МОГИЛА_УП

потоки характерны для железных дорог, расположенных в районах добычи и транспортировки природных ресурсов.

Пример. Требуется рассчитать размеры движения на заданный объем перевозок и определить соотношение между нормой массы и средней массой поезда.

Исходные данные. Объем перевозок в заданном направлении движения no 1000 ваг./сут. Распределение этого вагонопотока в поездах с

определенными погонными нагрузками приведено в трех вариантах на гистограммах (см. рис. 4.2). Полезная длина приемоотправочных путей

Требуется: определить возможные варианты размеров движения поездов для каждого из трех вариантов распределения вагонопотоков по погонным нагрузкам, в зависимости от установленных шести значений норм массы, а также рассчитать среднюю массу и среднюю длину поездов.

Решение. Установим возможные варианты нормы массы, т, определив их из условия Qн Ро ( с n л 10) Ро п . Варианты ограничи-

тельных нагрузок Ро , делящих поезда на полносоставные и полновес-

ные, для каждого из шести вариантов норм массы для удобства расчетов установим на границах группировок гистограмм на уровнях 2,25; 3,25; 4,25; 5,25; 6,25; 7,25 т/м.

Расчет размеров движения выполним по формулам (4.71) и (4.72).

В связи с однотипностью расчетов здесь приведен подробный расчет размеров движения, средней массы и средней длины поездов лишь для одного варианта нормы массы, соответствующего вагонопотоку со сред-

ней погонной нагрузкой P* 4,67 т/м (см. рис. 4.2, а) и ограничительной

нагрузке 5,25 т/м.

Для этих данных норма массы поезда составит

Qн 5,25(850 34 10) 4232 т,

а доля вагонопотока, следующего в полносоставных поездах, согласно

Количество полновесных поездов определяем по формуле

91

Рассчитаем отношение длины полносоставного поезда к средней

Результаты расчетов для всех шести вариантов норм массы (табл. 4.3, рис. 4.17–4.20) позволяют сделать важные выводы.

Как следует из рис. 4.17 и 4.18, с увеличением нормы массы средняя масса поездов и средняя их длина также возрастают, но темп роста на отрезке от минимального значения погонной нагрузки до максимального

– разный.

Так, средняя масса поезда для вагонопотоков со средней погонной нагрузкой 3,07 т/м в диапазоне норм массы от 2000 до 4000 т возрастает достаточно быстро, в диапазоне от 4000 до 5000 т темп ее прироста очень сильно снижается, а в интервале от 5000 т и выше – полностью прекращается. То же самое можно сказать и о средней длине поездов, поскольку эти параметры поездов взаимосвязаны.

Таблица 4.3

92

Результаты расчета размеров движения поездов, их средней массы и средней длины в зависимости от нормы массы поезда

Объясняется это тем, что основная часть вагонопотока (см. рис. 4.2, а) сосредоточена в интервале погонных нагрузок от 2 до 5 т/м, что соответствует нормам массы до 4000 т. На долю более высоких погонных нагрузок (более 5 т/м) в данном случае приходится всего лишь около 8 % вагонопотока, который не может оказать существенного влияния на темпы прироста средней массы и средней длины поездов.

Такие же закономерности наблюдаются и при более тяжелых вагонопотоках (со средними нагрузками 4,65 и 5,89 т/м) с той разницей, что снижение, а затем и прекращение прироста средней массы и длины поездов происходит при более высоких значениях нормы массы и погонных нагрузок. Так, например, для вагонопотока с погонной нагрузкой 5,89 т/м заметное снижение средней массы и длины поездов наблюдается только при норме массы 5500 т и погонной нагрузке 6,82 т/м. Объясняется это тем, что, согласно гистограмме (см. рис. 4.2, в), основная часть вагонопотока сосредоточена в области высоких погонных нагрузок.

93

Из рис. 4.19 следует, что с увеличением нормы массы количество полновесных поездов сокращается, а полносоставных увеличивается. В точках А, Б и В количество полносоставных поездов равно количеству полновесных для каждой из гистограмм распределения вагонопотоков. Эти точки соответствуют средним погонным нагрузкам гистограмм на рис. 4.2, а, б, в.

Увеличение нормы массы до наибольшей возможной величины, определяемой уровнем максимальной погонной нагрузки, приводит к тому, что количество полновесных поездов становится равным нулю (рис. 4.19, точка Д), а количество полносоставных достигает максимально возможной величины для заданного вагонопотока и принятой длине станцион-

ных путей (рис. 4.19, точка Г). В данном случае все поезда будут ограничиваться только полезной длиной пути и поскольку все они полносоставные, то их количество будет минимально возможным для за-

данного вагонопотока. Это хорошо видно при сопоставлении положения точек Г на рис. 4.19 и 4.20.

На каждом из них при максимальной погонной нагрузке 7,25 т/м и норме массы поезда 5844 т получены наименьшие размеры движения, равные 19,6 поезда для всех рассмотренных гистограмм при одинаковых вагонопотоках.

94

Анализ рис. 4.20 свидетельствует о том, что увеличение нормы массы поезда приводит к сокращению общих размеров движения поездов, но темп сокращения во всем диапазоне погонных нагрузок неодинаков. По мере увеличения нормы массы темп уменьшения размеров движения сокращается, а в определенных интервалах нагрузок – почти неощутим. Причины здесь те же, что и в случаях влияния нормы массы на среднюю массу и среднюю длину поездов, поскольку размеры движения обратно пропорциональны средней массе поезда. Последняя же зависит от средней погонной нагрузки и средней длины поездов.

Сделанные здесь выводы справедливы и для других видов гистограмм, длин станционных путей и объемов перевозок. Хотя численные значения для них будут иными.

На рис. 4.21 и 4.22 представлены зависимости отношений длины полносоставного поезда к средней длине поезда и нормы массы к

Кривые на рис. 4.21 характеризуют степень использования длины станционных путей, а на рис. 4.22 – степень использования силы тяги (мощности) локомотива в зависимости от характеристики вагонопотока, или точнее, особенностей распределения вагонопотока по погонным нагрузкам и возможных вариантов нормы массы поездов. Чем ближе величины этих коэффициентов к единице, тем лучше используются длина путей и мощность локомотива.

95

Так, например, из табл. 4.3 и рис. 4.21 следует, что при норме массы более 4232 т и вагонопотоке со средней погонной нагрузкой 3,07 т/м, практически все поезда будут полносоставными, станционные пути будут ис-

пользоваться эффективно (коэффициент = 1,01), но средняя масса поез-

дов при этом составит всего 2458 т, а коэффициент п = 1,72, в связи с чем мощность локомотивов с такими поездами будет недоиспользована.

Анализ рис. 4.21 и 4.22 позволяет сделать вывод о том, что чем ниже средняя погонная нагрузка, характеризующая вагонопоток, тем лучше используется длина приемоотправочных путей, но тем хуже – мощность локомотивов. И, наоборот, на участках с преимущественно тяжелыми вагонопотоками лучше используется мощность локомотивов и хуже – длина путей.

Трансформируя этот вывод, можно сказать, что на линиях с легкими вагонопотоками размеры движения в значительной мере определяются длиной станционных путей, а на линиях с тяжелыми вагонопотоками – мощностью локомотивов. Этот фактор следует учитывать при установлении норм массы на железнодорожной линии, где наблюдается значительная разница в погонных нагрузках поездов четного и нечетного направлений движения.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.С какой целью разрабатывается гистограмма распределения вероятностей поездных погонных нагрузок? В какой формуле нормирования массы поезда используются ее данные?

2.По какой формуле рассчитывается масса поезда, зависящая от силы тяги локомотива и расчетного подъема?

96

3.Как определяется расчетная масса локомотива для определения нормы массы поезда?

4.Что означает каждое из трех слов в понятии основное удельное сопротивление вагонов? Что является единицей его измерения?

5.Что подразумевается под понятием расчетный (руководящий) подъем? Как он рассчитывается и что является единицей его измерения?

6.На каком основании в формуле расчета массы поезда складываются две разноразмерные величины?

7.Какие виды сопротивлений относятся к основному и какие к дополнительному сопротивлению движения?

8.С какой целью в теории тяги сопротивления движению делятся на две категории – основные и дополнительные?

9.Каким образом рассчитываются перегонные времена хода поездов для нормативного графика движения? От каких факторов зависит их величина?

10.Объясните физический смысл уравнения движения поезда.

11.Какова взаимосвязь между участковой и ходовой скоростями движения поезда?

12.Какие факторы оказывают влияние на уровень участковой скорости?

13.Как изменяется производительность локомотива при увеличении массы поезда и соответствующем уменьшении скорости конкретного поезда и наоборот?

14.Как зависит эксплуатационный парк локомотивов и количество локомотивных бригад от массы, длины и скорости движения поездов?

Рекомендуемая литература [3, 4, 8, 9, 10, 12].

5.ВЫБОР УЧАСТКОВОЙ И УНИФИЦИРОВАННОЙ НОРМЫ МАССЫ И ДЛИНЫ ГРУЗОВЫХ ПОЕЗДОВ

5.1. Определение расчетной массы и длины поездов на участке

Анализ зависимостей (см. подразд. 4.1 и 4.2) показывает, что главные параметры грузовых поездов ограничиваются мощностью локомотива, характером профиля и плана пути, длиной станционных путей и структурой грузопотоков. Принятые по этим ограничениям нормы массы, длины и скорости оказывают решающее влияние на такие важные технологические показатели, как производительность локомотива, потребное количество локомотивов и бригад, расход топливно-энергетических ресурсов, оборот и рабочий парк вагонов, а в конечном итоге – на сроки доставки грузов и приведенные денежные расходы железных дорог.

97

Согласно инструкции по разработке графика движения поездов в ОАО «РЖД» [7], норма массы грузовых поездов определяется для каждого участка по мощности локомотива и величине расчетного уклона по «Правилам тяговых расчетов для поездной работы». Полученная масса согласуется с вместимостью приемоотправочных путей промежуточных станций. При этом для расчета массы поезда значение нагрузки на ось вагона согласно ПТР задается ОАО «РЖД» в виде средней величины. Для груженых вагонов, как правило, она устанавливается на уровне 17,5 т/ось [7, 8].

Такой способ решения задачи был бы достаточно точен, если бы все поезда на участке или железнодорожном направлении имели одинаковые среднеосевые или средние погонные нагрузки. В реальных условиях эксплуатации у разных поездов в зависимости от рода груза и типа вагонов нагрузка на ось находится в диапазоне от 6 до 23 т/ось, а в перспективе возрастет до 25 т/ось и более. С увеличением нагрузки на ось вагона основное удельное сопротивление движению уменьшается и, следовательно, у поездов, имеющих массу, установленную по средней нагрузке, но сформированных из «тяжелых» вагонов, локомотив будет иметь резерв силы тяги. У поездов, сформированных из «легких» вагонов, но имеющих ту же массу, что и поезда со средним значением нагрузки на ось, сила тяги локомотива будет недостаточна, что приведет к перегрузке локомотива.

Очевидно, что если при проверке нормы массы поезда, определенной по средней нагрузке на ось, условие соответствия массы поезда длине приемоотправочных путей будет выполняться, то при всех других значениях нагрузки оно выдерживаться не будет. Ни в указанной инструкции, ни в ПТР возможность таких вариантов не рассматривается. Иначе говоря, в реальных условиях организации перевозок действую-

щая на сети железных дорог методика нормирования массы поезда не обеспечивает полного использования длины станционных путей и силы тяги локомотива, а в ряде случаев допускает перегрузку локомотивов. Объясняется это тем, что она не учитывает фактическую структуру распределения поездопотоков по погонным или осевым нагрузкам на конкретных участках или направлениях.

В связи с указанным, массу и длину поездов целесообразно рассчитывать не по средней, а по ограничительной (расчетной) осевой нагруз-

ке. Ограничительной осевой нагрузкой следует считать такую, при которой масса поезда, определенная по силе тяги локомотива, равна массе поезда, установленной по длине станционных путей.

Величины расчетной массы поезда и ограничительной нагрузки определяются в результате графического или аналитического решения системы двух уравнений. Одно из которых характеризует зависимость массы поезда от длины станционных путей, величины погонной нагрузки или соответствующей нагрузки на ось вагона (3.1), а другое – от силы тяги локомотива, расчетного уклона и величины нагрузки на ось вагона (4.7).

98

Сущность этой методики легко уяснить на основе анализа рис. 5.1, который представляет результат графического решения указанной системы уравнений. На нем линиями I и II изображена зависимость массы поезда от длины станционных путей для двух ее значений c и c . Линией III

показана зависимость массы поезда Q от силы тяги локомотива Fкр , основного удельного сопротивления о и, следовательно, от нагрузки на ось вагона q0 , а также расчетного уклона ip . Линии I, II построены по точ-

кам, полученным в результате подстановки в уравнение (3.1) ряда значений погонных нагрузок (от Р = 1,5 до Р1 = 7,0 т/м), для принятых значений длины станционных путей. Линия III построена в результате подстановки в уравнение (4.6) ряда значений осевых нагрузок от 6 до 25 т/ось при расчете основного удельного сопротивления. Она построена для принятой серии локомотива и величины расчетного подъема. При этом следует учитывать, что принятому к расчету ряду погонных нагрузок соответствует определенный ряд осевых нагрузок, поскольку погонная нагрузка определяется как отношение массы вагона брутто к длине вагона, а соответствующая ей осевая нагрузка – как отношение той же массы вагона к числу его осей. Так как с увеличением q0 основное удельное сопротивление вагонов снижа-

ется, то расчетная масса поезда растет. Характерной особенностью ли-

нии III является то, что любые значения массы поезда, лежащие на ней, обеспечиваются одинаковой силой тяги локомотива, при этом полное сопротивление движению у таких поездов также одинаково.

Точка 2 на линии III соответствует массе поезда Q*л , ограниченной

силой тяги локомотива при среднем значении погонной нагрузки Р* , а точки 5 и 6 характеризуют уровни массы Q*с , ограниченные соответст-

венно длинами путей "c и 'c , при том же значении погонной нагрузки. Точки 1 и 3, лежащие на пересечении линии Q f(Fêð ;ip ;q0 ) с ли-

ниями Q f ( c ; Р) и являющиеся результатом графического решения этих уравнений, представляют значения массы поездов, которые одновременно соответствуют силе тяги локомотива и длинам путей 'c и "c

при ограничительных погонных (или осевых) нагрузках.

Важной особенностью точек 1 и 3 является то, что они разграничивают области формирования полносоставных и полновесных поездов.

99

новесными, но неполносоставными. Точка 3 и соответствующая ей погонная нагрузка разграничивают области формирования полносостав-

ных и полновесных поездов при длине станционных путей "c .

Q, т

Если ограничительные погонные нагрузки такие, как например, Р'о и Р"о или соответствующие им осевые нагрузки используются в расчетах, то

их называют или расчетными погонными нагрузками, или расчетными.

Точка 4 представляет массу поезда, которая соответствует расчетной силе тяги локомотива при максимально возможной осевой или погонной нагрузках.

100