимости от скоростей и режимов его движения.

Расходы на передвижение поезда по участку включают следующие составляющие: заработная плата локомотивной бригады, амортизационные отчисления с вагонов и локомотивов, приведенные капиталовложения в подвижной состав. Величина суммарных расходов на передвижение конкретного поезда и каждой из перечисленных их составляющих будет различной при различных скоростях и режимах движения.

Для расчёта величины расходов на преодоление заданного отрезка пути в зависимости от скоростей и режимов движения удобно использовать систему расходных ставок, включающую такие измерители, как затраченное время, проделанная механическая работа сил тяги локомотива, механическая работа сил сопротивления движению и механическая работа сил торможения.

В зависимости от количества измерителя «затраченное время» можно рассчитать величину таких расходов, как расход топлива (электроэнергии) для собственных нужд локомотива и вагонов, амортизационные отчисления с вагонов и локомотивов, заработная плата локомотивной бригады, приведенные капиталовложения в подвижной состав.

Под механической работой сил сопротивления движению понимается произведение силы сопротивления движению на расстояние передвижения поезда. Сила сопротивления движению может измеряется в Ньютонах, путь перемещения - в метрах, соответственно механическая работа сил сопротивления - в Джоулях (1 Дж = 1 Н · 1 м). Поскольку в Правилах тяговых расчётов [11] используется система единиц, отличающаяся от СИ, то сила может измеряться в тонно-силах, расстояние в километрах, а механическая работа, соответственно, в тонно-километрах.

Износ подвижного состава и пути, связанный с передвижением поезда по участку, происходит в процессе преодоления сопротивления движению поезда. Поэтому расходы по износу подвижного состава и пути, а также по их смазке, несколько снижающей износ трущихся деталей, напрямую зависят от механической работы сил сопротивления движению.

Сила сопротивления движению определяется в соответствии с Правилами тяговых расчётов [11] и количественно зависит от скорости движения, массы подвижного состава и груза, типа подвижного состава и пути и других параметров.

Силы сопротивления движению преодолеваются за счёт силы тяги, создаваемой локомотивом. Произведение касательной силы тяги локомотива на ободе колеса на путь перемещения поезда как подвижной единицы называется механическая работа локомотива. Сила тяги локомотива может измеряться в Ньютонах, а путь перемещения - в метрах. Соответственно механическая работа локомотива может измеряться в Джоулях (в Правилах тяговых расчётов - в тонно-километрах). Механическая работа локомотива может происходить только в результате потребления локомотивом топлива или электроэнергии.

Таким образом, в зависимости от количества измерителя «механическая работа локомотива» можно рассчитать величину расходов на топливо (электроэнергию) для тяги.

Под механической работой сил торможения понимается произведение силы торможения на расстояние передвижения поезда. Механическая работа сил торможения, как и механическая работа сил сопротивления, приводит к износу подвижного состава и пути.

При увеличении скорости движения поезда уменьшается время на преодоление заданного отрезка пути, а работа сил сопротивления движению поезда и сил тяги увеличивается.

Пользуясь такой системой расходных ставок, можно рассчитать расходы на передвижение конкретного поезда по участку. Для этого нужно подсчитать время нахождения поезда в пути, выполненную механическую работу сил сопротивления, механическую работу сил тяги, механическую работу сил торможения и помножить на соответствующие расходные ставки.

При вступлении на вредный спуск поезд набирает скорость за счёт уклона пути, т. е. работа сил сопротивления и приобретение поездом дополнительной кинетической энергии выполняются без затрат работы сил тяги. При достижении максимально допустимой скорости поезд далее движется в режиме подтормаживания, т. е. для погашения дополнительной кинетической энергии поезда выполняется работа сил торможения. По окончании вредного спуска и переходе на площадку или подъём, скорость поезда начинает падать, и необходимо снова использовать силу тяги для поддержания скорости на требуемом значении, т. е. совершается работа сил тяги, равная работе сил торможения.

При отмене ограничения максимально допустимой скорости в конце «вредного» спуска, поезд может двигаться по спуску с большей скоростью, т. е. приобретать дополнительную кинетическую энергию за счёт уклона пути, поскольку не требуется гасить её подтормаживанием. Далее, по окончании вредного спуска эта кинетическая энергия может быть использована для выполнения на каком то расстоянии работы сил сопротивления без затрат работы сил тяги.

Таким образом, в результате повышения скорости движения в конце «вредного» спуска происходит экономия времени, работы сил торможения и работы сил тяги. Правда, при движении в конце вредных спусков на повышенных скоростях возникает дополнительный износ подвижного состава и пути, за счёт увеличения работы сил сопротивления движению. Однако можно предположить, что этот износ меньше, а значит, и не такой разрушительный, как износ, возникающий при движении поезда в этих местах на сравнительно высоких скоростях с подтормаживанием. В качестве примера, косвенно указывающего на этот факт, можно привести состояние асфальта на автодорогах. Видно, что наибольшие разрушения дорожное покрытие имеет на остановках и перекрёстках, т. е. в местах, где транспорт движется на пониженной скорости с применением торможения, а не там, где транспорт развивает наибольшую скорость. То же можно сказать и о железнодорожном пути, сравнивая его состояние на перегонах и на подходе к станциям и другим местам, перед которыми необходимо выполнять торможение.

Методика оценки экономического эффекта от повышения максимально-допустимой скорости движения в конце «вредных» спусков. Для того, чтобы оценить величину экономии в результате устранения ограничения скорости в конце «вредного» спуска за определённый период времени, нужно количество поездов каждого вида (пассажирские, грузовые и др.), проследовавшее за этот период времени по рассматриваемому участку пути, помножить на величину экономии от данного мероприятия, рассчитанную для данного вида поезда. Величина экономии для конкретного поезда, или для поезда определённого вида, - это разность расходов, на передвижение поезда по участку до повышения максимально-допустимой скорости в конце «вредного» спуска, и после повышения.

Для того, чтобы определить расходы, на передвижение конкретного поезда по участку, выполняются тяговые расчёты и подсчитываются величины таких измерителей, как механическая работа сил сопротивления движению, механическая работа сил тяги, механическая работа сил торможения и время на поездку. Затраты каждого измерителя помножаются на соответствующую расходную ставку и подсчитывается сумма расходов на поездку.

В качестве примера выполнен расчёт экономического эффекта от повышения максимально-допустимой скорости движения в конце «вредного» спуска на перегоне Тевли-Оранчицы участка Брест-Барановичи Белорусской железной дороги. Максимально допустимая ограничением скорость равна 80 км/ч.

При помощи компьютерной программы «Тяговые расчёты», разработанной автором, выполнены расчёты для поездки в направлении Брест-барановичи грузового поезда массой 4100 т, составленного из 50 гружёных, локомотив ВЛ80С. На рисунке 1 приведены фрагменты графиков тяговых расчётов, на которых показана скорость движения поезда, при наличии ограничения скорости в конце «вредного» спуска и без него.

а) при наличии ограничения скорости

б) без ограничения скорости

Рисунок 1 - Фрагмент графика тяговых расчётов

поезд ограничение скорость спуск

Результаты тяговых расчётов и расчёт экономии от повышения скорости за одну поездку приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Расчёт экономии от повышения максимально-допустимой скорости движения в конце «вредного» спуска за одну поездку

За одну поездку грузовым поездом экономия от мероприятия составляет 78782 белорусских рублей (примерно 30 долл. США). При размерах движения в данном направлении 9 поездов в сутки суточная экономия составит 78782 · 9 = 709038 белорусских рублей (примерно 270 долл. США), годовая экономия составит 709038 · 365 = 258 798 870 белорусских рублей (примерно 98 550 долл. США).

Выводы

Повышение максимально-допустимой скорости движения в конце «вредных» спусков может дать значительный экономический эффект. Для того чтобы оценить величину экономии от повышения максимально допустимой скорости движения в конце «вредного» спуска необходимо сравнить расходы на передвижение поезда по участку при наличии ограничения скорости в конце «вредного» спуска и без него.

Для расчёта величины расходов на преодоление поездом заданного отрезка пути в зависимости от скоростей и режимов движения удобно использовать систему расходных ставок, включающую такие измерители, как затраченное время, проделанная механическая работа сил тяги локомотива, механическая работа сил сопротивления движению и механическая работа сил торможения.

В зависимости от количества измерителя «затраченное время» можно рассчитать величину таких расходов, как расход топлива (электроэнергии) для собственных нужд локомотива и вагонов, амортизационные отчисления с вагонов и локомотивов, заработная плата локомотивной бригады, приведенные капиталовложения в подвижной состав. Пропорционально измерителям «механическая работа сил сопротивления движению» и «механическая работа сил торможения» можно рассчитать величину расходов по износу подвижного состава и пути. В зависимости от количества измерителя «механическая работа сил тяги локомотива» можно рассчитать расходы на топливо (электроэнергию) для тяги.

Выполненный в качестве примера расчёт экономического эффекта от повышения максимально-допустимой скорости движения в конце «вредного» спуска на перегоне Тевли-Оранчицы участка Брест-Барановичи Белорусской железной дороги показывает, что за одну поездку грузовым поездом экономия составляет 78782 белорусских рублей (примерно 30 долл. США), а годовая экономия может составить 98 550 долл. США. Дополнительный износ подвижного состава и пути, возникающий при этом за счёт более высоких скоростей движения поезда, будет меньшим, чем износ, возникающий при движении поезда в конце «вредного» спуска на сравнительно высоких скоростях с подтормаживанием.

Список литературы

1. Васютынский А.Л. Годовые расходы и эксплуатационная длина русских железных дорог. Ж. «Инженер», №3-4, 1905.

2. Васютынский А.Л. Железные дороги. Варшава, 1905.

3. Воскресенский Б.Д. Основные начала механики железнодорожного транспорта. М., Экспериментальный институт путей сообщения, Бюл. №9, 1919.

4. Воскресенский Б.Д. Теория работы железнодорожных поездов. Екатеринослав, 1903.

5. Гибшман А. Е. Эксплуатационно-экономические обоснования выбора параметров перспективных паровозов. В кн. Вопросы экономики железнодорожного транспорта. Сборник статей. М., Трансжелдориздат, 1948.

6. Ломоносов Ю.В. Научные основы эксплуатации железных дорог. Изд. 4-е. Берлин, 1922 (русс).

7. Луговой П. А., Цыпин Л.Г. Технико-экономические расчёты при реконструкции железных дорог. М., Трансжелдориздат, 1963.

8. Малькевич Н.Д. Исследование зависимости между оптимальным планом формирования, весом и скоростью движения грузовых поездов. Автореферат и диссертация на соискание учёной степени канд. техн. наук. - Гомель: БИИЖТ, 1966

9. Михальцев Е.В. Себестоимость железнодорожных перевозок. М., Трансжелдориздат, 1957

10. Нормы эксплуатационных расходов для технико-экономических расчетов. Гипротранстэи МПС. Изд. стеклограф. М., 1961.

11. Правила тяговых расчётов для поездной работы. - М.: Транспорт, 1985. - 287 с.

12. Протодьяконов М.М. Изыскание и проектирование железных дорог. М., Трансжелдориздат, 1934.

13. Тихонов К.К. Оптимальные ходовые скорости грузовых поездов. М.: «Транспорт», 1964. 262 с.

14. Черномордик Г.И. и др. Материалы по сравнительному анализу методов овладения грузооборотом. М., Трансжелдориздат, 1935.

15. Черномордик Г.И. Технико-экономические обоснования норм проектирования новых железных дорог. М., Трансжелориздат, 1948.

Размещено на Allbest.ru