Расчет массы и состава грузовых поездов

ВВЕДЕНИЕ

 

Железнодорожный транспорт является основным видом транс­порта, обеспечивающим потребности экономики и населения в перевозках.

Эффективность перевозочного процесса определяется качеством эксплуатационной работы и уровнем себестоимости пере­возок. С этой целью необходимо обеспечить оптимизацию основных произ­водственных процессов, взаимодействие всех подразделений железной дороги, участ­вующих в перевозках. Поэтому совершенствование организации и управле­ния эксплуатационной работой железнодорожного транспорта является актуальной и важной задачей, которую приходится решать спе­циалистам по управлению процессами перевозок.

В учебном пособии поставлена задача оказать методическую, по­мощь студентам и специалистам при решении ряда эксплуатационных задач организации движения поездов на полигоне сети. С этой целью в пособии приводятся методики решения задач по расчету массы и состава поездов, оптимизации системы организации вагонопотоков и мест­ной работы на участках, определению пропускной способности участков, разработки графика движения поездов, оптимизации системы эксплу­атации локомотивов и локомотивных бригад, разработки технических норм эксплуатационной работы, системы планирования и управления оператив­ной работой на отделении дороги.

Для лучшего восприятия излагаемых вопросов в пособии даны примеры представления и оформления графического материала приводятся цифро­вые примеры решения конкретных задач по единым исходным данным для все­го полигона сети. При решении такой важной задачи, как расчет плана формирования поездов, предусмотрено использование прикладной программы.

1	Технико-экономическая характеристика направления А-Е и отделения «В»

 

Технико-экономическая характеристика разрабатывается с целью изуче­ния и анализа всех исходных данных рассматриваемого в качестве приме­ра железнодорожного направления. Вначале изучается и описывается эко­номика района тяготения направления и опорного отделения дороги «В», указываются пункты зарождения и погашения вагонопотоков, их структура. Например, углепогрузочный район обслуживается станциями участка Н-В (рисунок 1.1), откуда поток угля следует в основном в четном направлении. Нефтепродукты по­ступают на отделение дороги с нечетного направления. При этом на стан­ции "р" и "с" участка Н-В нефтепродукты прибывают маршрутами (таблица 2.1) Указывается, сколько технических груженых маршрутов следуют в четном направлении, а также направление следования маршрутов из порожних цистерн и порож­них сухогрузных вагонов и т. д.

В пункте приводится таблица заданных среднесуточных вагонопотоков на направлении и таблица с размерами движения пассажирских поездов на направлении и пригородных на участках отделения «В».

 

                 

                  Четное

 

Рисунок 1.1 – Схема железнодорожного направления А-Е и отделения дороги "В".

 

В пункте дается схема железнодорожного направления А-Е и отделения "В", приводятся сведения о технической характеристике полигона: о числе путей и протяженности участков, границах отделения, расчетном подъеме и серии локомотивов на участках, полезной длине станционных путей, указываются средства связи по дви­жению поездов на участках отделения.

 

План формирования поездов

 

Общие положения

 

План формирования технической маршрутизации в данном примере раз­рабатывается для груженых вагонопотоков. Рекомендуется рассчитать план формирования вручную методом совмещенных аналитических сопостав­лений в одном из направлений (четном или нечетном) и на ЭВМ по прог­рамме "РLAFОR", приведенной в методических указаниях [10], в обоих направлениях. Результаты расчета c помощью программы «PLAFOR» плана формирования одногруппных поездов в четном направлении приведены в приложении А.

Основой для расчетов служит таблица груженых вагонопотоков. По дан­ным этой таблицы составляются ступенчатые графики вагонопотоков для ра­счета плана формирований в каждом из направлений. С этой целью из таб­лицы в первую очередь исключаются вагонопотоки, охваченные отправитель­ской маршрутизацией (в таблице 2.1 такие вагонопотоки выделены жирным). Однако вагонопотоки, охваченные отправительскими маршрутами в распыле­ние, после станции распыления (в приведенном примере маршрут Н на К+Р+ М после станции К) следуют до станций назначения по плану формирования технических маршрутов. Следовательно, они должны учиты­ваться при составлении ступенчатых графиков вагонопотоков. Разрабатывая план формирования в нечетном направлении, сле­дует помнить, что на промежуточные станции "р" и "с" участка Н-В неф­тепродукты под слив со станции Е поступают также маршрутами.

На рисунке 2.2 представлен исходный ступенчатый график расчетных вагонопотоков в четном направлении.

Вагонопотоки четного направления находятся в таблице 2.1, выше ее ди­агонали, нечетного направления – ниже диагонали. Рассмотрим порядок составления исходного графика.

Согласно таблицы 2.1 станция А грузит на станцию Б 100 вагонов и на станции б, г, е участка Б-В соответственно 8+4+3 = 15 вагонов, т. е. всего 115 вагонов. Все они на графике показаны со станции А назначением станцию Б. Далее станция А отправляет назначением В 175 вагонов и на станции и, м, о участка В-Д 4+4+8 = 16 вагонов, а всего 191 вагон. На графике они пока­заны со станции А на станцию В. Таким образом, вагоны, идущие на промежуточ­ные станции участка, на графике подключаются к вагонам на начальную техническую станцию этого участка в данном направлении. С этой стан­ции они сборными и вывозными поездами будут доставлены на промежуточ­ные станции.

 

 

	А	Б	В	Д	К	Р	М	О       Е
сm	530	610	583	610	557	610	557	610 530
Tэк		5,3	5,4	5,1	5,9	5,1	4,9	5,4
	175
	5
	90
	15
	75
	20
	175+16+4=195
	100+15=115
		3
		3
		3
		3
		8
		5
		150+4=154
			150
			13+9+25=47
			8+103+14=115
			8+10+41=59
			7+100+3=110
			150
				4+8=12
				9+3=12
				6+3=9
				9+3=12
				6+3=9
					8
					5
					73
					20
						15
						25
						25
							25
							50
								100
Σ n
	175	3	150	12	8	15	25	100
	5	3	47	12	5	25	50
	90	3	115	9	73	25
	15	3	59	12	20
	75	8	110	9
	20	5	150
	195	154
	115

Рисунок 2.2 – График исходных назначений вагонопотоков на направлении А-Е

                Примечание: *Вагоны отправительских маршрутов после распыления

Вагоны с промежуточных станций участков Б-В, В-Д и Н-В в четном на­правлении подвозятся местными (сборными или вывозными) поездами на станции В и Д, и только с этих станций показывается их дальнейшее назначе­ние. Например, участок Б-В грузит на станцию Д 3+3+2=8 и станцию В 150 вагонов; участок Н-В (станции "р", "т", "у") – 9 вагонов и сама станция Н – 3 вагона, т. е. всего 12 вагонов; итого 170 вагонов. Все они показаны на графике со станции В на станцию Д. Участок Б-В грузит на станцию К 2+3+2 = 7, станцию В –100 и участок Н-В – 3 вагона (станция "у"); итого 110 вагонов, которые на графике показаны со станции В на К. На станцию Р участок Б-В грузит 2+3+3=8, станцию В – 10, станции "р" и "е" участка Н-В – 3+3 = 6, всего 24 вагона. На графике они показаны со станции В на станцию Р и т. д. Кроме того, вагоны, отправленные со станции К маршрутом в распыление на станцию К, включаются в график назначения со станции К. Это 6 вагонов, следующих до станции О, 8 – до станции Н и 15 вагонов – до станции Р. Указанные вагоны включены в соответствующие струи назначений от станции К до станции О, станции М и станции Р.

В рассматриваемом графике должны быть учтены также вагоны, отцепля­емые от маршрутов с мест погрузки, если норма массы состава на участ­ке Н-В больше, чем на направлении А-Е. Отправление со станции В долж­но быть увеличено на это число вагонов. Если же норма массы состава на участке Н-В меньше, чем на направлении, то для отправительских и сту­пенчатых маршрутов с участка Н-В и станции Н предусматривается их пополне­ние вагонами на станцию В. В этом случае вагонопоток со станции В уменьшается на соответствующее число вагонов.

Для удобства анализа и ввода исходных данных при расчете плана фор­мирования одногруппных поездов на ЭВМ, на рисунке 2.2 вагонопотоки пред­ставлены в виде струй и совмещенного ступенчатого графика.

 

2.3.2 Расчет плана формирования одногруппных поездов

При расчете плана формирования методом совмещенных аналитических сопоставлений используются данные, представленные на рисунке 2.2. При этом применяются три условия выделения струй в самостоятельное назначение:

необходимое условие –

;                                                         (2.16)

достаточное условие

,                                                 (2.17)

общее достаточное условие (при выполнении этого условия струя вагонопотоков обязательно будет включена в оптимальный вариант плана фор­мирования) –

,                                                           (2.17)

где   cm	–	вагоно-часы на накопление проверяемого назначения;
n	–	мощ­ность проверяемого назначения, вагон;
	–	суммарная экономия на 1 вагон от проследования всех технических станций, через которые прохо­дят вагоны рассматриваемого назначения, ч;
	–	суммарная эконо­мия на 1 вагон от проследования без переработки станций уступа (.эта станции, через которые вагоны дальнего назначения пройдут без перера­ботки при выделении их в самостоятельное назначение, по сравнений с вариантом их объединения с вагонами более короткого назначения), ч;
	–	экономия от проследования без переработки попутной технической станции, имеющей минимальное Тэк, ч.

Суть расчета плана формирования методом совмещенных аналитических сопоставлений, автором которого является докт. техн. наук, проф. Бернгард К.А., заключается в последовательном отборе наиболее выгодных на­значений. Достигается это на основе построения и последовательной корректировки графика назначений, который представляет собой схему всех возможных маршрутов следования сквозных поездов с указанием на ней для каждого назначения максимально возможных размеров вагонопотоков. График назначений составляют на основе ступенчатого совмещенного графика вагонопотоков. Последний до этого анализируется с целью выде­ления струй вагонопотоков, удовлетворяющих общему достаточному усло­вию, и струй, не отвечающих необходимому условию (при любых возможных способах их усиления).

Одноструйные назначения (т. е. назначения, не имеющие более даль­них струй для своего усиления), удовлетворяющие общему достаточному условию, в график назначений не включаются, а сразу выделяются в опти­мальный план формирования (ОПФ).

Струи вагонопотоков, которые не отвечают необходимому условию, при построении графика назначений используются для усиления других назна­чений. Назначения на базе этих струй в график назначений могут не включаться.

Пример расчета плана формирования на полигоне А-Е в четном направлении.

Решение. Проверяется одноструйные назначения на выполнение об­щего достаточного условия (ОДУ). Такой струёй является А-Е мощностью n _А-Е=175 вагонов (530 175 4,9 = 857,5). Условие выполняется, следовательно, струя А-Е сразу выделяется в оптимальный план формирования (рисунок 2.6).

После выделения струи А-Е в оптимальный план формирования одност­руйными становятся назначения А-0 и Б-Е. Любое из них при выполнении ОДУ можно было бы выделить в самостоятельное назначение и включить в оптимальный план формирования. Однако эти струи маломощные n _А-О=5 вагонов, а n _Б-Е=3 вагона, и ОДУ не выполняется. Более того, вагонопотоки назначений А-0 и Б-Е не удовлетворяют необходимому условию (НУ). Поэтому назначения А-0 и Б-Е в графике назначений могут отсутствовать (включение их в график на­значений приводит лишь к увеличению объема вычислений, не изменяя ко­нечного результата). После предварительного анализа составляется ра­счетный график назначений (рисунок 2.3).

Составление расчетного графика назначений начинается со станции А. Пер­вым показывается назначение А-М мощностью N _А-М=90 вагонов. Оно усиливается ва­гонами назначения А-0. Поэтому мощность двухструйного назначения А-О составляет N _А-О=95 вагонов.

Следующим показывается трехструйное назначение А-Р мощностью N _А-Р=15 + 90 + 5 = 110 вагонов и т. д.

На основе изложенного выше мнемонического правила определяется мощ­ность остальных назначений.

Далее для каждого j-го варианта назначений рассчитывается экономия приведенных вагоно-часов от пропуска без переработки по всем попутным станциям (B_{эк j}), за вычетом затрат на накопление (B_{н j}).

B_{пр j} =B_{эк j} -B_{н j}                                                   (2.18)

 Так, для назначения А-М она составля­ет

B_{пр j} =95·(5,3 + 5,4 + 5,1 + 5,9 + 5,1)-530 = 2546 - 530 = 2016 вагоно-ч.

Эти результаты записываются справа против каждого назначения. Для удобства вычислений экономия по каждой станции записывается под соответствующей станцией над условным изображением назначений. Справа от назначений, не отвечающих НУ, проставляется знак "-".

Наибольшую экономию имеет назначение В-М B_пр^В-М=6114,6 вагоно-ч, оно являет­ся исходным для дальнейших расчетов. Необходимо проверить, не следует ли это назначение заменить более дальним. Имеется два более дальних назначения: А-М и В-0. Эти назначения проверяем на выполнение ДУ по сравнению с исходным назначением В-М. Для назначения А-М станцией ус­тупа является станция В.

 

А	Б	В	Д	К	Р	М	О          Е
530	610	583	610	557	610	557	610
	5,3	5,4	5,1	5,9	5,1	4,9	5,4
-	3	150	12	8	15	25	100
5	3	47	12	5	25	50
90	3	115	9	73	25
15	3	59	12	20
75	8	110	9
20	5	150
195	154
115								n ΣTэк –cm=Bпр
95	503,5	513,0	484,5	560,5	484,5			2546,0-530=2016,0
110								2387,0-530=1857,0
185								2923,0-530=2393,0
205								2193,5-530=1663,5
400								2120,0-530 =1590,0
	11							290,4-610= -
	104							2236,0-610=1626,0
	122							2000,8-610=1390,8
	205							2152,5-610=1542,5
	230							1242,0-610=632,0
		153						4039,2-583=3456,2
		208						4368,0-583=3785,0
		416						6697,6-583=6114,6
		493						5423,0-583=4840,0
		686						3498,6-583=2915,6
			165					3514,5-610=2904,5
			232					3688,8-610=3078,8
			449					4939,0-610=4329,0
			538					3180,1-610=2570,,1
				173				2664.2-557=2107,2
				245				2450,0-557=1893,0
				535				2728,5-557=2171,5
					188			1936,4-610=1326,4
					285			1396,5-610=786,5
						213		1150,2-557=593,2

 

Рисунок 2.3 – График расчётных назначений вагонопотоков на направлении А-Е

 

Тогда, 530 95·5,4=513. Условие не выполняется. Для назначения В-0 станцией уступа является станция М. Тогда, 583 208 4,9=1019,2. Условие выполняется. Назначение В-0 выделилось бы в оптималь­ный план формирования, если бы оно было одноструйным. Однако в назначение В-0 входят два более дальних назначения: Б-0 и В-Е. Мало­мощное назначение Б-0 не отвечает ДУ по станции уступа В, а назначе­ние В-Е отвечает ДУ по станции уступа О (583 153 5,4=826,2). Так как назначение В-Е является одноструйным, то оно включается в ОПФ.

После этого производят корректировку ступенчатого графика и сос­тавляют новый график назначений (рисунок 2.4). На рисунке 2.4 заштрихована часть ступенчатого графика, из которой вагонопотоки включены в выде­ленные назначения В-Е.

Наибольшую экономию после первой корректировки графика назначений 3651,3 вагоно-ч имеет назначение В-М, оно является исходным для дальней­ших расчетов. Поскольку это назначение не является одноструйным, то проверим, не следует, ли его заменить более дальними назначениями Б-М и В-0. Назначение Б-М по станции уступа В не отвечает ДУ (610 104 5,4=561,6), а назначение В-0 не отвечает требованиям ДУ по станции уступа М (583 55 4,9=269,5). Поэтому в ОПФ выделяется исходное назначе­ние В-М.

После этого делается вторая корректировка графика назначений (рисунок 2.5). На этом рисунке заштрихована часть ступенчатого графике, из которой вагонопотоки включены в выделенное назначение В-М. Так как вагонопоток назначения А-М, вошедший в выделенное в ОПФ назначение В-М, до станции В будет следовать совместно с назначением А-В, то в графике назначений (показан со знаком "+") его необходимо учитывать в мощности назначения А-В н а выполнение ДУ входящее в нее более дальнее назначение А-Д по стан­ции уступа В: 530 110·5,4=594. Условие выполняется. Следователь­но, в ОПФ будет выделено назначение А-Д, в которое будут включены ва­гоны назначений А-Р, А-К.

После этого делается третья корректировка назначений (рисунок 2.6). В результате этой корректировке максимальную экономию имеет назначение А-В, которое и выделяется в ОПФ.

 Анализируя рисунок 2.6, видим, что положительную экономию имеют еще четыре назначения: В-Р, В-К, Д-Р и К-М.

Назначение В-К имеет большую экономию, чем назначение В-Р, которое, как более дальнее, не отвечает ДУ по станции уступа К 583 62·5,9=365,8. Следовательно назначение В-К выделяется в ОПФ, включая в себя вагоны назначения В-Р.

При дальнейшей корректировке видно, что назначение Д-Р без 62 вагонов назначения В-Р, выделенного ранее в ОПФ, не дает положительной экономии вагоно-часов (610 60·5,9=354). А назначение К-М имеет ту же положительную экономию, что и при третьей корректировке и выделяется в ОПФ.

Остальные назначения, не отвечающие НУ, включаются в участ­ковые назначения.

Для нахождения мощности участковых назначений определяется загруз­ка участков вагонами исходных назначений (см. рисунок 2.2) и вагонами сквозных назначения ОПФ (рисунок 2.7). Разность указанных загрузок и бу­дет мощностью соответствующих участковых назначений. Например, загруз­ка участка А-Б вагонами исходных назначений составляет 690 вагонов, а ва­гонами сквозных назначений – 175+110+290=575 вагонов. Тогда мощность уча­сткового назначения будет n _уч = 690 - 575=115 вагонов. Мощность участко­вых назначений других участков определяется аналогично. Схема ОПФ по­ездов приведена на рисунке 2.7. Из рисунка 2.7 видно, что оптимальный план формирования одногруппных поездов соответствует оптимальному плану фор­мирования, рассчитанному на ЭВМ (см. приложение).

 

А	Б	В	Д		К	Р	М	О          Е
530	610	583	610		557	610	557	610
	5,3	5,4	5,1		5,9	5,1	4,9	5,4
-	-	-	12		8	15	25	100
5	3	47	12		5	25	50
90	3	115	9		73	25
15	3	59	12		20
75	8	110	9
20	5	150
195	154
115									n Σ T эк – cm =Bпр
95									2546,0-530=2016,0
110									2387,0-530=1857,0
185									2923,0-530=2393,0
205									2193,5-530=1663,5
400									2120,0-530 =1590,0
	11								290,4-610= -
	104								2236,0-610=1626,0
	122								2000,8-610=1390,8
	205								2152,5-610=1542,5
	230								1242,0-610=632,0
		55							1155,0-583=572,0
		263							4234,3-583=3651,3
		340							3740,0-583=3157,0
		533							2718,3-583=2135,3
				12					255,6-610= -
				79					1256,1-610=646,1
				296					3256,0-610=2646,0
				385					2271,5-610=1661,5
					20				308.0-557= -
					92				920,0-557=363,0
					382				1948,2-557=1391,2
						35			360,5-610= -
						132			646,8-610=36,8
							60		324,0-557= -

 

Рисунок 2.4 – Первая корректировка графика назначений

А	Б	В	Д		К	Р	М	О          Е
530	610	583	610		557	610	557	610
	5,3	5,4	5,1		5,9	5,1	4,9	5,4
-	-	-	12		8	15	25	100
-	-	-	12		5	25	50
-	-	-	9		73	25
15	3	59	12		20
75	8	110	9
20	5	150
195+95	154
115									n Σ T эк – cm =Bпр
15									325,5-530= -
90									1422,0-530=892,0
110									1177,0-530=647,0
400									2120,0-530 =1590,0
	18								295,2-610= -
	101								1060,5-610=450,5
	126								680,4-610=70,4
		77							847,0-583=264,0
		270							1377,0-583=794,0
				12					255,6-610= -
				24					381,6-610= -
				33					363,0-610= -
				122					719,8-610=109,8
					20				308.0-557= -
					37				370,0-557= -
					119				606,9-557=49,9
						35			360,5-610= -
						77			377,3-610= -
							60		324,0-557= -

 

Рисунок 2.5 – Вторая корректировка графика назначений