По данным таблицы 1.3 составляется ступенчатый график вагонопотоков с учетом схемы расположения технических станций на направлении. По каждому участку направления определяется общий вагонопоток и обводится рамкой. Ступенчатый график и график сквозных назначений и последовательность расчетов показаны на рис.1.2.

Сущность расчета по методу совмещенных аналитических сопоставлений заключается в последовательном отборе наиболее выгодных назначений поездов.

Для расчета плана формирования по данному методу необходимо определить три условия оптимальности:

общее достаточное условие (ОДУ)

nT_эк^mincm, (1.1)

где n - вагонопоток рассматриваемого назначения;

Т_эк^min - минимальная экономия на направлении;

cm - вагоно-часы накопления на станции формирования;

необходимое условие (НУ)

nT_экcm, (1.2)

где T_эк - суммарная экономия от проследования всех технических станций без переработки;

достаточное условие (ДУ)

nT_эк^устcm, (1.3)

где T_эк^уст - суммарная экономия от проследования станций уступа.

На основе действующего плана формирования составлена таблица 1.7 и диаграмма поездопотоков (рисунок 1.3).

Рисунок 1.2 - Расчет оптимального варианта плана формирования поездов

Рисунок 1.3 - Диаграмма поездопотоков

1.3 Пропускная способность и график движения поездов

График движения поездов разрабатывается на основе следующих данных:

- размеров движения различных категорий поездов и их весовых норм и длины;

- времени хода грузовых поездов по перегонам, времени на разгон и замедление;

станционных интервалов;

интервалов между поездами в пакете при автоблокировке;

норм стоянок поездов для выполнения операций на промежуточных станциях;

норм нахождения локомотивов на станциях основного и оборотного депо;

технологических норм времени на обработку поездов в парках станций;

продолжительности технологического «окна» для выполнения работ по текущему содержанию и ремонту пути, контактной сети, устройств СЦБ.

Рассчитывают следующие виды станционных интервалов.

Расчет станционного интервала скрещения производится для однопутного участка «Ж-А - У», как и интервал неодновременного прибытия.

Согласно исходных данных работы, участок оборудован электрической централизацией и автоблокировкой. Одновременный прием поездов противоположных направлений запрещен.

Средняя скорость входа поезда на станцию, V_вх.= 49,2 км/ч.

Длина пути, которую поезд пройдет за время восприятия машиниста смены показания сигнала, l_в = 100 м., длина тормозного пути, l_т = 1100 м., расстояние от входного сигнала до оси раздельного пункта, l_вх. = 620 м., длина приемо-отправочных путей равна 850 м., длина поезда равна 768 м.

Произведем расчет станционного интервала скрещения.

Рисунок 1.4 Схема интервала скрещения

Рисунок 1.5 Схема расположения поездов

Принимаем станционный интервал скрещения равный 1-ой минуте.

Производим расчет станционного интервала неодновременного прибытия, причем одновременный прием поездов противоположных направлений согласно ПТЭ запрещен.

Рисунок 1.6 - Интервал неодновременного прибытия

Рисунок 1.7 - Схема станции

Время прохода поездом расстояния L_пр. Определяется по формуле:

T_пр= 0,06, (1.4)

где L_пр - расстояние от центра поезда №2001, прибывающего на станцию «и», до ее оси, м ;

V_вх.- средняя скорость входа поезда на станцию, км/ч ;

Расстояние от центра поезда №2001, прибывающего на станцию, до ее оси определяется по формуле:

L_пр. = _вх. + _т + _в + _п./2, (1.5)

где _вх. - расстояние от входного сигнала до оси раздельного пункта, м;

_т - длина тормозного пути, м;

_п - длина поезда, м;

_в - длина пути, которую поезд пройдет за время восприятия машинистом смены показания сигнала, м;

L_пр = 620+ 1100+100+ = 2340 м.

t_пр= 0,06 = 2,85 мин.

Принимаем интервал неодновременного прибытия равным 4 минутам.

Согласно заданию, к проекту принимаем без расчетов:

интервал попутного следования, сквозной равен 4-м минутам;

интервал попутного следования, остановочный равен 1-ой минуте;

межпоездной интервал в пакете равен 10-ти минутам;

время на разгон и замедление принимаем соответственно равным 1-ой и 3-м минутам.

Расчет пропускной способности участков

Пропускная способность - это наибольшие размеры движения в поездах или парах поездов, которые можно выполнить на жд участке при данном техническом оснащении и выбранном способе организации движения за определенный период времени (сутки). Различают потребную и наличную пропускную способность. Пропускную способность рассчитаем для участков «Ж-А-У» и «Ж-А - К-ая» при параллельном и непараллельном типах графика.

Участок «Ж-А - К-ая» оборудован автоблокировкой, двухпутный, способ управления стрелками - ЭЦ, период графика равен межпоездному интервалу и равен 10-ти минутам, т.к. участок оборудован автоблокировкой и поэтому применяется пакетная прокладка поездов.

Расчет ведется в целом по участку.

Составляем принципиальную схему прокладки поездов.

Рисунок 1.8 - Схема пакетной прокладки поездов

Рассчитываем наличную пропускную способность при параллельном типе графика по формуле:

N_нал = , (1.6)

где Т_тех - продолжительность технологического “окна”, Т_тех= 120 мин.;

_н - коэффициент надежности технических средств, 0,93;

Т - период графика, в данном случае равен J=10 мин.;

К - число поездов в периоде графика, равно 1 в каждом направлении.

N_нал = = 123п.

Пропускная способности при непараллельном типе графика

N_пот. = N_гр+Е_пасN_пас+ (Е_сб1)N_сб, (1.7)

где Е_пас, Е_сб - коэффициенты съема пассажирских и сборных поездов, для сборных - 1,3-1,5;

N_пас, N_сб - число пассажирских, сборных поездов.

Коэффициент съема пассажирскими поездами равен

, (1.8)

где Е_о, Е_д - коэффициенты основного и дополнительного съема, равный 0,4;

t^` , t^`` - время хода по перегону грузового поезда в четном и нечетном направлениях;

t^`_пс, t^``_пс - время хода по перегону грузового поезда в четном и нечетном направлениях;

t_рз - время на разгон-замедление.

Так как на данном участке нет пассажирских поездов, то пропускная способность при непараллельном графике равна пропускной способности при параллельном графике. Определим пропускную способность на однопутном перегоне «Ж-А - У» .

Период графика ограничивающего перегона при заданном времени хода пары поездов и определённых станционных интервалах может принимать различные значения в зависимости от порядка пропуска поездов через раздельные пункты ограничивающего перегона.

В каждом случае пропуск поездов через станции, ограничивающего перегона, периоды графика перегона отличаются входящими в них станционными интервалами и добавочным временем на разгон и замедление.

Таким образом, пропускная способность ограничивающего перегона при обычном графике составит, пар поездов

N=(1440-t_тн)?_Nk/(t'+t''+?_б+?_в+t_рз), (1.9)

где t',t'' - время хода нечётного и чётного поездов по перегону;

?_б, ?_в - станционные интервалы на станциях, ограничивающих перегон, мин;

t_рз - добавочное время на разгон и замедление, приходящееся на оба поезда, мин.

Таким образом, наличная пропускная способность на участке составит

.

Так как на рассматриваемом участке нет пассажирских поездов, следовательно, пропускная способность для непараллельного графика не определяется.

После построения графика движения поездов определяются его показатели по грузовому движению;

участковая и техническая скорость;

коэффициент участковой скорости;

показатели использования локомотивов - оборот локомотивов, эксплуатируемый парк локомотивов.

Для расчета скорости движения необходимо определить поездо-км и поездо-часы нахождения на участках. При расчете технической скорости учитывается поездо-часы без учета времени стоянок поездов на промежуточных раздельных пунктах, но с учетом времени на разгон-замедление, а при расчете участковой скорости общие поездо-часы в пути следования:

, (1.11)

, (1.12)

, (1.13)

где ?NL -сумма поездо-километров пробега всех поездов, предусмотренных графиком;

?Nt_пути - сумма поездо-часов времени нахождения поездов на участке;

?Nt_{движ -} сумма поездо-часов времени нахождения поездов в движении

Рассчитаем указанные показатели для участков А - К-С, Ж-А- Т-тау, У - Д.

Для расчета участковой и технической скорости по участкам составляется ведомость нахождения поездов на участке .

Для участка показатели равны

А - К- С

,,

;

Ж -А- Т-тау

, ,

;

Уг - Д

, ,

.

Составляя график движения поездов, необходимо стремиться так согласовывать стоянки поездов и локомотивов на станции оборота, чтобы они не превышали заданных нормативов.

На участке оборот локомотивов происходит на станции К- С с нормой нахождения локомотивов 50 мин, станция Т-тау с нормой 145 мин, станция Д с нормой нахождения 150 мин. Увязку локомотивов делаем по этим станциям и составляем ведомость оборота локомотивов.

Рассчитываем по таблицам средний простой локомотива на станции оборота:

t^лок_ср=; (1.14)

где Mt - локомотиво-часы простоя всех локомотивов на станции;

M - количество локомотивов;

для станции К-С t^лок_ср=часа,

для станции Д t^лок_ср=часа,

для станции Т-тау t^лок_ср=часа.

Для участков рассчитаем оборот локомотива

, (1.15)

где L_уч - длина участка,

t_осн - простой локомотивов на станции основного депо;

коэффициент потребности локомотивов

. (1.16)

эксплуатируемый парк локомотивов,

М_экс = К_потN , (1.17)

среднесуточный пробег локомотивов,

, (1.18)

где NL - пробеги поездов на участке, поездо-км;

пробеги локомотивов

производительность локомотивов

, (1.19)

где Q_брl - работа локомотивного парка, тонно-км брутто.

Рассчитаем показатели для участков:

участок А - К-С

; ; =3760,6 лок-км;

М_экс=0,3*29=10 лок; ;

;

Участок Ж-А - Т-тау

; ; =196лок-км

М_экс =0,35*8=3лок; ,

;

Участок Ж-А - Д

; ; =334,4лок-км

М_экс =0,45*8=4лок; ,

.

2. Исследование задачи: комплексное использование пропускной и провозной способности железнодорожных участков

2.1 Общие положения

Для овладения растущими перевозками, когда потребная пропускная и провозная способность приближается к наличной, необходимо увеличивать пропускную и провозную способность железных дорог. Увеличение пропускной способности дорог может осуществляться с целью улучшения качественных показателей работы - ускорения перевозки, снижения ее себестоимости, автоматизации производственных процессов, повышения производительности труда и улучшения условий труда железнодорожников, охраны окружающей среды.

Необходимость осуществления тех или иных мероприятий по увеличению мощности железнодорожной линии устанавливается на основе сравнения потребной и наличной пропускной способности.

Потребная пропускная способность участка по перегонам

, (2.1)

где - расчетные размеры движения грузовых (не считая ускоренных грузовых и сборных поездов) и соответственно пассажирских, ускоренных грузовых и сборных поездов, определяемые как среднесуточные в месяц максимальной работы.

Расчетные размеры грузового движения определяются из выражения:

где к_н - коэффициент месячной неравномерности грузовых перевозок больше единицы(отношение перевозок в среднем в сутки за месяц максимальных перевозок к среднесуточным за год);

Г_год - годовой грузопоток в грузовом направлении (без грузопотока, перевозимого ускоренными и сборными поездами);

? - отношение массы состава нетто Q_н к массе брутто Q_бр;

Q_бр - средневзвешенная масса обращающихся на участке поездов.

Произведение К_нГ_год представляет собой потребную провозную способность линии на расчетный год.

Коэффициент резерва пропускной способности ?_рез устанавливают с учетом необходимости предоставления «окон» в графике для ремонта пути и других устройств, а также для освоения размеров движения в периоды их отклонения от среднесуточных в месяц максимальных перевозок и для ликвидации всякого рода нарушений нормального движения. Принимается обычно 1,2 на однопутных линиях.

Так как n_потр ? n_нал , то с учетом формулы (2.1)

где n_нал - наличная пропускная способность участка в поездах параллельного графика.

Наличная провозная способность участка (без грузопотока, перевозимого ускоренными и сборными поездами)

(2.2)

Соответственно Г_нал ? к_н Г_год.

Провозная способность зависит как от наличной пропускной способности участка, так и от массы поездов.

Все способы увеличения пропускной и провозной способности зависят от размеров капиталовложений и затраты времени на их осуществление. Они могут быть условно подразделены на организационно-технические (не требующие больших капиталовложений и времени на осуществление) и реконструктивные. Например, к первой группе относятся: применение пакетных графиков, пачковая прокладка пассажирских поездов, подталкивание и двойная тяга, организация соединенных поездов и другое. Сущность этих способов заключается в увеличении массы поездов или пропускной способности в поездах.

Увеличение массы поездов возможно достичь увеличением силы тяги локомотивов и удлинением станционных путей, улучшением использования грузоподъемности вагонов, увеличением отношения массы нетто к массе брутто, смягчением профиля пути, уменьшением основного сопротивления движению.

Пропускная способность в поездах увеличится в результате роста ходовых скоростей движения поездов, уменьшения длины перегонов, реконструкции средств сигнализации и связи при движении поездов, применения пакетных графиков движения, уменьшения коэффициента съема грузовых поездов другими категориями поездов, увеличения числа главных путей на перегонах участка.

Наряду с перечисленными мероприятиями по увеличению пропускной и провозной способности перегонов в необходимых случаях должны приниматься меры по повышению пропускной способности станций, тягового хозяйства и электроснабжения.

На однопутных линиях, а также двухпутных, не оборудованных автоблокировкой, решающим обычно является увеличение пропускной способности участка по перегонам, так как требуются большие сроки для осуществления работ и крупные капиталовложения. При этом определяют принципиальный путь усиления их технической оснащенности, в значительной мере предопределяющий работы по развитию других элементов железнодорожного хозяйства и приведению их пропускной способности в соответствие с пропускной способностью перегонов.

Овладение возрастающими перевозками может быть осуществлено не только за счет увеличения наличной провозной способности, но и путем сокращения потребной. Для этого должны быть приняты все возможные меры к устранению нерациональных перевозок, правильному распределению перевозок между отдельными видами транспорта, улучшению подготовки грузов к перевозке (обогащение, сушка, прессование, обработка и др.), а также максимальному сокращению их сезонной, месячной и суточной неравномерности.

Способы увеличения пропускной и провозной способности железнодорожного направления или участка должны выбираться на основе всесторонней оценки технических, эксплуатационных и экономических показателей и учета оборонных требований. Разработке мероприятий по увеличению провозной способности, требующих капитальных затрат, должно предшествовать тщательное рассмотрение возможностей улучшения использования наличных технических средств. Одним из важных этапов выбора способа увеличения пропускной и провозной способности является проработка ряда вариантов таких способов, их технико-экономическое сравнение и оценка.

При перспективном развитии линии исходят из этапного осуществления мер увеличения ее пропускной и провозной способности в течение расчетного периода за 20-25 лет с учетом темпов роста перевозок.

Для этого разрабатываются варианты схем этапного увеличения пропускной и провозной способности, в каждом из которых предусматриваются сущность самих мероприятий на том или ином этапе и сроки их осуществления. В качестве критерия эффективности того или иного варианта принимаются народнохозяйственные затраты, определяемые в каждом из вариантов с учетом эффективности отделения капиталовложений за весь расчетный период, начиная с исходного года и кончая годом, когда все варианты будут иметь одинаковое техническое оснащение.

Вариант с меньшей суммой приведенных строительных и эксплуатационных расходов за расчетный период является более выгодным в экономическом отношении.

В условиях роста грузопотоков потребная провозная способность в тот или иной год t расчетного периода определяется

(2.3)

где Г₀ - грузопоток в грузовом направлении в исходный год эксплуатации линии;

- годовой прирост грузопотока.

2.2 Увеличение массы поезда

Увеличение массы поездов является не только одной из наиболее эффективных мер по повышению провозной способности железных дорог, но и важным средством улучшения эксплуатационных показателей их работы и снижения себестоимости перевозок. Масса поезда определяет требования к техническому вооружению железных дорог, в первую очередь к мощности локомотивов, длине станционных путей, устройствам электроснабжения при электротяге, маневровым средствам и т. д.

Таким образом, установление рациональной массы поездов на железных дорогах представляет собой важную и сложную технико-экономическую проблему, тесно связанную с увеличением провозной способности железных дорог, но затрагивающую значительно более широкий круг вопросов, связанных с их работой. Выбор наивыгоднейшей массы грузовых поездов может рассматриваться при заданном типе и мощности локомотива или для случаев, когда мощность локомотива неизвестна, т. е. должна быть установлена одновременно с определением массы поезда.

Мощность заданного локомотива может быть использована для достижения максимально возможной массы поездов при полном использовании расчетной силы тяги или для увеличения ходовой скорости движения при несколько меньшей массе поезда.

Увеличение часовой производительности локомотива, равной произведению Q_брV, приводит к увеличению провозной способности, уменьшению потребного парка локомотивов и бригад, уменьшению расхода топлива или энергии при езде с тягой.

Умножая левую и правую части уравнения движения поезда на ходовую скорость V_x, получим:

(2.4)

откуда

где F_k - сила тяги локомотива, кН;

?₀ - основное удельное сопротивление движению, Н/кН;

? - коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся частей подвижного состава;

v_x - ходовая скорость, км/ч;

Q_бр, Р - масса состава поезда и соответственно локомотива, т;

i_р - руководящий подъем, ‰.

Мощность тепловозов F_кV_x остается, как известно, постоянной в широком диапазоне изменения скорости. Тогда, как видно из формулы (2.4), увеличение скорости V_x и одновременное уменьшение силы тяги F_k приводит к уменьшению произведения Q_брV_x , что является невыгодным.

Уменьшение производительности локомотива при неполном использовании расчетной силы тяги F_к объясняется тем, что часть мощности локомотива при росте скорости затрачивается на преодоление увеличивающегося сопротивления движению ?₀, а также на передвижение добавочного количества локомотивов, число которых увеличивается с уменьшением массы и ростом скорости. Конструкция выпускаемых электровозов такова, что с ростом скорости мощность их падает, что еще в большей мере скажется на уменьшении их производительности.

Таким образом, при тепловозной тяге наибольшая производительность локомотива и, следовательно, максимальная провозная способность участка, а также наименьшая себестоимость перевозок всегда будут достигаться при наибольшей массе поезда. Наиболее эффективно увеличение массы поездов на однопутных линиях, обеспечивающее уменьшение числа скрещений поездов.

Вывод об эффективности реализации максимальной силы тяги заданного локомотива и максимальной массы состава поезда является абсолютным в условиях, когда масса всех обращающихся поездов является одинаковой. В реальных условиях, ввиду различной структуры перевозимых в поездах грузов, поездная нагрузка на 1 м пути является различной, и часть поездов с легкими грузами формируется по длине станционных путей (масса таких поездов меньше или равна норме массы поезда). Другая часть поездов с грузами большой объемной массы является неполносоставной (короче длины путей), и масса составов этих поездов соответствует норме массы поезда. В зависимости от распределения поездной нагрузки на 1 м пути средняя масса всех поездов хотя и повышается, но незначительно в сравнении с увеличением нормы массы поезда. Но и в этих условиях, как правило, является целесообразной реализация максимальной (расчетной) силы тяги локомотива (для части поездов) и установление максимальной нормы состава поезда. В отдельных же случаях при значительном удельном весе поездов с малой нагрузкой на 1 м пути, а также при резкой непарности движения поездов может оказаться выгодным устанавливать в одном или обоих направлениях движения норму массы составов поездов несколько меньше критической массы, определяемой по расчетной силе тяги локомотива.

При незначительных размерах пассажирского движения на двухпутных линиях уменьшение массы грузовых поездов, обеспечивающее приближение их скорости к скорости пассажирских, может уменьшить съем с графика. В данном случае наибольшая провозная способность участка может достигаться не при максимальной массе грузового поезда. Однако это только исключение. Как правило, наибольшая возможная масса грузового поезда, при которой достигается полное использование расчетной силы тяги локомотива, является при всех видах тяги наивыгоднейшей. Таким образом, расчеты по определению оптимальной нормы массы поезда в условиях колебания поездных нагрузок на 1 м пути сводятся к следующему: устанавливается фактическое (или предполагаемое на перспективу) распределение поездных нагрузок на 1 м пути, оформляемое в виде гистограммы или статистического ряда по форме, приведенной в таблице 2.1.

По данным табл. 2.1 определяют среднее значение поездной нагрузки на 1 м пути:

,

где K - число разрядов статистического ряда.

Таблица 2.1 Распределение поездных нагрузок на 1 м пути

Затем определяют критическую массу состава брутто Q_кр по расчетной силе тяги локомотива и исходя из нее ограничительную нагрузку на 1 м пути:

,

где l_ст - полезная длина станционного пути.

По данным таблицы 2.1 намечают возможные варианты нормы массы состава поездов. Число вариантов зависит от характера распределения поездных нагрузок на 1 м пути. В качестве одного из вариантов служит вариант массы поезда Q_кр, определенной по расчетной силе тяги локомотива. Пусть Q_кр= 3400 т, и ограничительная нагрузка

т/м.

Как видно из таблицы 2.1, поездов с нагрузкой на 1 м пути P_i ? 4,25 будет всего 8% от общего числа поездов. Из таблицы 2.1 также видно, что наибольшее число поездов (25 %) имеют нагрузку Р₆ = 3,65 т/м, а затем 20 % поездов - нагрузку Р₅=3,25 т/м. Эти нагрузки на 1 м пути могут быть приняты в качестве расчетных Р_н и соответственно получены еще два варианта нормы массы поездов:

3,65(850-50) = 2920 т и 3,25 (850-50) = 2600 т.

Вообще же число вариантов расчетных погонных нагрузок и соответствующих им вариантов норм массы может быть равно числу значений Р_i, лежащих (см. табл. 2.1) левее ограничительной погонной нагрузки Р_огр. Но рассматривать все варианты бессмысленно. Достаточно ограничиться рассмотрением еще (кроме варианта норм массы Q_кр) одного - двух вариантов норм массы, ближайших к Q_кр. Для каждого варианта нормы массы определяют среднюю массу поезда:

,

где x- число разрядов, на которые приходится весь диапазон погонных нагрузок, начиная с минимальной и кончая расчетной.

При Р_н = Р_огр= 4,25, х=7 (таблица 2.1) при Р_н = Р₆ = 3,65, х = 6 и тд.;

к - общее число разрядов. По таблице 2.1 к = 9.

В каждом варианте нормы массы поездов определяется количество поездов путем деления грузопотока брутто на среднюю массу состава поезда в этом варианте. На основе размеров движения по направлениям устанавливается число одиночно следующих локомотивов и их пробег. Затем для каждого варианта в каждом из направлений устанавливаются ходовые скорости, затрата механической работы на передвижение поездов и остановки. В каждом варианте норм массы рассчитываются приведенные затраты отдельно в четном и нечетном направлениях движения с последующим суммированием затрат в обоих направлениях, и выбирается вариант с минимальными затратами.

К зависящим от массы и скорости движения поездов относятся затраты: на накопление составов на станциях формирования, временные затраты, связанные с временем нахождения поездов на участках, затраты на механическую работу по передвижению и на остановки поездов, затраты, связанные с одиночным пробегом локомотивов, пробежные затраты, связанные с ремонтом подвижного состава, относимым на его пробег, а также затраты на ремонт пути, относимые на тонно-километровую работу брутто.

Первые три вида затрат в каждом варианте, тенге/сутки:

,

где - затраты на накопление составов на станциях формирования;

К - число назначений поездов, формируемых на всех станциях в заданном направлении;

С - параметр накопления;

- приведенные затраты, приходящиеся на 1 т-ч брутто;

Г_сут - суточный грузопоток;

Q_cр - средняя масса составе поезда брутто в i-м варианте;

L - протяженность направления;

V_X - средняя ходовая скорость в i-м варианте;

?_х - коэффициент участковой скорости;

С_п-ч - приведенные затраты, приходящиеся на 1 поездо-час при средней массе поезда равной Q_cp;

R - механическая работа локомотива при передвижении одного поезда на всем направлении L. Так как расчеты ведутся в обоих направлениях движения, то, пренебрегая непарностью движения, механическая работа сил сопротивления принимается равной механической работе локомотива;

С_э - суммарная расходная ставка на 1 МДж механической работы локомотива и работы сил сопротивления.

Энергетические затраты, связанные с остановками поездов:

,

где - число остановок при скрещении и обгоне поездов на однопутных и только при обгоне на двухпутных линиях в i-м варианте;

- энергетическая часть затрат, приходящаяся на 1 остановку поезда.

Затраты, связанные с одиночным пробегом локомотивов рассчитываются в каждом варианте умножением локомотиво-километров одиночного пробега на приведенные затраты, приходящиеся на 1 локомотиво-километр пробега локомотива без учета пробежных затрат.

Пробежные затраты, связанные с ремонтом подвижного состава, относимым на его пробег, рассчитываются лишь в части дополнительного в разных вариантах относительно варианта с максимальной нормой массы и минимальным числом поездов) пробега локомотивов, так как пробег вагонов во всех вариантах остается без изменений.

Точно также и затраты на ремонт пути, относимые на тонно-километровую работу брутто, учитываются лишь в части дополнительного пробега локомотивов в различных вариантах относительно варианта с минимальным пробегом локомотивов.

Выбор массы поезда одновременно с выбором типа локомотива и длиной станционных путей, когда тип и мощность локомотива неизвестны, может решаться в предпосылке о постоянстве удельной мощности данного вида тяги, приходящейся на единицу массы поезда, т.е. о примерно пропорциональном возрастании силы тяги локомотива с увеличением массы поезда.

В этих условиях для каждого вида тяги на одном и том же профиле средние ходовые скорости движения поездов различной массы будут примерно одинаковыми. Неизменными будут также расходы топлива и энергии, связанных с передвижением поездов, потребное количество вагонов, находящихся в движении, общая потребная мощность локомотивов и ряд других показателей. Тогда изменение массы поездов на двухпутных линиях окажет влияние:

1) на простой вагонов под накоплением на станциях формирования. Годовые затраты на накопление будут при этом пропорционально увеличиваться с повышением массы поезда и составят в обоих направлениях движения:

;

2) на затраты, связанные с оплатой локомотивных бригад, изменяющиеся обратно пропорционально массе поезда, и составляющие:

,

где Г_год - годовой грузопоток в одном направлении;

L_п - расстояние пробега поездов без переработки;

С _б-ч - затраты на 1 бригадо-ч локомотивной бригады с учетом оплаты внепоездной ее работы.

Простой вагонов под накоплением и потребное число локомотивных бригад являются решающими факторами, влияющими на выбор массы поезда на двухпутных линиях при постоянной мощности локомотива. При не очень высоких значениях грузопотоков, когда не требуется удлинять станционные пути и осуществить другие меры по переустройству линии (локомотивного хозяйства), возможно ограничиться в первом приближении учетом этих двух факторов. Тогда годовые затраты, зависящие от массы поезда:

, (2.5)

(2.6)

На двухпутных линиях, в особенности при больших грузопотоках, увеличение массы составов может потребовать также удлинения станционных путей, переустройства локомотивного хозяйства, усиления мощности энергоснабжающих устройств на электрифицированных линиях. Поэтому на двухпутных линиях годовые затраты, зависящие от увеличения массы поездов составляют:

, (2.7)

где Е_пep - приведенные годовые затраты на переустройство локомотивного хозяйства, устройств электроснабжения и удлинение станционных путей.

Затраты Е_пер не связаны функциональной зависимостью с массой поезда. Они должны в каждом конкретном случае определяться в зависимости от местных условий на основе разработки проектов усиления мощности устройств при различных вариантах массы поездов.

В связи с этим в каждом варианте массы поезда и соответствующем этой массе варианте переустройства линии должен быть выполнен непосредственный расчет затрат по формуле (2.7).

На однопутных линиях увеличение массы поездов оказывает существенное влияние на уменьшение числа остановок при скрещении. Соответственно годовые затраты на однопутных линиях, зависящие от массы поездов:

(2.8)

где к_ск - число скрещений за год;

t_ст - средняя стоянка поезда при скрещении;

С_ост^э - энергетические затраты на 1 остановку поезда;

С_п-ч - приведенные затраты на 1 ч простоя поезда на участке.

Кроме того, как на однопутных, так и на двухпутных грузонапряженных линиях увеличение массы поездов дает возможность отдалить капитальные вложения на увеличение пропускной способности линий.

Из выражений (2.7) и (2.8) видно, что с увеличением массы поездов увеличиваются затраты на удлинение станционных путей и их содержание и затраты на накопление, а другие затраты уменьшаются.

Увеличение массы поездов до величины, допускаемой существующей длиной станционных путей, приводит на первых порах к уменьшению суммарных приведенных затрат. В дальнейшем, когда увеличение массы поездов сопряжено с удлинением путей, уменьшение затрат затухает, а начиная с определенной длины путей, суммарные приведенные затраты начинают расти. Вариант с минимальными суммарными затратами характеризует наивыгоднейшую массу и оптимальную длину станционных путей, которая на двухпутных линиях составляет 850 - 1050 м.

Такая длина путей обеспечивает возможность увеличения нормы массы поездов до 4 - 5 тыс. т, а маршрутов с углем и рудой, сформированных из восьмиосных полувагонов, - до 7 - 8 тыс. тонн.

На однопутных линиях, где грузонапряженность в грузовом направлении достигает 10 млн. т*км/км в год и более, целесообразно иметь такие же длины путей и массы поездов, как и на двухпутных линиях. На сильно загруженных однопутных линиях длины путей могут и превышать 1050 м с соответствующим увеличением массы поездов.

Расчеты, показали, что повышение норм массы поездов и связанное с этим удлинение путей на станциях относятся в подавляющем большинстве к числу первоочередных мероприятий по увеличению провозной способности однопутных железных дорог. Только тогда, когда наличная полезная длина путей на станциях уже 850 м, а начальный грузопоток достаточно высок, увеличение провозной способности можно обеспечить строительством двухпутных вставок или вторых путей.

Увеличение силы тяги локомотивов при заданной длине станционных путей является одним из основных способов увеличения массы поездов и соответственно пропускной и провозной способности железных дорог.

Наилучшие результаты достигаются при таком увеличении массы поездов, при котором масса поезда, ограниченная как длиной путей, так и силой тяги локомотива, примерно бы совпадала. В противном случае могут оказаться омертвленными значительные капитальные вложения либо в путевое хозяйство на станциях, либо в локомотивный парк. Однако число типов локомотивов обычно ограничено и не всегда можно подобрать локомотив, сила тяги которого точно соответствовала бы массе полносоставного поезда. Кроме того, и полносоставные поезда могут быть разной массы в связи с различной нагрузкой вагонов на 1 м пути в поездах, перевозящих тяжелые и легкие грузы. Следует также учитывать, что в связи с большим разнообразием профиля пути в пределах одного и того железнодорожного участка при той же массе поездов требуется реализация различных тяговых усилий локомотивов.

Все это приводит к необходимости выбирать наиболее целесообразную величину силы тяги локомотива не только для каждого железнодорожного участка, но часто даже для отдельных категорий поездов, которые на нем обращаются.

В тех случаях, когда при наличном типе локомотива все или часть поездов получаются не полносоставными, т.е. не обеспечивают полного использования существующей полезной длины станционных путей, увеличение массы поездов может осуществляться:

- применением более мощных из числа существующих локомотивов;

- применением кратной тяги на всем протяжении или на части участка;

- подталкиванием на отдельных перегонах участка.

Кратная тяга может применяться также лишь для части поездов, имеющих большую погонную нагрузку (для маршрутов с углем, рудой);

Применение более мощных локомотивов, кроме увеличения массы поезда, может сопровождаться также повышением скорости движения. Провозная способность при этом увеличится в соотношении:

где Q_H, Q^/_H ,Т _пер, Т^/_пер - масса поездов и период графика до и после введения более мощного локомотива.

В частном случае увеличение скорости движения поездов может и не повлечь за собой уменьшения периода графика. Так, на двухпутных линиях, оборудованных автоблокировкой, интервал в пакете с определенного уровня скорости нельзя уменьшить по условиям приема поездов на станцию. Эффективность применения более мощных локомотивов решается в следующей последовательности.

С учётом фактического распределения поездкой погонной нагрузки и наличной длины станционных путей устанавливаются конкурентоспособные локомотивы различной мощности.

В соответствии с изложенной ранее методикой для каждого типа локомотива в зависимости от распределения поездкой погонной нагрузки выявляются возможные варианты норм массы и скорости движения поездов. В каждом варианте рассчитываются затраты в каждом направлении движения по формуле (2.4).

Оптимальная норма массы и скорость движения определяются вариантом, в которых суммарные годовые затраты в обоих направлениях будут минимальными. К этим годовым затратам в оптимальном варианте добавляются при необходимости приведенные капитальные и текущие затраты на переустройство и содержание постоянных устройств в размере:

,

где - капитальные затраты на переустройство постоянных устройств (например, локомотивного хозяйства), связанное с введением более мощного локомотива данного типа;

t_ок - нормативный срок окупаемости капиталовложений;

- дополнительные текущие годовые затраты на содержание и амортизацию постоянных устройств.

Найденные указанным способом годовые затраты в оптимальных для каждого типа локомотивов вариантах сопоставляются, и вариант с минимальными затратами определит наиболее выгодный тип локомотива и соответствующие ему норму массы и скорость движения поездов.

Кроме оценки по денежным затратам, окончательный выбор типа локомотива устанавливается после сопоставления и натурных показателей - расхода энергии, реализуемой скорости, достигаемых при различных типах локомотивов резервов пропускной способности, обеспечивающих отдаление капиталовложений на усиление технической оснащенности линий.

Масса поезда может быть повышена при увеличении силы тяги не на всем направлении, а лишь на отдельных наиболее трудных по профилю перегонах за счет применения подталкивания всех или только части поездов. Подталкивание может применяться на протяжении всего перегона или только на его части с последующим возвращением толкача с перегона на станцию начала подталкивания. При подталкивании в пределах всего перегона поездов лишь одного направления возвращение толкачей связано с занятием перегона. Для устранения отрицательного влияния подталкивания на пропускную способность на однопутных линиях с полуавтоматической блокировкой могут устраиваться блокпосты с усовыми разъездами. Более целесообразным является оборудование таких перегонов автоблокировкой на первичных элементах. Но и при этом возможно увеличение станционных интервалов при подаче и уборке толкачей на станциях, ограничивающих перегон, на котором организовано подталкивание.

Так как при подталкивании и удвоении мощности тяги масса поезда увеличивается менее чем в два раза, то на перегоне подталкивания удельная мощность тяги увеличивается и скорость повышается. На остальных перегонах, по которым поезда повышенной массы следуют без подталкивания, удельная мощность тяги на 1 т массы поезда снижается и соответственно уменьшается скорость движения. В целом это может привести к уменьшению пропускной способности участка. Однако в случаях рациональной организации подталкивания повышение массы поезда должно с избытком компенсировать уменьшение пропускной способности, и провозная способность участка в тоннах должна возрастать, тем более что при подталкивании масса поездов может увеличиться не только на одном участке, а на всем рассматриваемом направлении.

Так как после постановки толкачей на каком-либо трудном перегоне массу поезда будет ограничивать следующий по степени трудности перегон, на участке может быть установлено несколько пунктов подталкивания. Чем больше будет таких пунктов, тем в общем случае на большую величину увеличится масса поезда.

Экономическая целесообразность применения подталкивания определяется сопоставлением годовых приведенных затрат при одиночной тяге, рассчитываемых в каждом направлении движения по формуле (2.4), и при подталкивании:

(2.9)

где Q_6p^тол - средняя масса поезда брутто соответственно до и после организации подталкивания, т;

V_x^тол - средняя ходовая скорость поезда в рассматриваемом направлении при организации подталкивания, км/ч;

R^тол - затрата механической работы на передвижение одного поезда по всему направлению, МДж; подсчитывается с учетом производственной работы на передвижение толкачей, а также потерь энергии при остановках;

затраты, приходящиеся на 1 поездо-ч, тенге;

С_э - затраты, приходящиеся на 1 МДж, механической работы, тенге;

- годовые затраты на накопление составов при организации подталкивания, тенге;

М_тол - количество толкачей, которое необходимо поставить на направлении для увеличения массы до Q_бр^тол;

С_тол - стоимость содержания толкача (без учета затраченной механической работы на его передвижение), тенге/сут;

С_кап^тол - капитальные затраты на организацию пунктов подталкивания на направлении;

С_сод^тол - годовые эксплуатационные затраты на содержание пунктов подталкивания на направлении.

Исследования показали, что сфера применения подталкивания практически одинакова при электрической и тепловозной тяге. При этом, чем больше величина, на которую можно поднять массу поезда при меньшем числе пунктов подталкивания, тем выгоднее его организация. На однопутных линиях, кроме того, эффективность применения подталкивания зависит от размеров грузопотока и увеличивается с его ростом.

Количество перегонов подталкивания на участке не должно превышать при электрической и тепловозной тяге 20 % от общего их количества. При необходимости устройства большего количества пунктов подталкивания, целесообразно применить на участке сплошную кратную тягу. При определении целесообразности подталкивания следует также учитывать сложность его применения на участках со значительным заполнением пропускной способности, вызываемую возвращением толкачей, что может вызвать дополнительный простой поездов в ожидании толкачей.