МОГИЛА_УП

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Назовите основные параметры грузовых поездов.

2.Как определяется масса поезда в зависимости от длины станционных путей?

3.Что понимается под термином железнодорожный участок?

4.Что такое полезная длина станционных путей и как она устанавливается?

5.Что такое полносоставный и полновесный поезд? От чего зависят величины этих поездов?

6.Какие параметры железнодорожного участка являются существенными при выборе оптимальных значений норм массы, длины и скорости движения грузовых поездов?

7.Какой критерий оценки вариантов норм массы, длины и скорости движения грузовых поездов является универсальным?

8.Какова зависимость между выбранным вариантом нормы массы поездов и потребной провозной способностью?

9.Что означают термины «наличная и потребная провозная способность»?

Рекомендуемая литература [2, 4].

4. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ЗАВИСИМОСТИ МЕЖДУ ПАРАМЕТРАМИ ГРУЗОВЫХ ПОЕЗДОВ

ИСУЩЕСТВЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ УЧАСТКА

4.1.Зависимость массы и длины поезда от длины приемоотправочных станционных путей и погонной нагрузки

Длина станционных приемоотправочных путей является важнейшим техническим параметром железнодорожных участков, оказывающим решающее влияние на размеры движения поездов, а в конечном итоге – на экономические результаты перевозочного процесса. Чем длиннее путь, тем больше вагонов может быть включено в состав одного поезда и тем меньше потребуется поездов для обеспечения потребных объемов перевозок.

Масса поезда, которая может быть размещена на одном пути, зависит не только от его длины, но и от структуры перевозимых грузов, определяющих величину нагрузки в тоннах, приходящуюся на 1 м длины поезда. Два состава, имеющих одинаковую длину, но загруженных один

– легкими, а другой – тяжелыми грузами, будут иметь разную массу. Зависимость массы поезда Q, т, от поездной погонной нагрузки и длины приемоотправочных путей выражается уравнением (3.1).

31

В этой формуле величина, заключенная в скобках, представляет длину состава поезда без учета длины локомотива.

Приемоотправочные пути на станциях имеют разную длину: расположенные ближе к главному пути более длинные, чем те, которые расположены дальше от него. Для обеспечения безопасного приема, отправления и пропуска грузовых поездов при разработке графика движения принимается меньшее значение длины пути из имеющихся. Оно должно соответствовать одному из стандартов – 850, 1050 или 1250 м.

Зависимость массы поезда от величины погонной нагрузки для стандартных значений длины станционных путей с локомотивом ВЛ80с приведена на рис. 4.1.

1 – c = 850 м; 2 – c = 1050 м; 3 – c = 1250 м

Поездная погонная нагрузка для конкретного поезда определяется как отношение его массы в тоннах к его длине в метрах, т/пог. м:

где n у – количество условных вагонов в составе; у – длина условного

вагона, м.

Поездная погонная нагрузка – это один из основных параметров, характеризующих структуру грузопотоков и вагонопотоков данного железнодорожного направления, производительность вагона и степень использования грузоподъемности подвижного состава.

Уровень возможных наибольших нагрузок подвижного состава является важным показателем конструкции вагонов.

32

Фактические погонные нагрузки характеризуют сложные экономические взаимосвязи между потребителями и производителями, между отдельными экономическими районами, промышленностью и сельским хозяйством, проявляющиеся в системе корреспонденции вагонопотоков на данной линии.

Отправительские маршруты с такими массовыми грузами, как уголь, руда, прокат черных металлов, нефтеналивные и другие, имеют самые большие погонные нагрузки: в маршрутах из четырехосных вагонов – до 6,5 т/пог. м, а из восьмиосных цистерн – до 9,0 т/пог. м. Маршрут, сформированный из платформ с легковыми автомобилями при двухярусной погрузке, имеет погонную нагрузку примерно 2,0 т/пог. м.

Возможные наименьшие и наибольшие значения массы поезда в зависимости от длины станционного пути определяются по формуле (3.1) при подстановке соответствующих значений минимальных и максимальных погонных нагрузок.

Во многих поездах могут быть вагоны с разной степенью использования грузоподъемности. Погонная нагрузка таких поездов будет находиться в пределах от минимальной до максимально возможной. Удельный вес или, что то же самое, распределение вероятностей поездов с различными погонными нагрузками при заданном объеме перевозок определяет среднюю массу и, следовательно, размеры движения грузовых поездов. Информация об удельном весе поездов, имеющих разные значения погонных нагрузок, может быть представлена в виде гистограммы эмпирического распределения частностей (вероятностей) поездных погонных нагрузок (рис. 4.2). На оси абсцисс такой гистограммы откладываются величины погонной нагрузки, а по оси ординат – доля вагонопотока, следующего в поездах с соответствующей нагрузкой.

Так, из рис. 4.2, б видно, что на железнодорожном направлении проследуют 4,6 % поездов с нагрузкой 3 т/пог. м, 16,6 % поездов с нагрузкой 4 т/пог. м и т. д., а средневзвешенная погонная нагрузка составляет

p = 4,67 т/пог. м.

При решении задачи выбора нормы массы грузовых поездов для графика движения наличие таких гистограмм обязательно, так как они позволяют установить не только возможные варианты нормы массы, но и рассчитать размеры движения поездов, складывающиеся из двух слагаемых: количества полносоставных и количества полновесных поездов.

Гистограммы распределения вероятностей поездных погонных нагрузок строятся на основе статистической обработки информации о массе и длине поездов, пропущенных по железнодорожному направлению за определенный период, предшествующий решению задачи выбора нормы массы поездов для нового графика движения. (При этом можно исходить из предположения, что доля вагонопотока, следующего в поездах с той или иной погонной нагрузкой, незначительно зависит от нормы массы поезда).

33

34

Первоисточниками такой информации являются натурные листы поездов, содержащие данные о массе поезда брутто, длине поезда в физических и условных вагонах и количестве осей. Эта же информация содержится также в настольных журналах движения поездов на технических станциях, а также в отчетных данных о работе с поездами на технических станциях, представляемых вычислительными центрами железных дорог.

Для обеспечения необходимой статистической достоверности объем выборки должен составлять 250–300 поездов1 в каждом из направлений движения, взятый из отчетных источников поровну за каждый месяц прошедшего года. В их количество не должны включаться сборные, вывозные, передаточные и другие поезда, нормы массы и длины которых устанавливаются отдельно.

Для построения гистограммы диапазон погонных нагрузок от минимальной до максимальной делится на равные интервалы с определенным шагом. В технико-экономических расчетах, связанных с выбором норм массы поездов для графика, рекомендуется принимать шаг, равным 0,1 0,2 т/пог. м. В учебных же целях в курсовых и дипломных проектах его величина может быть увеличена до 0,4 0,5 т/пог. м, что позволяет значительно сократить число группировок (групп).

Затем для каждого поезда рассчитывается фактическая погонная нагрузка. Поезда распределяются в группы по интервалам погонных нагрузок; рассчитывается количество вагонов в поездах каждой группы и определяется их доля от общего числа во всех выбранных поездах. Одновременно с этим целесообразно рассчитать среднее значение нагрузки на ось вагона в каждом интервале погонных нагрузок, которое связано прямолинейной зависимостью со средней погонной нагрузкой в каждом из выбранных интервалов.

Для удобства эти расчеты целесообразно свести в ведомость в форме табл. 4.1. Данные гр. 1 и 11 этой таблицы позволяют построить гистограмму распределения погонных нагрузок. Сумма всех долей (вероятностей) гр. 11 равна единице или 100 % (если вероятность измеряется в процентах, как это выполнено в табл. 4.1).

Математическое ожидание или средневзвешенная погонная нагрузка, т/пог. м, рассчитывается по формуле

Рmin

где Pmin и Pmax – минимальное и максимальное значения погонной наг-

1 В курсовых и дипломных проектах студентов число поездов может быть уменьшено до 100.

35

значения погонной нагрузки; pi – погонная нагрузка в i-й группировке,

По данным табл. 4.1, средневзвешенная погонная нагрузка определяется как отношение итога гр. 3 к итогу гр. 6, умноженному на длину условного вагона, т. е. на 14 м.

Функциональная взаимосвязь между средним значением массы, т, поезда и средней погонной нагрузкой выражается уравнением

где n – средняя длина поезда, м.

36

Размеры движения грузовых поездов обратно пропорциональны средней массе поезда, а следовательно, средней погонной нагрузке и средней длине поездов.

Постоянная необходимость снижения себестоимости перевозок требует уменьшения размеров движения грузовых поездов. Эффективными мерами решения этой проблемы являются повышение погонных нагрузок поездов и увеличение длины станционных путей. В настоящее время погонная нагрузка груженого вагонопотока колеблется в диапазоне от 2 до 9 т/пог. м, при этом нагрузки от 7,5 до 9 т/пог. м имеют поезда, сформированные только из шести и восьмиосных вагонов. В перспективе строительство новых вагонов с осевыми нагрузками 25–30 т позволит заметно увеличить погонные нагрузки.

Возможности удлинения станционных путей на существующих линиях в большинстве случаев ограничены условиями развязки подходов к станциям в профиле и плане, а также застроенностью территории капитальными сооружениями в горловинах. Значительная часть технических станций сети имеет полезную длину путей 850 м. В случае необходимости в снижении эксплуатационных расходов и увеличении провозной способности может оказаться целесообразным удлинение путей до 1050–1250 м, а на некоторых железнодорожных направлениях – до 1500–1700 м. При такой длине путей масса поездов с массовыми (тяжелыми) грузами может быть доведена до 6000 9000 т, а в дальнейшем до 12000 т и более.

4.2.Зависимость массы поезда от силы тяги локомотива

исил сопротивлений

4.2.1. Общие сведения

Наряду с уровнем поездных погонных нагрузок и длиной станционных путей, тягово-эксплуатационные характеристики локомотива оказывают решающее влияние на главные параметры грузовых поездов. От массы, длины и скорости движения грузовых поездов в значительной мере зависят расходы, связанные с парком локомотивов, расходом топливно-энерге- тических ресурсов, потребным количеством локомотивных бригад и др. Поэтому расчет массы поезда для заданного локомотива выполняют исходя из условий полного использования мощности и тяговых качеств локомотива с учетом конкретных условий профиля пути на участке.

При этом необходимо учитывать все технические параметры участка, локомотивов и вагонов, влияющие на уровень нормы массы поезда. Занижение нормы массы приводит к недоиспользованию тяговых качеств локомотивов и, как следствие, ухудшению эксплуатационных и экономических показателей их использования. Завышение ее вызывает снижение эксплуатационной надежности локомотивов и неудовлетворительное выполнение графика движения поездов.

37

Теоретические исследования и практический опыт работы железных дорог показывает, что в условиях России с большими расстояниями перевозок и значительными грузопотоками в большинстве случаев целесообразной является наибольшая масса грузового поезда, который может быть надежно проведен локомотивом. Поэтому массу поезда определяют по расчетным параметрам локомотивов (расчетной силе тяги, расчетной массе локомотива и вагонов) для наиболее трудного приведенного подъема,

который называется расчетным или руководящим подъемом.

Всоответствии с принятой на дорогах сети методикой [8–10] перед расчетом массы состава грузового поезда анализируют профиль пути на участке и выбирают наиболее трудный для движения поездов подъем, с учетом его крутизны и крутизны примыкающих к нему элементов пути. Если наиболее крутой подъем имеет большую протяженность и при движении по нему скорость, снижаясь, достигает установившегося наименьшего значения, допустимого ПТР, то такой подъем принимают за расчетный. Наименьшую допустимую скорость движения по наиболее трудному подъему называют расчетной скоростью, а реализуемую при этом ло-

комотивом силу тяги – расчетной силой тяги.

Если же наиболее крутой подъем имеет небольшую протяженность, а на подходах к нему расположены элементы, на которых поезд может разгоняться и создавать запас кинетической энергии, то скорость на нем снижается, но не успевает стать равновесной. Тогда массу поезда на таком подъеме определяют с учетом использования запасенной кинетической энергии.

Вряде случаев целесообразно рассмотреть несколько возможных вариантов расчетных подъемов, и если ни один из них не удовлетворит условию движения поезда с равновесной скоростью, то после этого масса поезда рассчитывается с учетом использования кинетической энергии.

Проверка же условия движения по расчетному подъему с равновесной скоростью производится построением кривой скорости на перегоне, где расположен расчетный подъем. Начинать построение кривой скорости следует с раздельного пункта, предшествующего этому перегону, с нулевой скорости.

Если на расчетном подъеме имеются кривые участки пути, то в расчетный подъем вводится и сопротивление от этих кривых. Когда на наиболее трудном подъеме длиной более длины поезда находится одна или несколько кривых малого радиуса, то спрямленные элементы профиля разделяют на элементы, длина которых должна быть не более длины поезда. За расчетный подъем принимают тот из приведенных элементов, на котором дополнительное сопротивление от кривой получено наибольшим. В случае, когда отличие в крутизне приведенных элементов не превышает 0,3 %, длину их можно принимать больше длины поезда. Выбор расчетного подъема выполняется для каждого направления движения и на каждом перегоне участка. Эту задачу можно

38

решить очень быстро, используя компьютерную программу тяговых расчетов «Искра-ПТР», разработанную учеными ДВГУПС [13].

Для заданного типа локомотива наибольшая норма массы грузового поезда по силе тяги локомотива и профилю пути определяется исходя из условия равенства силы тяги и силы общего сопротивления при движении этого поезда по расчетному подъему. На таком подъеме поезд достигает определенной постоянной (равновесной) скорости и следует с ней до выхода на элементы профиля меньшей крутизны.

По этому условию (рис. 4.3) устанавливается равенство сил тяги и сопротивления, Н, соответствующее расчетной скорости

где Fкр – касательная расчетная сила тяги локомотива при расчетной

скорости, Н; Wп – полное сопротивление движению поезда при расчетной скорости, Н.

Fкр

Wn

iр

Рис. 4.3. Равновесие сил тяги и сопротивления движению поезда при следовании его по расчетному подъему

с установившейся (расчетной) скоростью

Полное сопротивление движению поезда2, кН, можно выразить как сумму сопротивлений движению локомотива и состава,

где Мл – расчетная масса локомотива, т; g – нормальное ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с2; 0 – основное удельное сопротивление локомотива при следовании с тягой при расчетной скорости, Н/кН; ip –

крутизна расчетного подъема, ‰; Q – масса поезда брутто, соответст-

2 Величины основного удельного сопротивления и 0 , Н/кН, суммируются с

0

величиной уклона, измеряемого в промилле, на основании того, что одна тысячная уклона (1 ‰) воздействует на подвижной состав с силой, равной 1 Н/кН.

39

вующая принятым расчетной силе тяги, расчетному подъему и нагрузке на ось вагона, т; 0 – основное удельное сопротивление движению со-

става, соответствующее принятым к расчету структуре вагонов в составе, типу верхнего строения пути и нагрузке на ось вагона, Н/кН.

Значения основных удельных сопротивлений движению вагонов, локомотивов и удельной силы тяги локомотивов, кН, определяются как отношения полных значений соответствующих сил, кН, к весу вагонов и локомотивов, т. е.

В выражении (4.5) первое слагаемое представляет собой полное основное сопротивление движению локомотива, а второе – полное основное сопротивление движению вагонов на расчетном подъеме.

Из уравнения (4.5) следует, что расчетная масса поезда брутто, т, при наибольшей силе тяги на расчетном подъеме и соответствующей расчетной скорости составляет

Если основное удельное сопротивление поезда определить как средневзвешенную величину для вагонов и локомотива

то зависимости между массой поезда и воздействующими на него силами могут быть представлены в виде

Принимая во внимание, что доля массы локомотива в грузовом поезде сравнительно невелика (около 5 %), можно считать массу поезда прямо пропорциональной силе тяги локомотива и обратно пропорциональной силам сопротивления, воздействующим на поезд.

40