МОГИЛА_УП

101

Этот пример подтверждает необходимость корректировки методики выбора нормы массы грузовых поездов, принятой в [8], а также рекомендуемой в учебной и справочной литературе в области тяги поездов [12].

Из рис. 5.1 следует, что даже в случае принятия в качестве нормы массы поезда величины Q*л , ограниченной силой тяги локомотива, а не

массы Q*с , ограниченной длиной станционных путей, у всех поездов, имеющих осевые нагрузки в диапазоне от q*0 до qmax , сила тяги локомотива недоиспользуется. Потери в норме массы поезда составляют Q Q"р Qmax . Если же длина станционных путей такова, что точка 3

переместится в область максимальной погонной нагрузки, то наибольшие потери массы поезда достигнут величины Q Qmax Q*л .

В случае, когда при соответствующей длине путей точка пересечения линий зависимостей лежит левее средней осевой нагрузки (например,

точка 1 при длине станционных путей 'c ), то для всех поездов с нагрузками от q'р до q*0 сила тяги локомотива окажется недостаточной. Объ-

ясняется это тем, что полное сопротивление таких поездов будет больше, чем поездов той же массы, но имеющих среднее значение нагрузки

на ось. Излишняя масса в этом случае составит Q Q*л Q'р .

Чем больше длина приемоотправочных путей, тем больше эта разность для заданного локомотива и принятой величины расчетного подъема. Недостаточно эффективно используется в этих случаях и длина станционных путей.

Результаты расчетов, выполненных для электровоза ВЛ80с и приведенных на рис. 5.3, показывают, что разность между максимально воз-

можной массой Qmax и массой Q*л достаточно велика, чтобы пренеб-

речь ею при нормировании массы поезда для графика движения. В зависимости от расчетного уклона и длины станционных путей она изменяется в пределах от 45 до 153 т для поездов, сформированных из четырехосных вагонов, и от 50 до 329 т для поездов, состоящих из восьмиосных вагонов. В перспективе при использовании преимущественно вагонов с допустимой нагрузкой 25 т/ось эта разность возрастает соответственно до 240 и 360 т.

Вместе с тем у поездов, сформированных из легких вагонов (с осевой нагрузкой меньше средней), но имеющих ту же массу, что и поезда со средней нагрузкой, перегрузка электровоза по массе может достигать 125 т, а в ряде случаев и больше. Особенно это заметно на участках с расчетными подъемами 12 ‰ и более и длиной путей 1250 м. (Под перегрузкой локомотива здесь понимается разность между нормой массы, установленной по среднеосевой нагрузке, и нормой массы, установленной по меньшему значению нагрузки на ось вагона).

102

Следовательно, для повышения эффективности использования силы тяги локомотива, длины станционных путей и устранения возможных случаев перегрузки локомотивов, участковую норму массы поезда для графика движения следует устанавливать только по силе тяги локомотива с использованием для расчета основного удельного сопротивления ограничительной погонной (осевой) нагрузки, а не среднего ее значения.

Поскольку длина станционных путей используется для расчета ограничительной погонной (осевой) нагрузки, то необходимость в проверке расчетной массы поезда по длине станционных путей отпадает.

Величину ограничительной погонной нагрузки можно определить, приравняв значения массы поезда, ограниченные, с одной стороны, силой тяги локомотива, а с другой – длиной станционных путей, т. е.

Здесь приняты те же обозначения, что и в равенствах (4.6) и (3.1). Основное удельное сопротивление вагонов, выраженное формулами

(4.13)–(4.16), в общем виде можно представить как

103

где а, b, с, d – постоянные коэффициенты, характеризующие типы вагонов и железнодорожного пути.

Выразив в этом равенстве нагрузку на ось вагона через погонную нагрузку Р , приняв среднюю длину вагона в и среднее количество осей у вагона ko , получим

Подставив в равенство (5.1) приведенное значение основного удельного сопротивления вагонов, найдем величину ограничительной погонной нагрузки, т/м,

Тогда норма массы поезда, т, соответствующая ограничительной погонной нагрузке и заданной длине путей, определится как

Аналогично, используя равенство (4.6), определим расчетную (огра-

в

104

отсюда

В этом случае, согласно уравнению (4.6), норма массы, т, соответствующая расчетной осевой нагрузке и ограниченная силой тяги локомотива на расчетном подъеме, определится по формуле

Очевидно, что значения нормы массы, рассчитанные по формулам (5.3) и (5.5), для ограничительной погонной нагрузки или соответствующей ей ограничительной осевой нагрузки будут равны.

Выбранная таким способом норма массы обеспечивает минимально возможные размеры движения, так как в диапазонах погонных нагрузок от

Pmin до P0 все поезда будут полносоставными, а от P0 до Pmах – полно-

весными. Необоснованное уменьшение расчетной нормы массы нецелесообразно, так как приведет к увеличению размеров движения поездов, а увеличение ее невозможно в связи с ограничением силы тяги локомотива.

На рис. 5.2 приведены графики зависимости массы поезда от погонной нагрузки для электровоза ВЛ80с при различных значениях расчетных подъемов и возможных вариантах полезной длины станционных путей.

Числами от 1 до 37 на этих графиках отмечены точки пересечения зависимостей массы поезда от расчетного подъема и массы поезда от длины станционных путей, которым соответствуют определенные значения массы поезда и величины ограничительной погонной нагрузки. Пунктирной линией на графике показано среднее значение погонной на-

грузки P* = 4,7, т/м, соответствующее гистограмме распределения вагонопотоков по погонной нагрузке (см. рис. 4.2, б).

Так как среднюю погонную нагрузку имеет, как правило, наибольшее количество поездов из общего их числа, то отсюда следует важный вывод о том, что чем меньше разность между ограничительной на- грузкой и средней ее величиной, тем у большего количества поездов наилучшим образом используется как сила тяги локомотива, так и длина станционных путей.

Иначе можно сказать, что в таких случаях достигнуто наиболее удачное сочетание мощности локомотива и длины станционных путей при заданных значениях расчетного подъема и характере грузопотоков на

105

рассматриваемом участке. Так, например, на рис. 5.2 практически совпадают значения ограничительной и средней погонных нагрузок (точка 21). Из рис. 4.2, б следует, что при длине путей c 1050 м и расчетном

подъеме ip 9 ‰ в поездах со средней погонной нагрузкой P* = 4,7 т/м,

проследует около 44 % общего количества вагонов.

Для вагонопотоков, характеризуемых гистограммой, приведенной на рис. 4.2, в (средняя погонная нагрузка 5,89 т/м) наилучшие варианты использования электровоза ВЛ80с возможны для участков с сочетанием длины станционных путей 850 м и расчетного подъема ip 9 ‰, а также

c 1050 м и ip 7 ‰. На рис. 5.2 это точки 22 и 11, которым соответст-

вует ограничительная погонная нагрузка, равная P0 5,91 т/м. В этих

случаях наилучшим образом будут использоваться как длина путей, так и мощность локомотива более чем у 40 % поездов.

Из рис. 5.1 следует, что при установлении нормы массы поезда по ограничительной нагрузке (например, нормы Q"p при "c ) у локомотивов с

поездами, имеющими погонные нагрузки в диапазоне от P0 до Pmaх , имеются определенные резервы силы тяги, используя которые можно повысить массу поездов на величину в пределах от ноля до Q Qmaх Q"p .

При заданном типе локомотива величина этого резерва зависит от длины станционных путей и значений расчетного уклона. Для того чтобы в реальных оперативных условиях эксплуатационной работы использовать этот резерв, т. е. формировать поезда массой несколько большей, чем установленная графиком движения норма, к расписаниям движения грузовых поездов можно прилагать таблицу (по форме табл. 5.1), в которой указывается масса формируемых поездов с учетом их фактической погонной нагрузки.

Так, для электровоза ВЛ80с при "c 1050 м, ip 12 ‰ ограничитель-

ная нагрузка на ось вагона составляет 12,3 т, а соответствующая масса поезда – 3533 т. При установлении графиковой нормы в соответствии с ПТР ее значение будет принято равным 3550 т. Максимально же возможная масса поезда по силе тяги локомотива при нагрузке в 23 т/ось составит 3655 т. Следовательно, та часть поездов от общего поездопотока, которая будет иметь осевые (погонные) нагрузки в пределах от ограничительной до максимальной может формироваться с массой от 3550 до 3655 т, что и отражено в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Уровень массы грузовых поездов в зависимости от нагрузки на ось

106

Таблицы такой формы должны быть на рабочих местах поездных, станционных и маневровых диспетчеров, у дежурных по станции, операторов станционных технологических центров и у других работников, участвующих в формировании поездов, а также в кабинах машинистов поездных локомотивов.

Вэтом случае практически все поезда в диапазоне нагрузок от ограничительной до максимальной могут формироваться с учетом полного использования силы тяги локомотива. Расчет фактической осевой нагрузки можно вести в процессе накопления вагонов. В натурных листах на сформированные поезда, кроме сведений о массе поезда и количестве осей, следует проставлять фактическую среднюю нагрузку на ось вагона. Решение этой задачи не представляет серьезных затруднений в связи с широкой автоматизацией рабочих мест оперативных работников станций на базе персональных компьютеров.

Втех же случаях, когда ограничительная нагрузка на ось вагона будет по своей величине близка к максимально возможной, дополнительной таблицы к графикам и расписаниям движения грузовых поездов не потребуется.

Таким образом, нормирование массы поезда не по средней нагрузке на ось, а по ограничительной в комплексе с прилагаемыми таблицами позволяет все поезда в диапазоне нагрузок от минимальной до ограничительной формировать только полносоставными. А от ограничительной до максимальной – только полновесными со 100%-ным использованием силы тяги локомотивов на расчетных уклонах. Эти два фактора обеспечивают наименьшие размеры движения поездов.

Для определения перегонных времен хода тяговые расчеты необходимо проводить для нормы массы, определенной по ограничительной нагрузке, так как такие поезда будут иметь самое большое полное сопротивление движению. При этом величину основного удельного сопротивления в зависимости от скорости для расчета норм времени следует также устанавливать для ограничительной нагрузки на ось.

Следует подчеркнуть, что все поезда с нагрузками на ось от минимальной до ограничительной будут полносоставными, но не полновесными. Поэтому у локомотивов многих таких поездов будет довольно значительный резерв мощности, который можно было бы использовать на увеличение скорости движения. Но в плановом (нормативном) графике движения это сделать невозможно, так как такие графики для грузовых поездов являются параллельными.

Остальные поезда с нагрузками от ограничительной до максимальной в оперативных условиях перевозок будут иметь массу большую, чем установленная норма по графику, но скорости их движения на расчетных подъемах будут одинаковы, поскольку их масса не превышает величину, установленную из условия полного использования силы тяги ло-

107

комотива на расчетном подъеме. В то же время на легких элементах профиля полное сопротивление движению у более тяжелых поездов будет даже несколько меньше, чем у поездов, масса которых соответствует норме графика. Покажем это на следующем примере.

этих поездов на расчетном подъеме одинаково, так как оба значения массы лежат на одной линии зависимости Q f (Fкр ;ip ; q) , другими сло-

вами, соблюдается равенство

ной и максимальной нагрузки на ось вагона:

4685 (9 1, 441) 9,81 4784 (9 1, 221) 9,81 48916 9,81 479,9 кН.

При переходе поездов с расчетного подъема на более легкий, например, 3 ‰, это равенство нарушается. У первого поезда полное сопротивление движению составит

4685 (3 1, 441) 9,81 204,1 кН,

а у второго – более тяжелого –

4784 (3 1, 225) 9,81 198,3 кН.

Таким образом, полное сопротивление движению поезда с большей массой и соответственно с большей нагрузкой на ось оказывается меньшим, чем у поезда с меньшей массой, но имеющего и меньшую нагрузку на ось.

Эти выводы подтверждаются результатами тяговых расчетов, выполненных на одном из участков Дальневосточной железной дороги. Расчеты произведены на ПК по программе ДВГУПС [13] для четырех вариантов значений массы поезда, лежащих на кривой зависимости массы от силы тяги локомотива, расчетного подъема и различных значений погонных нагрузок (на рис. 5.2 – это кривая Q f (Fкр ;ip ; с ) для ip 9 ‰

и c 1050 м). При этом в качестве нормы массы Qн 4685 т принят вариант с ограничительной осевой нагрузкой qp 16,32 т или Р0 4,7 т/м. Пятый вариант тяговых расчетов выполнен для поезда, имеющего макси-

108

мальную осевую нагрузку 23 т, а массу, равную норме массы Qн . Резуль-

таты расчетов приведены в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Зависимость времени хода и расхода электроэнергии от массы поезда

Из табл. 5.2 следует, что более тяжелые поезда (по сравнению с нормой массы) будут иметь не только некоторые резервы по времени хода, но и меньший расход топлива или электроэнергии. Более заметна экономия времени и энергетических ресурсов у поездов по массе, равной установленной норме, но сформированных из вагонов с максимальной осевой или погонной нагрузкой. Разумеется, что в приведенном примере никаких перегрузок локомотивов не будет, так как все расчеты выполнены в пределах норм силы тяги, установленных тяговыми характеристиками локомотивов для принятых уровней массы поездов.

Вслучаях, когда значение ограничительной нагрузки лежит правее

еесредней величины, вероятность чего очень высока, использование рассмотренной методики нормирования массы поезда позволит увеличить как среднюю массу поезда, так и ходовую скорость по сравнению с методикой нормирования массы по средней осевой (погонной) нагрузке.

Внастоящее время имеется реальная возможность для использования этой методики нормирования массы поезда на полигонах большой протяженности, так как тяговые расчеты и построение графиков движения производится с помощью компьютеров в региональных вычислительных центрах. Наибольший экономический эффект может быть достигнут за счет увеличения массы и длины сквозных маршрутов с рудой, углем, наливными и другими маршрутизируемыми грузами.

Применение предлагаемой методики для нормирования массы поезда при составлении графика движения дает возможность повысить уровень использования силы тяги локомотивов и полезной длины станционных путей и сократить размеры движения поездов. Это в свою очередь позволит снизить расходы на перевозки, а в ряде случаев устранить перегрузки локомотивов при движении с поездами, имеющими осевые и погонные нагрузки ниже среднего уровня.

109

Пример расчета массы и размеров движения поездов

Вцелях сравнительной оценки действующей на сети железных дорог

ипредлагаемой методик определения массы грузовых поездов, рассчитаем массу, среднюю длину и размеры движения грузовых поездов.

Расчеты выполним для следующих исходных данных: используемый локомотив ВЛ80с с касательной расчетной силой тяги Fкр = 51200 тс =

= 502,3 кН; масса локомотива Мл = 192 т; длина локомотива л = 33 м; расчетная скорость Vр = 43,5 км/ч; основное удельное сопротивление ло-

расчетный подъем ip = 7 ‰; путь – бесстыковой; все вагоны с буксами на роликовых подшипниках; средняя длина вагона в = 15 м; средняя нагрузка на ось вагона qo = 17,5 т, а соответствующая ей средняя погонная нагрузка Р* = 4,67 т/м; длина станционных путей c = 1050 м; суточный вагонопоток в груженом направлении no = 3000 ваг.; распределение вагонопо-

тока в поездах с различными погонными нагрузками характеризуется гистограммой (см. рис. 4.2, б). В первом варианте расчеты выполнены по общепринятой на сети дорог методике, а во втором – по предлагаемой.

Вариант 1

Согласно ПТР масса поезда, зависящая от силы тяги локомотива и определяемая по формуле (4.7), составит:

Как предусмотрено правилами тяговых расчетов для поездной работы [8], в результате проверки массы поезда по длине приемоотправочных путей в последующих расчетах должно быть принято меньшее из значений, т. е. Qсбр 4703 т.

Поскольку в этом варианте расчета масса поезда ограничена длиной станционных путей при погонной нагрузке 4,67 т, то согласно гистограмме (см. рис. 4.2, б) все поезда с нагрузками от 2 до 4,67 т/м будут полносоставными, а с нагрузками от 4,67 до 7,0 т/м – полновесными. На гистограмме так же видно, что из 21,5 % вагонопотока с нагрузками от 4,25 до 4,75 т/м примерно 6/7 включаются в полносоставные поезда, а 1/7 – в полновесные, или соответственно 18,4 и 3,1 %. Тогда суммарная доля

110