Увеличение ходовых скоростей

Глава 33. УВЕЛИЧЕНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ

Увеличение ходовых скоростей

Повышение пропускной способности увеличением ходовых скоростей движения грузовых поездов достигается за счет сокращения времени занятия перегонов, а также станционных интервалов (уменьшается период графика), сближения скоростей грузовых и пассажирских поездов (уменьшается съем пропускной способности) и увеличивается максимальная пропускная способность в парах поездов параллельного графика и уменьшается коэффициент съема . Таким образом, наличная провозная способность линии повышается.

В особом положении находятся двухпутные линии, оборудованные автоблокировкой. Здесь период графика (межпоездной интервал) также зависит от скорости, но лишь в определенных пределах. Эти пределы зависят от условий приема поездов на станции и для современных грузонапряженных линий сети составляют 6–7 мин. Дальнейшее снижение интервала требует кроме повышения скорости изменения конструкций входных горловин парков приема на технических станциях, а также укладки стрелочных переводов с более пологими марками крестовин на промежуточных станциях.

Увеличение скоростей движения грузовых поездов имеет большое значение, так как это ускоряет доставку и обеспечивает лучшую сохранность грузов, улучшает оборот подвижного состава и повышает производительность труда локомотивных бригад. Уровнем скоростей движения поездов в значительной мере определяются требования к конструкциям верхнего строения пути и искусственных сооружений, параметрам локомотивов и вагонов, устройствам автоматики, телемеханики и связи на перегонах и станциях и др. Поэтому при технико-экономической оценке эффективности повышения скоростей движения для увеличения пропускной способности линий приходится учитывать широкий круг факторов, определяющих условия эксплуатации линий и развития их технического оснащения. Различают три направления в повышении ходовых скоростей движения: увеличение скорости при езде с тягой, максимально допустимой на спусках и снижением основного сопротивления движению.

Увеличение скорости на рабочей части профиля при езде с тягой требует повышения мощности локомотивов. Так же как и при повышении массы поезда, это можно осуществить постановкой как более мощных локомотивов во главе поездов, так и вспомогательных локомотивов на части направления (двойная тяга) или на отдельных перегонах (скоростное подталкивание). Рациональный уровень ходовой скорости на рабочей части профиля (при езде с тягой) устанавливают, сопоставляя дополнительные затраты и экономию, связанные с введением более мощных локомотивов и повышением скорости. В приближенных расчетах, выполняемых для изучения общих закономерностей и получения примерных ориентиров, можно пользоваться укрупненными показателями. Затраты, связанные со скоростью поездов, в таких расчетах принимают в зависимости от двух показателей: времени, затрачиваемого на пере­движение поездов, и энергии, необходимой на перемещение подвижного состава, включая остановки. От времени зависят расходы на подвижной состав и стоимость товарно-материальных ценностей, нахо­дящихся в процессе перевозки, часть затрат на содержание локомотивных бригад, ремонт и содержание подвижного состава.

С механической работой связаны расходы на электроэнергию и топливо, ремонт двигателей локомотивов и ходовых частей подвижного состава, ремонт пути и его текущее содержание и др. Общие затраты в функции скорости грузовых поездов на рабочей части профиля, руб., в расчете на 1 г км грузовых перевозок определяют

где – расходы, связанные с временем нахождения вагонов и грузов в пути, руб.; – затраты на оплату труда бригад, руб.; – расходы, связанные с механической работой локомотива, руб.; – затраты, связанные с повышением мощности локомотивов, руб.; затраты от остановок поездов для скрещений и обгонов, руб.

Из условия определяется выражение для определения уровня оптимальной скорости грузовых поездов:

где затраты, приходящиеся на 1 т-ч груженого вагона; стоимость 1 ч работы локомотивной бригады; отношение массы локомотива к массе поезда; расходы, приходящиеся на 1 т-км механической работы; переводной коэффициент.

Следует отметить, что формула (33.1) получена в предположении, что v и i3 мало зависят от ходовой скорости. Это вполне допустимо, если значения и принять средними в диапазоне скоростей, близких к оптимальным на рабочей части профиля, т. е. в интервале от 50 до 80 км/ч.

Расчеты показывают, что оптимальный уровень ходовых скоростей на рабочей части профиля на двухпутных линиях при тепловозной тяге 55 – 60 км/ч и при электрической 60–65 км/ч. Более высокая скорость при электрической тяге объясняется следующим. На электрифицированных линиях с ростом скорости сокращаются расходы, связанные с механической работой локомотивов, так как уменьшается стоимость их ремонта (в сравнении с тепловозами). К тому же затраты на локомотивный парк в части, зависящей от скорости, ниже, чем на тепловозы. Правда, соответственно возрастают затраты на усиление мощности контактной сети и подстанций. Однако общий баланс всех затрат сказывается в пользу повышения скорости.

На однопутных линиях с ростом скорости существенно увеличиваются затраты, руб., связанные с остановками и находящиеся в зависимости от квадрата скорости:

где коэффициент, представляющий собой отношение скорости начала торможения к ходовой; продолжительность стоянки поезда, мин.

И хотя при данных размерах движения с ростом скорости сокращается число остановок, суммарные затраты на них возрастают. Но в связи с тем, что при увеличении скорости на однопутных линиях могут быть отдалены более капиталоемкие мероприятия по увеличению пропускной способности, оптимальные скорости здесь оказываются близкими к получаемым на двухпутных линиях.

Ходовая скорость на линии в целом может быть определена в зависимости от скоростей на рабочей части профиля и максимально допустимой на спусках . Повышение последней дополнительно к положительному эффекту, получаемому от скорости на рабочей части профиля, позволяет экономить топливо (электроэнергию) и снижать расходы на ремонт подвижного состава и пути.

Максимальная скорость на спусках по состоянию пути зависит от следующих факторов:

· типа и износа верхнего строения пути, а также состояния земляного полотна;

· допускаемого воздействия подвижного состава на искусственные сооружения;

· плана линии;

· прочности и качества контактной сети, а также типа устройств автоматики и связи.

При заданном типе верхнего строения пути возможный уровень скоростей приближенно составляет:

,

где максимальная скорость, км/ч; q – масса 1 м рельса, кг; A – параметр, значение которого колеблется от 1,70 до 3,00, а в среднем может быть принято 2,5.

По состоянию пути на всех линиях, где уложены рельсы не слабее Р50 на щебеночном балласте, возможны максимально допустимые скорости до 120 – 150 км/ч. Примерно такие же скорости могут быть реализованы и в кривых с радиусами более 500 м. Протяженность кривых с меньшим радиусом незначительна и приходится на слабонагруженные участки. Четырехосные вагоны современных конструкций обеспечивают скорости движения до 90 км/ч. Для дальнейшего повышения скоростей требуется усовершенствовать рессорное подвешивание. Таким образом, наиболее вероятное значение максимальной скорости на спусках очевидно находится в интервале от 90 до 120 км/ч. В этом диапазоне скоростей экономия времени и механической работы с ростом носит затухающий характер. Как видно из рис. 33.1, за пределом скорости 110 км/ч прирост экономии незначителен. Диапазон оптимального значения может быть сокращен до 90–110 км/ч. Более точные расчеты показывают, что рациональный уровень максимальных ходовых скоростей грузовых поездов на спусках – 100 км/ч.

Рисунок 33.1 – Зависимость экономии времени 1 и механической работы 2 от максимальной скорости:

–––––––– – тепловозная; – – – – – электрическая тяга

Наивыгоднейшая среднеходовая скорость на линии зависит от относительной протяженности участков, проходимых с тягой , и без тяги :

.

Диапазон оптимальных среднеходовых скоростей грузовых поездов, км/ч, в современных условиях:

	Электрическая тяга	Тепловозная тяга
Обычные грузовые поезда	65-70	60-65
Ускоренные и рефрижераторные поезда	85-95	85-95

Снижение сопротивления движению достигается улучшением использования грузоподъемности вагонов и увеличением нагрузки на каждую их ось, усилением мощности верхнего строения пути, в том числе устройством бесстыкового пути, усовершенствованием конструкции тормозной системы и оборудованием вагонов роликовыми подшипниками. При заданном типе локомотива, мощность которого представляется известной уменьшение сопротивления позволяет повысить скорость движения, причем более существенно при тепловозной тяге, чем при электрической, так как мощность тепловоза постоянна в широком диапазоне ходовых скоростей. Меры, направленные на повышение скоростей снижением сопротивления движению, в большей части имеют общесетевой характер. В конкретных условиях на отдельных линиях нужно учитывать влияние этих мер на соответствующие характеристики подвижного состава, вагоно- и поездопотоков. Возможности влияния на эти характеристики на отдельных линиях ограничены.

Эффективность повышения скорости движения для усиления пропускной способности линий определяют конкретным технико-экономическим расчетом. Однако на однопутных линиях период графика сокращается медленнее, чем растет скорость, так как в него, кроме времени хода поездов по перегону, входят также станционные интервалы. Поэтому относительный прирост пропускной способности составляет, как правило, примерно лишь 70% прироста средней скорости. На отдельных же лимитирующих перегонах повышение ходовой скорости движения может значительно влиять на пропускную способность участка. На таких перегонах необходимо принять все меры для увеличения ее до максимально допустимых значений. При этом может оказаться целесообразным скоростное подталкивание, если возвращать подталкивающие локомотивы без дополнительного к времени хода поезда занятия перегона (рис. 33.2, а).

Рисунок 33.2 – Уменьшение периода графика при увеличении скоростей движения

На двухпутных линиях увеличение пропускной способности от повышения скорости движения наиболее ощутимо при полуавтоматической блокировке, так как сокращается время занятия перегона и соответственно уменьшается период графика. Наибольшее же увеличение пропускной способности и наибольший экономический эффект рост скоростей движения дает на участках с двухпутными вставками для безостановочных скрещений. Здесь в связи с уменьшением периода графика с (исходная скорость) до (повышенная) (рис. 33.2,6) пропускная способность при заданном расстоянии между центрами вставок соответственно увеличится

с………

до ,

где и ходовая скорость соответственно исходная и повышенная, км/ч.

Однако эффект от увеличения скоростей на таких линиях можно получить лишь при комплексном решении задачи, выбора оптимального уровня ходовой скорости и рационального размещения двухпутных вставок. На эксплуатируемых двухпутных вставках при изменении скорости практически невозможно добиться идентичности перегонов, так как соотношения увеличенных и исходных скоростей движения на различных элементах профиля неодинаковы. При проектировании двухпутных вставок сокращение капитальных вложений на частичное сооружение второго главного пути рассчитывают следующим образом. Необходимая степень двухпутности линии со вставками для безостановочных скрещений

,

где средняя длина двухпутной вставки, обеспечивающей скрещение поездов без снижения скорости, м; среднее расстояние между центрами вставок (осями скрещений), м; заданный уровень наличной пропускной способности в парах поездов параллельного графика.

Определяя длину вставки как , получим зависимость степени двухпутности линии от средней ходовой скорости

Тогда экономия капитальных затрат на сооружение двухпутных вставок, отнесенная на 1 км линии:

,

где увеличенная ходовая скорость грузовых поездов, км/ч; стоимость сооружения 1 км двухпутных вставок, руб.