Инфраструктура железнодорожного транспорта

 

где N_гр - число грузовых поездов в исследуемом (грузовом) направлении в сутки; Q_бp - масса поезда брутто, т; ϕ_н - коэффициент отношения массы поезда нетто (Q_H) к массе поезда брутто (Q_бp), ϕ_н ⁼ Q_H / Q_бp , величина ϕ_н определяет массу поезда нетто (Q_H); к_н - коэффициент неравномерности перевозок, принимается к_н = 1.2 .

Для овладения  перевозками на железнодорожной  линии важно, чтобы наличная провозная  способность опережала потребную  провозную способность, т.е. Г_н > Г_п.

1.5 Анализ  влияния «мощностей» элементов  инфраструктуры на провозную  способность железнодорожной линии

Влияние мощностей  элементов инфраструктуры можно  установить анализом параметров, входящих в формулу (1.1).

Число грузовых поездов N_гр определяется

Nгр =	Nн - ∑Niεi	,            (1.2)
	1 + αрез

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

15

где N_i - наличная пропускная способность линии в исследуемом направлении, поездов/сут.

∑N_iε_i = N_сксε_скс + N_скε_ск. +N_пасε_пас + N_ускε_уск... , y.e., (1.3)

где N_скс,N_ск,N_пас,N_уск - соответственно число скоростных, скорых, пассажирских, ускоренных и других поездов, отличающихся скоростями движения от скорости движения грузовых поездов.

ε_i - коэффициент съема грузовых поездов, определяется по формуле

εi =	Vi	(1.4)
	Vгр

 

где V_i - ходовая скорость i-й категории поездов (скорых, скоростных, пассажирских, ускоренных и других), км/ч; V_гр - ходовая скорость грузовых поездов, км/ч.

α_рез - коэффициент резерва пропускной способности линии, необходимый для непредвиденных обстоятельств, обычно принимается α_рез = 0,1 - 0,2 .

Наличная пропускная способность определяется

Nн =	(1440 -tтехн) αнад	,     (1.5)
	Тпер

 

где 1440 - суточный бюджет времени  в минутах, 244•60=1440 мин; t_техн - продолжительность технологического окна, необходимого для текущего содержания технических устройств линии на перегонах (пути, устройств автоматики и телемеханики, контактной сети электрифицированных линий, искусственных Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

16

сооружений и др.); для  однопутных перегонов оно составляет t_техн = 60 мин; α_над - коэффициент надежности технических устройств, в соответствии с инструкцией по расчету наличной пропускной способности его значение принимается α_над = 0,86 .. 0,96 ;Т_пер - период графика, мин.

В общем виде период графика можно представить как

T_nep = (t' + t")+τ_p +τ_з +τ_н +τ_ск , (1.6)

где (t' + t") - суммарное время хода поездов в четном и нечетном направлении, мин;

τ_p ,τ_з ,τ_н ,τ_ск - продолжительность времени станционных интервалов соответственно разгона, замедления, неодновременного прибытия и скрещения поездов, мин.

В свою очередь

t' + t"= ( 2l/V_x) Ĥ 60, (1.7)

где l - длина ограничивающего перегона, км; V_x - средняя ходовая скорость поездов по перегону, км/ч.

Масса поезда брутто (Q_бр) по силе тяги локомотива определяется

Qбр(lп) =	FK - P · (ωo’ + ip)	,    (1.8)
	ip + ωo’’

 

где F_K - расчетная сила тяги локомотива, кгс; Р - масса локомотива, т; i_p - расчетный подъем пути, ‰; ω_o’, ω_o’’ - соответственно удельное сопротивление движению соответственно Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

17

локомотива и вагона, кгс/т.

ω_o’ = 1,9 + 0,01 ĤV + 0,0003 ĤV², (1.9)

ω_o’’= 0,7 + (3 + 0,01 Ĥ V + 0,0025 ĤV²)/q₀, (1.10)

где V - средняя ходовая скорость, км/ч; q₀ - осевая нагрузка от вагона на путь, т/ось.

Масса поезда брутто по полезной длине станционных путей (l_п) определяется

Q_бр^(lп) = P_пн Ĥ [l_п - (l_л +10)]  (1.11)

где P_пн - погонная нагрузка вагонов на путь, т/м; l_п - полезная длина станционного пути, м; l_л - длина локомотива, м; 10м - неточность остановки поезда в пределах полезной длины станционного пути; (l_л+10) принимается равной 50м.

Реализуемую массу  поезда Q_бр можно представить как

Q_бр = m Ĥ q_бр ,   (1.12)

где m - состав поезда, вагонов; q_бр - средняя масса брутто одного вагона, т.

q_бр = q_н + q_т ,  (1.13)

где q_н , q_т - соответственно масса груза нетто в вагоне и масса тары вагона, т.

Масса груза нетто, загруженного в вагон, зависит от грузоподъемности и грузовместимости вагона.

Из анализа выражений (1.1 - 1.13) следует, что для реализации максимальной величины наличной провозной способности необходимо, чтобы Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

18

надежность технических  устройств, скорости движения поездов, сила тяги локомотива, длина станционных  путей, пропускная способность, грузоподъемность и грузовместимость вагонов были максимальными; расчетные подъемы  линии, станционные интервалы, удельные сопротивления локомотивов и  вагонов, тара вагонов были минимальными.

Из выражений (1.8 - 1.10) следует, что чем меньше сопротивления  (ω_o’, ω_o’’) тем больше масса поезда (Q_бр), но вместе с тем, чем выше скорость - тем больше сопротивление движению поезда и это (формула (1.8)) уменьшает массу поезда. Следовательно, с увеличением массы поезда при прочих равных условиях снижается ходовая скорость и уменьшается связанная с ней пропускная способность линии, и наоборот. Максимум провозной способности обеспечивается при рациональном соотношении массы, и скорости грузовых поездов, т.е. повсеместное стремление к максимально большим нормам массы грузовых поездов может привести к снижению провозной способности.

На основании  изложенного выше следует, что потребная  провозная способность определяет «мощность» инфраструктурных объектов железнодорожной линии.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

19

2. ВЫБОР СИСТЕМЫ МЕР УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОВОЗНОЙ СПОСОБНОСТИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЛИНИЙ

 

2.1 Расчет наличной провозной способности

 

Наличная провозная  способность железнодорожной линии  в одном из направлений (грузовом) определяется по формуле

Г_н = 365 Ĥ Q_бр Ĥ φ_н Ĥ N_гр/k_н - 10 ⁶,   (2.1)

где Q_бр - масса поезда брутто, т; φ_н - отношение массы поезда нетто к массе поезда брутто Q_бр , φ_н= Q_н / Q_бр ; N_гр - число грузовых поездов в сутки; k_н - коэффициент неравномерности грузовых перевозок.

Так как по условию  задания масса поезда не ограничена по силе тяги локомотива, то её можно  определить по условию использования  полезной длины станционных путей (l_п = 850 м)

Q_бр =( l_п - l_л - 10) Ĥ P_пн      (2.2)

где l_л - длина локомотива, м (для дальнейших расчетов применяем 40 м ); 10 - неточность установки поезда в пределах полезной длины станционного пути, м; P_пн - погонная нагрузка от массы поезда на путь, т/м.

Число грузовых поездов  определяется по формуле

N_гр = (N_н-∑N_iε_i)/(1 + α_pез), (2.3)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

20

где N_н - наличная пропускная способность в одном (грузовом) направлении, поездов/сут;

∑N_iε_i - съем наличной пропускной способности другими (не грузовыми: пассажирскими, скорыми, сборными и т.п.) поездами, поездов/сут; α_pез - резерв пропускной способности.

Наличная пропускная способность определяется по формуле

N_н = (1440 - t_техн ) α_н / Т_nep ,   (2.4)

где t_техн - продолжительность технологического окна для текущего содержания технических устройств на перегоне, в соответствии с инструкцией по расчету пропускной способности для однопутных перегонов t_техн = 60 мин; α_н - надежность технических устройств железнодорожной линии; Т_пер - период параллельного парного графика, мин.

Задача.Параметры однопутной линии: Т_пер = 51 мин; Р_пн= 4,0т/м; α_над = 0,94 ; а_рез=0,16; φ_н = 0,70 ; k_н = 1,10 .

 

Параметр	Годы  эксплуатации от исходного
	0	5	10	15	20
Гпотр , млн т/год	9	11	12	14	18
∑Niεi , поездов/сут	7	8	9	12	15

Решение

По формуле (2.4)

N_н = (1440 -60) Ĥ 0,94/51 = 25 поездов/сут.

Для дальнейших расчетов принимается N_н = 25 пар поездов/сут для грузового направления. По формуле (2.3) число грузовых поездов по срокам эксплуатации Т будет равно:

на Т = 0; N_гр = (25 - 7)/(1 + 0,16) = 18/1,16 = 15 поездов/сут;

на Т = 5; N_гр = (25 - 8)/(1 + 0,16) = 17/1,16 = 14 поездов/сут;

на Т = 10; N_гр = (25 - 9)/(1 + 0,16) = 16/1,16 = 13 поездов/сут;

на Т = 15; N_гр = (25 - 12)/(1 + 0,16) = 13/1,16 = 11 поездов/сут;

на Т = 20; N_гр = (25 - 15)/(1 + 0.16) = 10 /1,16 = 8 поездов/сут.

По формуле (2.2)

Q_бр = (850 - 40 - 10) Ĥ 4,0 = 3200 т.

Так как по прогнозируемым срокам N_гр будет изменяться, а Q_бр остается постоянным, то формулу (2.1) можно привести к виду

Г_н = 365 Ĥ 3200 Ĥ 0,70 Ĥ N_гр /1,10 Ĥ10 ⁶ = 0,743 N_гр.

Наличная провозная  способность при существующей полезной длине путей равной 850 м по срокам составляет

на Т = 0; Г_н = 0,743 Ĥ15 = 11,15 млн. т/год;

на Т = 5; Г_н = 0,743 Ĥ14 = 10,4 млн. т/год;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

21

на Т = 10; Г_н = 0,743 Ĥ 13 = 9,66 млн. т/год;

на Т = 15; Г_н = 0,743 Ĥ 11 = 8,17 млн. т/год;

на Т = 20; Г_н = 0,743 Ĥ 8 = 5,94 млн. т/год.

Изменения наличной (Г_н) и потребной (Г_п) провозных способностей представлены на графике (рисунок 2.1)

 

11

Рисунок 2.1 - График потребной и наличной провозных  способностей (при /= 850 м)

Из рисунка 2.1 следует, что  масса поезда, реализуемая при  полезной длине станционных путей 850 м, и равная Q_бр = 3200 т при неизменной пропускной способности 25 поездов/сут позволяет осваивать грузоперевозки от исходного срока (Т = 0) в течение 10 лет. Для освоения потребных грузоперевозок к 10 годам эксплуатации с опережающим сроком необходимо провести усиление провозной способности заданной железнодорожной Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

22

линии.

 

 

2.2 Разработка вариантов системы мер усиления провозной способности железнодорожной линии

 

Из формулы (2.1) следует, что мерами усиления провозной  способности могут быть меры на увеличение массы поездов (за счет удлинения  полезной длины станционных путей  и использования более мощных локомотивов) и увеличения пропускной способности (за счет повышения скоростей  движения и уменьшения Т_пер, организации безостановочного скрещения поездов как на раздельных пунктах при существенном удлинении путей на них, так и на двухпутных вставках и при строительстве сплошного второго пути и превращения однопутной линии в двухпутную). Известно, что наибольшую пропускную способность обеспечивает двухпутная линия, но она может давать значительный запас неиспользованной пропускной способности в то время как затраты на ее строительство велики. Поэтому на практике к двухпутным линиям осуществляется поэтапный переход.