Визначання економічної ефективності вводу в експлуатацію швидкісного електровоза подвійного живлення

За визначенням, до швидкісних пасажирських ліній відносять ті, на яких допускається рух пасажирських поїздів з швидкістю 141...200 км/год.

Розвиток швидкісного руху може здійснюватися двома шляхами: підвищенням швидкості руху на лініях, що діють, з вантажному і пасажирським рухом (Великобританія, Німеччина, Італія і нарешті Україна); будівництвом нових спеціалізованих пасажирських ліній (Японія, Франція, Італія). Досвід показав, що будівництво спеціалізованих швидкісних магістралей доцільно здійснювати для швидкостей більше 200 км/год і за наявності могутнього і стійкого річного пасажиропотоку (не менше 15 млн. пасажирів).

Відомо також, що всі види пасажирських залізничних перевезень за кордоном є збитковими, але, збитки від пасажирських перевезень повністю дотуються з місцевих бюджетів або урядами.

Негативним чинником в розвитку швидкісного руху на залізницях України є те, що ці трудомісткі проекти реалізуються в умовах низького рівня економіки наший країни, критичного ступеня зносу основних виробничих фондів (в першу чергу, колійного господарства і рухомого складу), а також низького платоспроможного попиту населення на транспортні послуги.

Про незадовільний стан колійного господарства залізниць свідчить той факт, що при скороченні об'ємів вантажних перевезень в 3,5 рази, а пасажирських- на 40% технічні, і дільничні швидкості руху поїздів навіть у внутрішньому сполученні не збільшилися, а навіть зменшилися.

В світлі вищевикладеного слід зазначити, що вибрані напрями організації швидкісного руху відповідають основним критеріям проектних рішень: з'єднуються найбільш населені пункти України, із значним прошарком ділового населення, із зонами масового відпочинку і так далі.

Основні методичні підходи до оцінки ефективності швидких пасажирських поїздів полягають в наступному:

– перше — грошові потоки, соціальні і позитивні експлуатаційні вигоди слід розглядати в часі, і мінімальним слід вважати період в 10 років. Це обумовлено тим, що витрати на організацію руху прискорених поїздів досить великі (від 500 до 700 млн грн. на основних напрямах), а обертаються поки в тому і іншому напрямі лише по дві пари поїздів;

– друге — ефективність необхідно розглядати в двох аспектах: з держрозрахункових позицій залізничного транспорту і з погляду загальнодержавних інтересів;

– третє — слід передбачати подальшу можливість збільшення швидкостей руху на напрямах до рівня швидкісного за рахунок посилення полотна і введення дійсно швидкісного по своїх технічних характеристиках рухомого складу.

При оцінці ефективності з держрозрахункових позицій слід враховувати не тільки одноразові витрати на покращення шляху, реконструкцію вокзалів і посадочних платформ, на придбання рухомого складу, поточні витрати на ремонт шляху, оплату поїздного персоналу і допоміжних робочих, але і витрати, пов'язані з так званим рекламним ефектом.

Цей ефект залежить не тільки від економії часу пасажирів, але і від набору послуг, що надаються останнім під час поїздки. Слід враховувати і так звану транспортну втому пасажирів, яка при часі поїздки більше 3 год. є істотним чинником при виборі виду транспорту.

Світовий досвід показує, що витрата енергії на тягу швидкісних поїздів не грає першорядної ролі, оскільки відомо, що більш за третину цієї енергії витрачається при розгонах, а при мінімальних зупинках наших швидкісних поїздів (2-3) цей чинник стає навіть як би позитивним.

Було методично помилковим відносити одноразові витрати, пов'язані з реконструкцією колійного господарства, станційних пристроїв, засобів зв'язку і сигналізації, а також пасажирських вокзалів і інших пристроїв наземної інфраструктури, і на швидкісний рух (на 1-2 пари прискорених поїздів). В цьому випадку, навіть при збільшенні розмірів руху цих поїздів до 4-5 пар в добу, термін окупності одноразових витрат (відносно невеликих в порівнянні з будівництвом окремих швидкісних ліній) перевищуватиме 10-12 років.

Помилково спрощувати також оцінку ефективності швидкісного руху шляхом застосування методу приведених витрат.

Оцінку ефективності швидкісного руху слід проводити із залученням методів проектного аналізу і розглядати реконструкцію тих або інших напрямів як крупні інвестиційні проекти.

В цьому випадку одноразові і поточні експлуатаційні витрати, в нетранспортний ефект і позитивні соціальні наслідки від реалізації проектів слід розглядати стосовно всіх видів і об'ємів перевезень на даному напрямі Це пов'язано з тим, що реконструкція наземної інфраструктури, залізниць в цілому позитивно впливає на всю експлуатаційну діяльність.

Порядок віднесення капітальних витрат до видів перевезень і очікувана комерційна і економічна ефективність при організації швидкісного руху представлені в таблиці 6.1, а показники ефективності поліпшення експлуатаційної роботи — в таблиці 6.2.

Найскладнішим і найделікатнішим питанням є вибір і обґрунтування рівня пасажирського тарифу, який з урахуванням зручностей і сервісних послуг повинний бути не нижче за класи 2—3 і повинний брати до уваги не тільки собівартість перевезення, але і платоспроможність різних верств населення Україні заразом і у майбутньому. Необхідно також враховувати тариф«тихий», що конкурують на даному напрямі інших видів транспорту.

Абсолютно очевидно, що на перших порах ці перевезення можуть бути збитковими і рентабельність залежатиме від населеності поїзда і зростання пасажиропотоку в швидкісному русі.

При оцінці ефективності швидкісного руху з народногосподарських позицій крім економії часу пасажирів слід враховувати втрати від простою автотранспорту і гужового транспорту на залізничних переїздах, розташованих в одному рівні. Зокрема, тільки на лінії Київ - Харків їх налічується 47 од. Ці переїзди (витрати на зміст яких слід частково відносити на швидкісні потяги), що охороняються, закриваються для проїзду автотранспорту) за 20 хв. до проходу швидкісного поїзда.

Народногосподарські втрати, дані, з цим явищем вимагають окремого вивчення, з тим що переїзди з інтенсивним автотранспортним рухом переобладнати в переходи в різних рівнів руху, що зажадає окремого економічного обґрунтування.

В той же час існуюча звітність дозволяє визначати економічну ефективність кожного конкретного поїзда, що повинне дозволити результативніше управляти процесами пасажирськими перевезеннями.

 

Таблиця 6.1 – Показники ефективності експлуатаційної роботи при реконструкції напрямку під швидкісні міжрегіональні поїзди

Наслідки реконструкції колійного господарства і інших технічних пристроїв	Показник економічної та соціальної ефективності
Введення в обіг швидкісних поїздів	Зростання доходів дороги	Задоволення додаткового платоспроможного попиту	Економія часу пасажирів	Зниження транспортної втоми пасажирів
Збільшення маршрутної швидкості інших пасажирських поїздів	Зменшення експлуатаційних витрат	Скорочення потреби в бригадах поїздів	_	Підвищення споживної вартості пасажирських перевезень
Можливе збільшення технічної і дільничної швидкості вантажних поїздів	Зниження експлуатаційних витрат	Скорочення потреби в локомотивах і вагонах	Скорочення термінів доставки вантажів	Скорочення вантажної маси на колесах
Підвищення безпеки руху	Для всіх видів перевезень

 

Основними факторами, що обмежу­ють швидкість руху, є поганий стан земля­ного полотна, переїзди, контактна ме­режа, профіль колії та стрілочні перево­ди. Розглянемо вплив на швидкість тільки профілю колії та стрілочних пе­реводів.

Обмеження швидкості паса­жирських та вантажних поїздів для звичайних однорадіусних кривих визначаються за такими формулами[1]:

; (6.1)

; (6.2)

де R – радіус кривої, м;

– норматив непогашеного прискорення, м/с²;

g – прискорення вільного паді­ння, м/с²;

h – підвищення зовнішньої рейки, мм;

S – ширина колії, мм;

– максимально допустима швид­кість опускання колеса, мм/с; l — дов­жина перехідної кривої, м.

Обмеження швидкості, яке пов’яза­не з нормативом швидкості зростання прискорення (м/с³), визначається за нерівністю:

(6.3)

Розглянемо вплив нормативу непо­гашеного прискорення на швидкість руху поїздів.

Для звичайного поїзда = 0,7 м/с²; для поїздів типу «Столичний експрес» = 1,0м/с²; для поїзда составу Екр-1 (МШП) - =1,8м/с² [1].

Якщо встановити максимальне зна­чення мінімальної швидкості вантаж­них поїздів на рівні 60 км/год. і прийняти достатньою довжину пере­хідних кривих, то залежність підви­щення зовнішньої рейки і максималь­ної швидкості пасажирських поїздів від радіуса кругової кривої буде мати такий характер (таблиця 6.3). Відповідно до (6.3) наведений приклад розрахунку для звичайного поїзда, аналогічні розрахунки наведені у вигляді таблиць (таблиці 6.3, 6,4):

Таблиця 6.2 - Залежність підви­щення зовнішньої рейки і максималь­ної швидкості пасажирських поїздів від радіуса кругової кривої.

R, м
h, мм
Тип рухомого складу	, км/год.

 

Продовження таблиці 6.2

Звичайний
Столичний експрес
Міжрегіональний поїзд

 

Як бачимо, збільшення нормативу непогашеного прискорення дозволяє міжрегіональним швидкісним поїздам при дос­татній довжині перехідних кривих до­сягати швидкості на 20...25 % більшої, ніж «Столичний експрес» (як то Екр-1).

Якщо зменшити обмеження для вантажних поїздів до рівня 45 км/год., то попередня таблиця набуде наступ­ного вигляду (таблиця 6.3).

Таблиця 6.3 – Залежність підви­щення зовнішньої рейки і максималь­ної швидкості пасажирських поїздів від радіуса кругової кривої.

R, м
h, мм
Тип рухомого складу	, км/год.
Звичайний
Столичний експрес
Міжрегіональний поїзд

 

Тобто, в цьому випадку макси­мальні швидкості всіх категорій поїздів знизились на 5—10 км/год.

Довжина перехідної кривої впли­ває на швидкість опускання колеса та на швидкість зростання при­скорення .

Для звичайного поїзда = 28 мм/с; для «Столичного експреса» та поїзда типу Екр-1 - =35 мм/с[1].

Мінімальна довжина перехідної кривої в цьому випадку може визна­чатися за такою формулою:

(6.4)

м.

Значення мінімальної довжини пе­рехідної кривої, що задовольняє цей критерій і забезпечує максимальні швидкості, залежно від підвищення зовнішньої рейки, наведені в таблиці 6.4.

Для поїздів усіх категорій встанов­лено = 0,6м/с³[1]. Час проходження перехідної кривої можна визначити за формулою:

(6.5)

Тоді

(6.6)

Таблиця 6.4 - Значення мінімальної довжини пе­рехідної кривої.

Тип поїзда	км/год.	Підвищення h, мм
		Мінімальна довжина перехідної кривої (м)
Звичайний
Експрес
Міжрегіональний швидкісний поїзд

 

 

Підставивши відповідні значення, отримаємо (таблиця 6.5): для звичайного поїзда ; для експреса — ; для міжрегіонального швидкісного поїзду— .

 

 

Таблиця 6.5 - Потрібна довжина перехідної кривої.

Тип поїзда		Швидкість руху по круговій кривій v, км/год.
	Потрібна довжина перехідної кривої (м) для забезпечення нормативу у при максимальному значенні
МШВ
Експрес						—
Звичайний				—	—	—

 

Розглянемо, який виграш у часі руху дає збільшення швидкості руху порівняно з поїздами типу «Столичний експрес». Як при­клад, розглянемо довгу ділянку з ну­льовим ухилом, посередині якої є кри­ва, що обмежує швидкість руху. Мак­симальну швидкість на прямій обме­жимо 160 км/год. Виграш у часі руху для швидкостей з попередніх таблиць у цьому випадку наведено в таблиці 6.6.

Таблиця 6.6 - Виграш у часі руху.

,км/год. Експрес	,км/год. МШВ	, км/год.	Економія часу (с) при довжині кривої ділянки, м

 

Розглянемо тепер ефект від підви­щення швидкості руху поїздів стрілоч­ними переводами. Розглянемо стрі­лочні переводи з максимальною швид­кістю руху поїздів у прямому напрям­ку 100,120,140 та 160 км/год.

Зміни часу руху подані (таблиця 6.7) залежно від швидкості руху стрілочними переводами, що дорівнює 120 км/год.

 

 

Таблиця 6.7 – Зміни часу руху від швидкості руху стрілочними переводами, що дорівнює 120 км/год.

Довжина станції, м	Швидкість руху станцією, км/год.
	Економія часу (с)
	-20
	-17
	-14

 

Доцільно, поряд зі змінами параметрів плану, розгляну­ти також встановлення підвищень, які забезпечать максимальні швид­кості руху пасажирських поїздів

Для отриманих трьох варіантів плану здійснювався вибір підвищень зовнішньої рейки із забезпеченням максимально можливих швидкостей руху пасажирських поїздів також у трьох варіантах:

- Рух звичайних пасажирських поїздів.

- Рух поїздів типу «Столичний ек­спрес».

- Рух міжрегіональних швидкісних поїздів з примусовим нахи­лом кузова типу Екр-1.

Для отриманих у результаті варі­антів плану ліній були виконані тя­гові розрахунки. Результати деяких розрахунків для напрямку Київ— Дніпропетровськ наведені в таблиця 6.8.

 

 

Таблиця 6.8 – Можливий виграш у часі при застосуванні поїзда.

Тип поїзда	Час руху поїзда Київ—Дніпропетровськ без урахування зупинок, хв.
При існую­чому стані плану	При мінімальних рихтуваннях	При зміні траси для зняття обмежень
Швидкість руху по станціях, км/год.	Максимальна швидкість, км/год.
Експрес Міжрегіональний швидкісний поїзд
Виграш у часі при застосуванні міжрегіональних поїз­дів					-

 

 

Як бачимо, застосування мінімаль­них рихтувань дає зниження часу руху майже на півгодини, ще 20 хви­лин — дає заміна стрілочних пере­водів.

Оскільки збільшення швидкості ставить підвищені вимоги до якості проектування, виправки і утримання кривих, необхідні нові підходи до розрахунків та виконання робіт. Безумовно, це призведе до підвищення вартості проек­тування таких ділянок, однак це ви­мушений крок, без якого реалізувати якісне підвищення швидкостей буде практично неможливо. Те, що мало впливало на показники руху поїздів при швидкостях 100...120 км/год., стає важливим при швидкостях 160 км/годі більше.

Висновки

В результаті проведеної роботи було розглянуто світовий досвід роботи високошвидкісного залізничного рухомого складу, принципи його вровадження в Україні. Проведений електромагнітний розрахунок електричного двигуна, визначено його геометричні величини та параметри режимів роботи двигуна, розраховані характеристики двигуна при його роботі в цих режимах; нарисовані ескізи пазів статора, ротора двигуна та магнітного кола машини.

Виходячи з вищепрезентованих даних, можна резюмувати, що створення тягового двигуна (тобто машини з обмеженостями за габаритним показниками) потужністю понад 1600 кВт викликає досить серйозні складності, пов’язані з вирішення подвійної задачі – влізти в габаритні рамки двигуна з однієї сторони, але не зменшити необхідну кількість матеріалів магнітних та електричних кіл, щоб були коректними показники лінійного навантаження, густини струму, потоку та струму намагнічування. Задовілнити усім вимогам на таких потужностях досить важко, особливо тепловому фактору. Тому необхідно сказати, що спроектований двигун повинен мати досить потужну охолоджуючу систему з подачею мотор-вентилятора, що перевищює цей показник у існуючих на сьогодні електровозів.

Крім того, враховуючи те, що розміри двигуна в основному взяті «на межі», такий електровоз повинен мати відмінне ресорне підвішування, здатне гасити досить серйозні динамічні прискорення від на стільки великого двигуна на швидкостях до 200 км/год.

Проаналізувавши доцільність відкриття високошвидкісного руху в Україні, можна зробити висновок, що теоретичні передумови для цього є. Однак для повноцінного втілення в життя цих ідей необхідно працювати над питання підвишення доходів усіх верст населення держави, збільшення їх соціального рівня розвитку. Це необхідно для підвищення темпу окупності даного проекту, забезпечення стабільного прибутку та обсягів роботи. Врахувати потрібно і те. що розвикток ВШМ призведе і до «повороту» звичайних поїздів на ці магістралі в час, вільний від високошвидкісного поїзда на ній, що позитивно впливатиме і на ріст дільничих швидкостей вантажних поїздів на звичайних лініях завдяки їх частковому звільненню від «заважаючих» поїздів.

Тобто як бачимо, питамня такого руху переходить з комерційної площини у політичну, статегічну та загальнодержавну, що при вдалості керівних осіб (як в державі, так і на залізниці) повинно призветси до досить позитивних наслідків.

Список джерел

1. Высокоскоростной электрический транспорт. Мировой опыт / Корниенко В.В., Омельяненко В.И. – Харьков: НТУ «ХПИ», 2007. – 159 с.

2. Концепція Державної цільової програми впровадження на залізницях швидкісного руху пасажирських поїздів на 2005 – 2015 роки. Розпорядження Кабінету Міністрів України від 31 грудня 2004 р. N 979 р.

3. Техническая спецификация для способности к взаимодействию, касающейся подсистемы подвижного состава: Решение Комиссии от 21 февраля 2008.

4. Киселев И.П. Краткий обзор высокоскоростных поездов в Японии. Часть 1 // Железные дороги мира. – 2005. - №7.

Киселев И.П. Краткий обзор высокоскоростных поездов в Японии. Часть 2 // Железные дороги мира. – 2005. - №8.

5. Киселев И.П. Краткий обзор высокоскоростных поездов в Японии. Часть 3 // Железные дороги мира. – 2005. - №9.

6. Скоростной и высокоскоростной железнодорожный транспорт. В прошлом, настоящем и будущем / Под общ. ред. Ковалева В.И. Том 1. – СПб6 «Выбор». – 2001. – 320 с.

7. Скоростной и высокоскоростной железнодорожный транспорт. Сооружения и устройства. Подвижной состав. Организация перевозок / Под общ. ред. Ковалева В.И. Том 2. – СПб6 «Выбор». – 2003. – 448 с.

8. Курбасов А.С., Седов В.И., Сорин Л.Н. Проектирование тяговых электродвигателей: Учеб. Пособие для вузов. ж. д. трансп. / Под ред. А.С. Курбасова. – М.: Транспорт, 1987. – 536 с.

9. Теорія тягового електропривода: Методичні вказівки до виконання курсового проекту «Проектування тягового асинхронного двигуна» / Дніпропетр. нац. ун-т залізн. трансп. імені акад. В. Лазаряна; Уклад.: Ю.Б. Напара, В.Є. Васильєв. – Д, 2008. – 44 с.

10. Электроподвижной состав с асинхронным тяговыми двигателями / Н.А. Ротанов, А.С. Курбасов, Ю.Г. Быков, В.В. Литовченко; Под ред. Н.А. Ротанова. – М.: Транспорт, 1991. – 336 с.

 

Додаток А
демонстраційний матеріал до дипломної магістерської роботи на тему: «Пасажирський електровоз подвійного живлення з асинхронним приводом для швидкісного руху. Визначення параметрів тягового двигуна»