Выбор композиции, весовых норм и скоростей движения пассажирских поездов

 

Композиция состава пассажирского поезда устанавливает число и порядок размещения вагонов разных категорий (плацкартных, купейных, мягких и др.) и определяет, с одной стороны, уровень удобств, предоставляемых пассажирам, с другой – расчетную населенность поездов и их вес, а, следовательно, скорости поездов, размеры их движения и расходы железных дорог, связанные с пассажирскими поездами. Поэтому в данном курсовом проекте выбор композиции состава выполняется совместно с определением веса и скорости пассажирских поездов.

В состав поезда включаются следующие вагоны: 1-2 мягких, 5-8 купейных, 7-8 некупейных с плацкартными или общими местами, а также вагон-ресторан, багажный и почтовый вагоны. При этом Вместимость состава меняется в пределах от 400 до 1100 человек.

Для расчета намечаются 4 варианта композиций составов (таблица 2.1), для каждого из которых в соответствии с количеством мест в каждом вагоне и его весом определяются населенность и весовая норма поездов. При этом нагрузка от пассажирок и ручной клади принимается для мягких вагонов – 3 т, купейных – 4 т, некупейных плацкартных – 6 т, некупейных неплацкартных – 6 т, некупейных неплацкартных межобластных – 6 т на вагон.

На выбор наилучшего значения композиции, весовой нормы поездов и их скорости оказывают влияние: мощность локомотива, тип профиля пути, конструктивные скорости подвижного состава и др. Важными факторами являются скорость доставки пассажиров и денежные затраты, связанные с выполнением перевозок. Поэтому для нахождения оптимальных значений веса и скорости поездов выполняются технико-экономические расчеты. При этом учитываются затраты на потребный парк локомотивов, содержание локомотивных бригад, электроэнергию (или топливо) и ремонтные работы, потребное усиление пропускной способности линии, удлинение станционных путей и платформ, развитие вагонных экипировочных депо и др.

При заданном техническом оснащении линии наибольшее влияние на скорость и вес оказывает стоимость пассажиро-часов следования и механической работы локомотива, затрачиваемой на тягу поездов. Оптимальные весовые нормы поездов и скорости движения устанавливаются для 4 категорий поездов и их композиций при различной расчетной населенности, заданной длине станционных путей и мощности локомотива по минимуму приведенных затрат, учитывающих изменяющиеся в этих 4 вариантах капитальные вложения и эксплуатационные расходы.

Таблица 2.1

Варианты композиций составов пассажирских поездов

№	Категория вагона	Число вагонов	Тара вагона, т	Масса п.-в. и р.-й. клади	Масса в.-в.	Число мест в вагоне	Число мест в составе
1	Мягкий	2	57	3	120	18	36
	Купейный	10	52	4	560	36	360
	Некупейный	4	50	6	224	54	216
	Багажный	1	45	12	57	0	0
	Вагон-ресторан	1	56	3	59	0	0
	Почтовый	0	55	5	-	0	0
Итого		18	-	-	1020	-	612
2	Мягкий	1	57	3	60	18	18
	Купейный	8	52	4	448	36	288
	Некупейный	6	50	6	336	54	324
	Багажный	0	45	12	-	0	0
	Вагон-ресторан	1	56	3	59	0	0
	Почтовый	1	55	5	60	0	0
Итого		17	-	-	963	-	630
3	Мягкий	0	57	3	-	18	0
	Купейный	4	52	4	224	36	144
	Некупейный	10	50	6	560	54	540
	Багажный	0	45	12	-	0	0
	Вагон-ресторан	1	56	3	59	0	0
	Почтовый	0	55	5	-	0	0
Итого		15	-	-	843	-	684
4	Мягкий	0	57	3	-	18	0
	Купейный	0	52	4	-	36	0
	Некупейный	13	50	6	728	54	702
	Багажный	1	45	12	57	0	0
	Вагон-ресторан	1	56	3	59	0	0
	Почтовый	1	55	5	60	0	0
Итого		16	-	-	904	-	702

Е = R_мехC_ткм+(L/b_мV_х)C_п-ч (руб.),                (2.1)

Где R_мех - механическая работа локомотива, ткм;

C_ткм - расходная ставка на 1 ткм механической работы локомотива,

C_ткм = 0,063 руб.;

C_п-ч - приведенная стоимость 1 поездо-часа пассажирского поезда с учетом оценки времени пассажиров, руб.;

L - длина направления, км;

V_х - ходовая скорость, км/ч;

b_м - коэффициент маршрутной скорости пассажирских поездов, зависящий от количества и продолжительности стоянок поездов;

Механическая работа определяется выражением:

R_мех = (P+Q)×(w_o +i_э) ×10^-3 L + 3,8(P+Q) × (a×V_х)² 10^-6 K_ост, (т км) (2.2)

Где Р – масса локомотива, т;

Q - масса состава брутто, т;

i_э - эквивалентный по механической работе уклон, ^о/_оо;

a - отношение скорости начала торможения к ходовой скорости;

K_ост - количество остановок пассажирского поезда;

w_o - основное удельное сопротивление движению поезда, кг/т;

w_o = (w_o^’ ×P + w_o^” ×Q)/(P+Q), (кг/т)                  (2.3)

Где w_o^’ - основное удельное сопротивление движению локомотива, кг/т;

w_o^” - основное удельное сопротивление движению пассажирских вагонов, кг/т;

Значения w_o^’ и w_o^” устанавливаются по формулам:

w_o^’ = 1,9+0,01×V_х +0,0003×V_х², (кг/т)           (2.4)

w_o^” = 1,2+0,012×V_х + 0,0002×V_х² (кг/т)          (2.5)

Приведенные затраты, приходящиеся на 1 поездо-час пассажирского поезда, рассчитываются по формуле:

C_п-ч = b_л× C_л-ч + b_бр×C_б-ч^л + b_пр×C_б-ч^пр ×m + C_ласс-ч×a_п + Sm_i×C_ваг-чⁱ, (руб.)(2.6)

Где m - число вагонов в составе поезда;

C_л-ч - приведенная стоимость 1 локомотиво-часа, C_л-ч = 4,1руб.;

C_б-ч^л, C_б-ч^пр - приведенная стоимость 1 часа работы соответственно локомотивной бригады и бригады проводников, C_б-ч^л = 2,98 руб, C_б-ч^пр = 0,54 руб;

b_л, b_бр, b_пр - коэффициенты, учитывающие время внепоездной работы соответственно локомотива, локомотивной бригады и бригады проводников, b_л = 1,2, b_бр = 1,2, b_пр = 1,1;

C_ласс-ч - приведенная стоимость пассажиро-часа, C_ласс-ч = 0,15 руб.;

a_п - вместимость состава поезда, пассажиров;

n - число категорий вагонов в составе поезда;

i - тип вагона;

C_ваг-чⁱ - приведенная стоимость 1 вагоно-часа для вагонов, руб.;

мягкого – 1,803 руб.; купейного – 1,623 руб.; некупейного – 1,042 руб.; багажного – 0,851 руб.; вагона-ресторана – 0,860 руб.; почтового – 0,851 руб.

Пример расчета для скорости 100 км/ч для первого варианта композиции:

w_o^’ = 1,9+0,01×100+0,0003×10000 = 5,9 (кг/т)

w_o^” = 1,2+0,012×100+0,0002×10000 = 4,4 (кг/т)

w_o = (5,9×138+4,4×1020)/(138+1020) = 4,58 (кг/т)

R_мех=(138+1020) × (4,58+1) ×0,001×935 + 3,8(138+1020) × (0,8×100)²×10^-6×4= =  6154,28 (т км)

C_п-ч =1,2×4,1+1,2×2,98+1,1×0,54×18+0,15×612+2×1,803+10×1,623+4×1,042+

+1×0,851+1×0,860 = 136,70 (руб)

Е = 6154,28×0,063+(935/0,66×100)×136,70= 2324,34 (руб)

Результаты промежуточных расчетов сводятся во вспомогательную таблицу 2.2.

Таблица 2.2

Стоимость пассажиро-часов следования и механической работы локомотива

№	Показатели	Ходовая скорость
		100	120	140	160	180	200
1	2	3	4	5	6	7	8
1	wo^’	5,9	7,42	9,18	11,18	13,42	15,9
	wo^”	4,4	5,52	6,8	8,24	9,84	11,6
	wo	4,58	5,75	7,08	10671,8	10,27	12,11
	Rмех	6154,3	7470,6	8969,3	136,7	12567,4	14645,2

 

1	2	3	4	5	6	7	8
	Cп-ч	136,7	136,7	136,7	136,7	136,7	136,7
2	wo^’	5,9	7,42	9,18	11,18	13,42	15,9
	wo^”	4,4	5,52	6,8	8,24	9,84	11,6
	wo	4,59	5,76	7,09	8,61	10,29	12,14
	Rмех	5861,4	7113,2	8538,1	10167,1	11969,3	13995,2
	Cп-ч	135,84	135,84	135,84	135,84	135,84	135,84
3	wo^’	5,9	7,42	9,18	11,18	13,42	15,9
	wo^”	4,4	5,52	6,8	8,24	9,84	11,6
	wo	4,61	5,79	7,13	8,65	10,34	12,2
	Rмех	5241,1	6763,2	7644,2	9095,6	10710,7	12489,2
	Cп-ч	137,78	137,78	137,78	137,78	137,78	137,78
4	wo^’	5,9	7,42	9,18	11,18	13,42	15,9
	wo^”	4,4	5,52	6,8	8,24	9,84	11,6
	wo	4,6	5,77	7,11	8,63	10,31	12,17
	Rмех	5557,3	6741,8	8100	9641,7	11347,4	13236,6
	Cп-ч	139,11	139,11	139,11	139,11	139,11	139,11

Результаты расчетов приведенных суммарных затрат, а также затрат, приходящихся на одного пассажира сводятся соответственно в таблицы 2.3 и 2.4.

Таблица 2.3

Приведенные суммарные затраты по вариантам, руб.

№ вар.	Затраты	Ходовая скорость, км/ч
		100	120	140	160	180	200
1	Еэн	387,71	470,65	565,06	672,32	791,74	922,65
	Евр	1936,62	1613,85	1383,30	1210,39	1075,90	968,31
	Е	2324,34	2084,50	1948,36	1882,71	1867,64	1890,96
2	Еэн	369,28	448,13	537,90	640,53	754,07	879,18
	Евр	1924,45	1603,71	1374,61	1202,79	1069,14	962,23
	Е	2293,73	2051,84	1912,51	1843,32	1823,21	1841,41
3	Еэн	330,19	426,06	481,58	573,02	674,77	786,82
	Евр	1951,85	1626,54	1394,18	1219,91	1084,36	975,93
	Е	2282,04	2052,61	1875,76	1792,93	1759,13	1762,75
4	Еэн	350,11	424,73	510,30	607,43	714,89	833,91
	Евр	1970,69	1642,25	1407,64	1231,69	1094,83	985,35
	Е	2320,80	2066,97	1917,94	1839,12	1809,72	1819,26

 

Таблица 2.4

Затраты, приходящиеся на одного пассажира, руб.

№ варианта	Мин.приведенные суммарные затраты Е,руб.	Удельные приведенные затраты, а=Е/а
1	1867,64	3,05
2	1823,21	2,89
3	1759,13	2,57
4	1809,72	2,58

 

Выбор варианта композиции состава пассажирского поезда производится на основе сопоставления приведенных суммарных затрат и затрат, приходящихся на одного пассажира, причем последнее является решающим. Из таблицы видно, что наименьшие затраты на одного пассажира – при четвертой композиции, приведенные суммарные затраты при этом равны 1875,46 руб.

Далее выполняется графическое определение оптимальной ходовой скорости движения пассажирского поезда (рисунок 2.1).

Рисунок 1.1 Графическое определение оптимальной скорости хода пассажирского поезда

 

Из графика видно, что оптимальное значение ходовой скорости, при которой приведенные суммарные затраты – минимальны, равно 180 км/ч.

Полученное значение веса и скорости проверяется по ряду требований:

1) по соответствию мощности заданного локомотива:

- по условию трогания с места (1 проверка);

- по обеспечению оптимального уровня ходовой скорости (2 проверка);

2) по длине платформ и станционных приемо-отправочных путей (3 проверка).

Первая проверка производится по формуле:

Q’ = [F_тр / ((w_тр+i_р)×9,80665)] – P (т),                  (2.7)

Где Q’ - вес состава, при котором возможно трогание с места, т;

F_тр - сила тяги локомотива при трогании с места, кН;

i_р - руководящий уклон, ^о/_оо;

Р – вес локомотива, т;

w_тр - удельное сопротивление состава при трогании с места, Н/кН;

w_тр = 28 / (q_o +7) (Н/кН),                        (2.8)

Где q_o - нагрузка на ось, т.

q_o = Q/(m×4) (т),                            (2.9)

Если Q’ > Q, то условие проверки выполняется.

Расчеты ведутся по 4 вариантам (4 композиции состава пассажирского поезда).

q_o¹ = 1158/18×4=16,08 (т)

q_o² = 1101/17×4 =16,19 (т)

q_o³ = 981/15×4 =16,35 (т)

q_o⁴ = 1042/16×4 =16,28 (т)

Удельное сопротивление при трогании состава с места:

w_тр¹ = 28/16,08+7=1,2132 (Н/кН)

w_тр² = 28/16,19+7 =1,2074 (Н/кН)

w_тр³ = 28/16,35+7=1,1991 (Н/кН)

w_тр⁴ = 28/16,28+7=1,2028 (Н/кН)

Вес состава, при котором возможно трогание с места:

Q’¹ = 496800/(1,2132+6) ×9,80665 –138 = 6885,17 (т); 6885,17 >1158;

Q’² = 496800/(1,2074+6) ×9,80665 –138 = 6890,82 (т); 6890,82 >1101;

Q’³ = 496800/(1,1991+6) ×9,80665 –138 = 6898,93 (т); 6898,93 >981;

Q’⁴ = 496800/(1,2028+6) ×9,80665 –138 = 6895,31 (т); 6895,31 > 1042;

Из расчетов видно, что условие первой проверки выполняется.

Вторая проверка выполняется, исходя из достижения скорости, полученной по технико-экономическому расчету; поезд должен иметь скорость на расчетном подъеме не ниже, чем определенную соотношением:

V_р = V_х/K (км/ч)                           (2.10) V_р = 180/0,7 = 257,14 (км/ч)

Касательная мощность локомотива для электрической тяги определяется по формуле:

N_к = F_к×V_р / 367,2 (кВт),                       (2.11)

Где F_к – касательная сила тяги локомотива.

F_к = Р× (w_о^’+I_р)+Q× (w_о^”+I_р)

F_к = 184× (13,42+6)+908× (9,84+6) = 17956 (кН)   (2.12)

N_к = 17956×257,14 / 367,2 = 12574,09 (кН)

Значение скорости на расчетном подъеме можно определить графоаналитическим способом. Подставив уравнение (2.12)в (2.11), получаем:

[Р*(w_о^’+I_р)+Q× (w_о^”+I_р)] × V_р = 367,2× N_к           (2.13)      

367,2N_к,кВт

 

0                                             V_р=270       V_р, км/ч

Рис. 2.2

 

На этом рисунке горизонтальная прямая линия соответствует наличной мощности локомотива (правая часть уравнения (2.13)); кривая – потребной мощности локомотива для реализации различных значений скорости на расчетном подъеме (левая часть уравнения (2.13)).

По условиям проверки, если скорость, определенная графоаналитическим способом, больше, чем определенная по формуле (2.10), то условие проверки выполняется.

270 > 257,14 – условие выполняется.

Третья проверка: длина пассажирских платформ должна быть не менее длины состава пассажирского поезда.

Из четырех композиций, выбранных в курсовом, наибольшая длина состава составляет 18×25 = 450 м. Длина пассажирских платформ – 450-500 м, т.е. условие соблюдается.