Основы проектирования реконструкции существующих железных дорог при повышении скоростей движения пассажирских поездов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.03, кандидат технических наук Козлов, Вячеслав Юзефович

• Козлов, Вячеслав Юзефович
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Козлов, Вячеслав Юзефович

ВВЕДЕНИЕ.А

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.Я

1.1. Повышение скоростей движения пассажирских поездов и основные факторы, определяющие его целесообразность.А

1.2. Современное состояние вопросов.Я

1.3. Задачи исследования.П

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ С УЧЕТОМ ДИНАМИКИ РОСТА ПЕРЕВОЗОК.й

2.1. Пропускная способность в условиях смешанных перевозок.Vi

2.2. Определение оптимальной скорости движения с учетом динамики роста перевозок.3Л

2.2.1. Влияние скоростей движения на сроки исчерпания мощности технических состояний.Й

2.2.2. Методика определения оптимальной скорости движения пассажирских поездов.3Я

2.3. Влияние динамики роста перевозок на оптимальные скорости движения поездов.i6.

2.4. Выводы по главе.S3.

3.НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПЛАНА ТРАССЫ С

УЧЕТОМ ДИНАМИКИ РОСТА ПЕРЕВОЗОК.

3.1. Выбор радиуса круговой кривой с учетом изменения структуры поездопотока во времени.БА

3,1.1. Выбор радиуса круговой кривой при смешанном грузовом и пассажирском движении.

3.1.2. Обоснование радиуса круговой кривой с учетом роста и изменения структуры поездопотока.6.9.

3.1.3. Примеры определения радиуса круговой кривой с учетом изменения структуры поездопотока во времени.

3.2. Анализ эффективности применения подвижного состава с наклоном кузова внутрь кривой.

3.2.1. Цель применения.Й

3.2.2. Эффективность применения подвижного состава нового типа.

3.3. Выводы по главе.%

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ СКОРОСТЕЙ

ДВИЖЕНИЯ НА СУЩЕСТВУЮЩИХ МАГИСТРАЛЯХ.'9°.

4.1. Обоснование экономически рационального числа высокоскоростных пассажирских поездов.

4.2. Факторы, определяющие размеры высокоскоростного поездопотока.'95.

4.3. Выявление влияния основных;, факторов на экономически рациональное число высокоскоростных поездов.1??

4.4. Определение эффективности повышения скоростей движения, на участке реальной линии.

4.5. Выводы по главе.'Й

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Основы проектирования реконструкции существующих железных дорог при повышении скоростей движения пассажирских поездов»

Еще в начале века В.И.Ленин отмечал, что ".в настоящее время, когда возможна передача электрической энергии на расстояние, когда техника транспорта повысилась на столько, что можно при меньших (против теперешних) издержках перевозить пассажиров с быстротой свыше 200 верст в час." / 1 /. Это не было самоцелью, а явилось средством улучшения транспортного обеспечения населения и служило бы на благо человека.

Железнодорожный транспорт занимает ведущее место в общей транспортной системе страны, поэтому его развитие постоянно находится в поле зрения нашей партии и правительства. В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года", принятых ХХУ1 съездом КПСС отмечается, что улучшение транспортного обслуживания населения страны является важным звеном программы по обеспечениюсоциального прогресса нашего общества, повышения благосостояния / ряде,/ 3 /. Это положение нашло продолжение и развитй^постановленийпартии и правительства. На ноябрьском (1982 года) Пленуме Центрального Комитета партии проблема существенного улучшения, работы транспорта была названа в числе жизненно важных, злободневных социальных вопросов / 4 /. В условиях неуклонного роста благосостояния советских людей, ускорения ритма труда, жизни общества все большее значение приобретает экономия времени. Ведь еще Карл Маркс указывал: "Как для. отдельного индивида, так и для всего общества всесторонность его развития, его потребления и его деятельность зависят от сбережения времени. К экономии времени в конечном счете сводится вся экономия" /2 /. Это положение в полной мере относится и к железнодорожному транспорту. Уменьшение времени нахождения пассажиров в пути - один из резервов этой экономии. В основе решения этой задачи лежит необходимость повышения скоростей движения пассажирских поездов и в первую очередь на существующих магистралях. В мае 1983 года состоялось расширенное заседание коллегии МПС и президиума ЦК профсоюза рабочих железнодорожного транспорта и транспортного строительства, на котором обсуждались проблемы карди- -нального совершенствования пассажирских перевозок / 5 /. На заседании указано, что "свое веское слово ученые транспорта должны сказать и о совершенствовании управления пассажирскими перевозками.". В этом направлении специалисты должны приложить максимум усилий.

Сложившаяся несколько лет назад ситуация на железнодорожном транспорте привела к необходимости приближения скоростей движения пассажирских поездов к скоростям грузовых. Но это явление носит временный характер и нет никаких оснований отказываться от повышения скоростей движения и разработки проблем с ними связанных.

В настоящей работе исследуется ряд воцросов проектирования реконструкции существующих железнодорожных магистралей душ повышения скоростей движения пассажирских поездов в условиях смешанных грузовых и пассажирских перевозок, что представляется наиболее актуальным для. железных дорог нашей страны.I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯI.I. Повышение скоростей движения пассажирских поездов и основные факторы, определяющие его целесообразностьИстория, развития железнодорожного транспорта - это история. борьбы за повышение скорости движения поездов и увеличения их массы. Уже в начале нынешнего века скорости движения перешли стокилометровый рубеж /6 /. Первые опытные поездки в дореволюционной России с такими скоростями были произведены перед первой мировой войной и затем бшш прерваны.

Великая Октябрьская, социалистическая революция создала условия для дальнейшего углубления и расширения работ по повышению скоростей движения,. Исследованиями в этой области занимаются видные советские ученые Б.Н.Веденисов, К.Э.Циолковский, А.М.Бабичков, Г.М.Шахунянц /Б -9 /. В тридцатых годах в СССР достигаются скорости 160*170 км/ч, а в послевоенный период -200 км/ч. Ныне железные дороги нашей Родины вплотную подошли к реализации скорости 200 км/ч в постоянной эксплуатации на линии Москва-Ленинград.

Техническое перевооружение железных дорог (введение электрической и тепловозной тяги, автоматики, совершенствование верхнего строения пути и др.) позволило неуклонно повышать скорости движения пассажирских поездов. Так, среднесетевая участковая скорость пассажирского движения, за период 19504-1975 гг возрасла на 64,6%, при этом максимальные скорости 120*160 км/ч были достигнуты на 6,5 тысячах километров / 10 /.

На линии Москва-Ленинград в конце 50-х годов была достигнута максимальная скорость движения пассажирских поездов 120 км/ч, в I960 году она составила 140 км/ч, а в 1963 году - 160км/ч. В дальнейшем увеличивалась маршрутная скорость поездовбез увеличения максимальной.

Эта линия обладает благоприятными условиями для дальнейшего повышения скоростей движения поездов. С начала 70-х годов ведутся работы по подготовке линии Москва-Ленинград к эксплуатации пассажирских поездов со скоростью 200 кк^ч /11 /.С марта текущего года начал эксплуатацию электропоезд ЭР200, который на отдельных участках развивает скорость 200 км/ч.

Рядом проектных институтов, ВНЙИЖТом, ЛИИЖТом и ИКШ осуществлены технико-экономические расчеты (предварительные) для оценки возможности организации скоростного движения на ряде направлений сети железных дорог нашей страны /12^Ъ /. В ДИИТе проводились исследования по повышению скоростей движения поездов на направлении Москва-Юг, которые выполнялись в содружестве с МИИТом, ИКШ и БелИИЖТом /14 15 /.

Наряду с повышением скоростей движения пассажирских поездов на существующих магистралях ВНИЖТом, ЛИИЖТом, ДЙИТом, Гипро-транстэи, Ленгицротрансом и Мосгипротрансом разработаны пред-проектные соображения по строительству специализированной магистрали Москва-Юг, на которой предусмотрено обращение высокоскоростных пассажирских поездов со скоростью до 250 км/ч.

Обычно принято считать, что "скоростному"движению соответствует уровень максимальной скорости 160 км/ч, при скоростях свыше 160 кад/ч движение называют "высокоскоростным" /10 /.

Процесс повышения скоростей движения, наблюдается практически во всех технически развитых странах. Так, в Германии в 1903 году был установлен рекорд скорости на линии Маяфельд-Цос-сен, который составил 210 км/ч. В 1955 году во Франции была достигнута скорость 331 км/ч, а в 1981 году поезд ТЦЧ SNCF развил скорость 380 квд/ч.

Большие работы по введению высокоскоростного движения нажелезных дорогах проведены в Японии. С 1964 г. функционирует высокоскоростная, железнодорожная магистраль Нью-Токайдо, соединившая города Токио и Осака; поезда (экспрессы "Хикари", "Кодама") обращаются со скоростью до 210 км/ч. В 1972 г. была сдана в эксплуатацию линия Сан-Йо, являющаяся продолжением линии Токайдо. Ежедневно на этой линии перевозится 330*340 тыс. пассажиров в сутки. Ныне в Японии действуют четыре высокоскоростные линии - Токайдо, Сан-Йо, Тохоку и Дзёэтсу, общим протяжением около 1800 км. Существует программа создания высокоскоростного полигона протяжением 3,5 тыс.км. Реализации этих планов способствуют очень мощные пассажиро-потоки, связанные с большой заселенностью городов, деловой активностью, и небольшие расстояния между городами /16 -22 /.

С 1967 года во Франции эксплуатируются поезда с максимальной скоростью 200 км/ч на линиях Париж-Бордо и Париж-Тулуза. В. октябре 1982 года на высокоскоростной вновь построенной линии Париж-Лион, протяженностью 410 км достигнута скорость 260 км/ч /23-26 /.

В Италии на линии "ДЗдреттисима", (Рим-Читта-делла-Пьеве-Флоренция) длиной 236 км реализованы скорости до 250 км/ч/27,28 /.

В ФРГ принята программа строительства новых 1024 км и реконструкция существующих линий (1348 км) с целью повышения скоростей движения. Предполагается на 9 существующих линиях поднять скорости до 200 км/ч и на новых линиях до 250 на втором этапе. Однако темпы строительства значительно ниже намеченных /2.9-32 /.

В Великобритании на линии Лондон-Бристоль реализованы скорости до 200 км/ч. Планируется реконструкция существующих линий, соединяющих Лондон с Глазго, Эдинбургом, Манчестером, Ливерпулем, и эксплуатация, специального поезда APT, который позволяетпроходить кривые с большей скоростью, чем обычне поезда. Впроцессе испытаний были обнаружены недостатки работы системы наклона кузова вагонов, которые устраняются /33-35 /.

Существуют планы повышения скоростей движения пассажирских поездов в ГДР, Польше, Болгарии, Испании, Австрии, Турции.

В США планируется введение высокоскоростного движения на линиях Вашингтон-Бостон, Сан-Диего - Сакраменто, Филадельфия-Атлантик-Сити, но сроки реализации этих планов далеки/32,361,37/.

В литературе обсуждается план создания европейской высокоскоростной сети, которым предусматривается как строительство новых, так и реконструкция существующих железнодорожных магистралей /38 39 /.

Проблема повышения скоростей движения пассажирских поездов состоит из широкого' круга вопросов, основные из них:- проектирование трассы новых специализированных высокоскоростных магистралей;- проектирование реконструкции трассы существующих железных дорог;- обоснование оптимальных скоростей движения пассажирских поездов;- технико-экономическая эффективность повышения скоростей движения;- железнодорожный путь и взаимодействие пути и подвижного состава;- организация, движения;- разработка технических средств, обеспечивающих возможность повышения скоростей движения, пассажирских поездов (подвижной состав, контактная, сеть, СЦБ, связь, техника безопасности идр).

Большой вклад в исследования этих вопросов внесли советские ученые А.М.Бабичков, С.В.Вертинский, Г.З.Верцман, А.И.Иоаннисян, В.А.Лазарян, Л.З.Прасов, С.Б.Амелин, Н.И.Бещева, М.Ф.Вериго, М.И.Воронин, Н.А.Воробьев, Е.Н.1убенко, В.И.Евграфов, О.Д.Ершков, А.Д.Каретников, Ф.П.Кочнев, Н.В.Колодяжный, А.И.Купоров, Г.И.Черноморда, М.А.Чернышев, Б.В.Яковлев и др.

Повышение скоростей движения пассажирских поездов обеспечивает улучшение транспортного обслуживания. На торжественном заседании, посвященном 60-летию образования Союза Советских Социалистических Республик было отмечено, что ". в государстве столь обширном, как наше, совершенно особую роль играет транспорт. Роль и экономическую, и политическую, и. технологическую" /40 Л С этих позиций на повышение скоростей движения оказывает география заселения территории страны, населенность городов и расстояние между пассажирообразующими узлами. Постоянно улучшающееся благосостояние и духовный рост советских людей привел к довольно значительной миграционной активности населения. Расширение производственных связей, деловой активности трудящихся также сказывается на потребности в поездках и здесь повышение скоростей движения поездов должно сыграть решающую роль в экономии времени нахождения пассажиров в пути, которая, в конечном итоге, приносит народно-хозяйственный эффект.

Высокие скорости приводят к экономии трудовых ресурсов, уменьшению единиц потребного подвижного состава. При этом в определенной степени увеличиваются затраты на передвижение поездов, содержание постоянных устройств, на подвижной состав.

Следует отметить, что повышение скоростей движения как процесс выступает не только в роли следствия научно-технического прогресса, но и является его побудителем.

На введение высокоскоростного пассажирского движения влияет достаточно большое число факторов, причем действие их многообразно.

Повышение скоростей движения пассажирских поездов на существующих магистралях ставит задачу совмещения грузового и пассажирского движения из-за увеличения съема грузовых поездов пассажирскими, повышенных требовании безопасности движения, интенсификации процессами управления перевозками. При скоростях свыше 200 км/ч совмещение обоих видов перевозок считается невозможным /И /.В этом случае коэффициент съема может достигать величин порядка 3-5-5 и выше, в зависимости от конкретных условий, и резко возрастает простой грузовых поездов под обгоном и, соответственно, расходы с ним связанные /30 32 41 43 /.

Рассматриваемый процесс ограничивается параметрами трассы существующих железных дорог и не столько профилем, сколько планом. Решающее значение имеют расположение кривых и величины их радиусов, переходные кривые. Они в значительной мере определяют затраты на реконструкцию линий. Недостаточные величины радиусов кривых, длин переходных кривых и прямых вставок между кривыми могут стать серьезными препятствием при повышении скоростей движения. Ведь кроме больших затрат имеет значение тот факт, что производить работы по реконструкции трассы придется в условиях непрекращающейся эксплуатаии, а это отрицательно сказывается как на самих работах, так и движении поездов.

Нормативные документы и исследования ряда авторов показывают, что для реализации скорости движения поездов 160 т/чвеличины потребных радиусов кривых составляют 1500*2500 м, при скорости 200 т/ч - радиусы 3000*4000 м. Приведенные значения получены для условий смешанного грузового и пассажирского движения для традиционного состава и величине допускаемого непогашенного поперечного ускорения 0,7 и 0,6 вд/сек2соответственно. В этих условиях длины переходных кривых должны быть не менее 2*1,5 h где Ь - возвышение наружного рельса.

Такие нормы проектирования близки к нормам других стран.

Верхнее строение пути существующих магистралей, как показывает анализ исследований и опыт эксплуатации линий с высокими скоростями движения, может обеспечить введение скоростей до 200 км/ч. При большой грузонапряженности на линии возможен переход мощности рельсов от Р65 к Р75. Главным препятствием в верхнем строении пути являются стрелочные переводы, уложенные на раздельных пунктах, особенно в сочетании с небольшими длинами перегонов.

Длина перегонов на существующих линиях также имеет большое значение. На большинстве направлений европейской части железнодорожной сети нашей страны они колеблются в пределах 10*15 км. При скорости их прохождения в 120 км/ч и максимальной скорости 200 км/ч среднеходовая скорость оказывается на уровне 150 км/ч. Этот разрыв между максимальной и средней скоростью объясняется, тем, что, как показали тяговые расчеты, поезд практически постоянно находится в одном из двух режимов: либо в режиме разгона, либо в режиме торможения, а с максимальной скоростью поезд движется на 1*12% пройденного расстояния.

Повышение скоростей движения приводит к необходимости совершенствования. систем СЦБ, которые определяются, повышением опасности движения поездов. Ныне разработана многозначная автоматическая локомотивная сигнализация и устройства авторегулирования скорости движения по дискретным значениям. Примером широкой автоматизации вождения поездов является линия Токайдо, управление движением на которой цроизводится. диспетчерской службой города Токио.

Подвижной состав, находящийся, в эксплуатации на дорогахнашей страны (вагоны и локомотивы, предназначенные для. пассажирских перевозок) имеет конструкционную скорость 160 км/ч. Разработан подвижной состав для скоростей движения, до 200 км/ч: это электропоезд ЭР200, вагоны поезда "Ясская тройка", электровоз ЧС200 производства ЧССР. Этот подвижной состав должен обеспечить необходимые уровни комфорта и безопасности движения.

Анализ литературных источников показывает, что специалисты проявляют интерес к подвижному составу с принудительным наклоном кузова внутрь кривой. Такая система позволяет примерно на 25% увеличить скорость прохождения кривой. Испытания показали, что имеется ряд трудностей в эксплуатации такого подвижного состава, но есть основания считать, что они будут преодолены.

Повышение скоростей движения пассажирских поездов неоднозначный процесс: с их увеличением увеличиваются энергетическая составляющая расходов на передвижение, увеличиваются затраты по содержанию пути, подвижного состава, требуется проведение реконструктивных мероприятий, но с другой стороны уменьшается временная составляющая затрат. Количественная, оценка (денежная) этой экономии осуществляется через величину стоимости одного пассажирочаса. В ряде исследований предложены формулы для определения его величины. В исследованиях конца 60-х и середины 70-х годов стоимость пассажирочаса принималась в пределах 0,15*0,40 руб/час. В США стоимость пассажирочаса оценивалась в I доллар. В работе А.Е.Гибшмана для: нынешних условий и недалекой перспективы, учитывая, тенденцию роста благосостояния, советских людей,предлагается принимать стоимость пассажирочаса около 0,8 руб/час /94 /. Ясно, что чем выше его денежная, оценка, тем эффективнее становится введение высокоскоростного пассажирского движения.

Наиболее вероятным для повышения скоростей движения поездов можно считать железнодорожные направления, связывающие Москву сместами массового отдыха трудящихся в Крыму и на Кавказе, западное и северо-западное направление - Москва-Ленинград, Москва-Минск, Москва-Брест, а также Москва-Горький. К тому же эти направления наиболее благоприятны с позиции плана и профиля. /10 13 14 42'/.

Рассмотрим южное направление. Расстояние от Москвы до Симферополя составляет 1467 км. Если принять, что ночь, проведенная в поезде при поездке является, приемлемым вариантом, то при реализации маршрутной скорости 160 км/ч время поездки составляет около 9 часов. Если принять соотношение маршрутной и среднеходовой скорости равной 0,9 /14 42 / и максимальной и среднеходовой скорости 1,2 /Ю 42 44 /, то уровень максимальной скорости 200 км/ч можно считать достаточным.

Такой же уровень максимальной скорости можно считать приемлемым для поездки на Черноморское побережье Кавказа. Время нахождения в пути составит 11*12 часов при расстоянии 1800*1850 км (Туапсе, Дилер, Сочи). Расстояние от Москвы до курортов Кавказских минеральных вод около 1800 км, поэтому и при поездке сюда можно ограничиться рассматриваемым пределом скорости.

При таком уровне скоростей можно совершать деловые поездки из Москвы в Ленинград, Минск, из Ленинграда в Таллин, Ригу в течение одного дня.

1.2. Современное состояние вопросовАнализ исследований и литературы по проблеме повышенияскоростей движения, пассажирских поездов показывает, что одним из основных вопросов является обоснование оптимальных скоростей движения. Этому вопросу посвящен ряд исследований.

На первой и второй научно-технических конференциях кафедр МИИТа в 1936-1937 гг Б.Н.Веденисов выступал с докладами об оптимальном способе проектирования.продольного профиля железных дорог при высокоскоростном движении. Доклады эти были результатом его многолетних экспериментальных и теоретических работ. Он еще тогда указывал, что ". необходимо предвидеть скорость 180* 250 км/ч уже в ближайшее время." /45 /.

Теоретические основы выбора оптимальных скоростей движения пассажирских поездов изложены в работах / ю 41 42 44/.

Эффективность повышения, скоростей движения, может быть определена по сроку окупаемости капиталовложений или по минимуму приведенных расходов. Эти критерии являются основой выбора лучшего варианта реконструкции, каждому из которых соответствует свой уровень скорости. Приведенные расходы используются для нахождения, оптимальной скорости движения с применением методов отыскания оптимальных решений, известных в математике.

Во ВШИЖТе разработана методика выбора оптимального варианта реконструкции линии /10 /. Она заключается в пошаговом выборе оптимального варианта реконструкции каждого барьерного места, ограничивающего скорость движения. Для этого назначаются вариантные значения скорости движения - 120, 160 и 200 км/ч. Критерием выбора оптимального варианта являются, годовые приведенные расходы. Решение находится, графическим методом.

В этой методике значение оптимальной скорости и варианта реконструкции определяются для определенных заданных размеров перевозок.

Аналогично решались вопросы в исследованиях ЛИИЖТа по повышению скоростей движения на линии Москва-Ленинград, Москва-Киев.

Н.И.Вещевой разработана методика определения оптимальной технической скорости движения по минимуму стоимости поездо-километра. Для. этого находится его производная и графическимметодом решается полученное кубическое уравнение / Ю /.

Г.И.Черномордик обосновал оптимальные скорости движения на рабочей части профиля, при этом анализировались возможные их ограничения и затраты на реконструкцию линий и их влияние на оптимальные скорости движения. Критерием выбора оптимального решения, является минимум приведенных затрат, найденный графическим методом /41 /.

А.И.Иоаннисян предложил методику определения оптимальной скорости цри электрической тяге / 44. /. В работе установлена зависимость скорости движения и эксплуатационно-строительных затрат. Оптимальная скорость движения, находится дифференцированием затрат и решением полученного кубического уравнения. В результате установлены оптимальные значения скоростей и влияние на них различных факторов. Расчеты производились для определенных фиксированных размеров грузовых и пассажирских перевозок.

В исследованиях Е.Н.Губенко, В.И.Евграфова, А.И.Карновс-кого и Б.В.Яковлева рассмотрены вопросы влияния скоростного пассажирского движения, на показатели эксплуатационной работы. Технико-экономическая, эффективность повышения скорости движения оцределялась путем сравнения рассмотренных вариантов на основе определения годовых приведенных расходов. В работе детально рассмотрено совмещение грузового и пассажирского движения и его влияние на пропускную способность /46,47/.

В ДИИТе под руководством Г.И.Черномордика и Б.В.Яковлева выполнено исследование эффективности введения скоростного движения на направлении Москва-Крым. Исходя, из условия, что время поездки не должно превышать 12*14 часов (ночное время) рассмотрены варианты максимальной скорости пассажирских поездов 120, 140 и 160 км/ч /14 / и определен срок окупаемости затратпо рекомендуемому к реализации варианту, который показал его высокую эффективность.

Б исследовании Ф.П.Кочнева / 42 / рассмотрены вопросы обоснования оптимальных веса и скорости движения пассажирских поездов на ближнюю и дальнюю перспективы. Оптимальные значения указанных величин находятся по минимуму ежегодных народно-хозяйственных затрат с помощью частных производных. Решение осуществляется графо-аналитическим методом. В работе установлены рациональные границы капиталовложений при реконструкции круговых кривых и раздельных пунктов при разных градациях скорости движения поездов и при различных пассажиропотоках.

Рассмотренные методы по разному учитывают факторы, влияющие на скорость движения пассажирских поездов, обосновывают и оптимальную скорость движения поездов, но их объединяет одно-они не ставят целью взаимоувязанный выбор оптимальной скорости движения пассажирских поездов и оптимального варианта усиления, мощности реконструируемой линии при росте объема грузовых и пассажирских перевозок во времени. Это относится, и к выявлению возможной этапности увеличения скоростей движения, пассажирских поездов.

В работах ряда авторов исследуется эффективность введения высокоскоростного пассажирского движения при определенных размерах пассажиропотока. При этом задача ставится следующим образом: эффективно или нет весь пассажиропоток перевозить с высокими скоростями движения / ю 42 /. При этом производится сравнение вариантов высокоскоростного движения, и движения. с обычными(реализованными) скоростями. При рассмотрении вопросов эффективности введения, скоростного движения было бы полезно выяснить и определить тот минимальный высокоскоростной пассажиропоток, который оправдывает затраты на реконструкциюлинии при повышении скоростей движения. Это могло бы послужить ориентиром для принятия предварительных решений.

При введении высокоскоростного движения неизбежно встает вопрос о выборе радиуса круговых кривых, соответствующего уровню скорости. Эти вопросы исследовались Г.М.Шахунянцем,A.И.Иоаннисяном, О.П.Ершковым, С.П.Першиным, Л.З.Прасовым,B.И.Евграфовым, целым рядом советских и зарубежных авторов. Задача выбора радиуса кривой при повышении скоростейдвижения решаются в двух аспектах: с позиций технико-экономической эффективности его увеличения или ограничения, скорости в кривой и с позиции взаимодействия пути и подвижного состава при обеспечении в обоих случаях комфортабельности движения. В работе С.П.Першина анализируются связи между скоростями движения поездов и радиусом кривой в условиях смешанных грузовых и пассажирских перевозок /43 /.В работе предложена формула ощюделения максимальной скорости движения по кривой из условий обеспечения комфортабельности и равной загрузки рельсовых нитей.

Упах \Voi +12,95 aRmaxгде Уд, - взвешенная по тоннажу скорость всех поездов,1-оС,о| - т,г,'™тттлчтттто'-г ™лкроме самых быстрых; R - радиус кривой;а - непогашенное поперечное ускорение;с{ш- доля по тоннажу поездов с максимальной скоростью.

Взаимодействие пути и подвижного состава в кривых посвящен целый ряд работ д.т.н. О.П.Ершкова /10,51-5"7,яз /. В них исследуется комплекс процессов, при прохождении кривых различными экипажами с обычными и высокими скоростями. Разработаныметоды, позволяющие оценивать силовое воздействие на путь.

Выполненные исследования позволили более обоснованно подходить к вопросам проектирования и содержания пути.- Ныне применяется методика определения допустимых скоростей движения поездов по кривым и радиусов кривых для. линий со смешанным грузовым и пассажирским движением. Согласно этой методике величина радиусаопределяется, по формулеV2 -з,б*[анп]2 1D s Vwcix— КУсркь м ( 1.2 )где Vmax- максимальная скорость;среднеквадратичная скорость; £dHnJ- допускаемое непогашенное поперечное ускорение;К - коэффициент, учитывающий положение кузова экипажа.

Более подробно методика будет рассмотрена в 3 главе, здесь же укажем, что основное влияние на величину радиусов оказывают скорости движения, и структура поездопотока. Следовательно, изменение структуры поездопотока с течением времени при неизменных скоростях движения по кривой может привести к изменению радиуса и возникает задача выбора радиуса на различные сроки.

Аналогичная формула представлена в работе проф.А.И.Йоанни-сяна /44 /.

Определение величины радиуса круговой кривой с учетом грузового и пассажирского движения производят также и за рубежом, где такое совмещение предусмотрено /31 s& 59 /.

Например, М.Балух предлагает определять величину минимального радиуса круговой кривой по формуле2 2D. - Vp V*» М ( 1.3 )12,9 sia^+ajгде \/р V^ - скорость движения пассажирского и грузовогопоездов соответственно;adop 5 с\± - допустимые ускорения для пассажирского и грузового поездов.

При этом величина возвышения наружного рельса определяется по формулеь= ^0,D055fv/|-V/) Видно, что формула 1.3 аналогична формуле 1.2.

Повышение скоростей движения пассажирских поездов приводит к необходимости увеличения радиусов кривых, которые не отвечают требованиям, упоминавшимся ранее. Но это не единственная возможность. Можно повысить скорость прохождения кривых без увеличения радиуса и не превышая величины допускаемого непогашенного ускорения, т.е. не ухудшая, комфортабельности езды. Это условие обеспечивает принудительный наклон кузова внутрь кривой. По этому пути пошли в Великобритании, создав поезд APT, который позволяет проходить 1фивые со скоростью примерно на 50% большей, чем обычные поезда. В отечественной и зарубежной литературе достаточно полно освещена техническая сторона такого подвижного состава, но нет решений по технико-экономической эффективности его применения /35" 60,48 55 /.

Железнодорожные магистрали нашей страны работают в условиях большой грузонапряженности, осуществляя работу по перевозке грузов и пассажиров на значительные расстояния. Это является главным отличием наших железных дорог от зарубежных. Основной полигон линий, на которых наиболее вероятно повышение скоростей движения пассажирских поездов находится в Европейской части СССР, где железнодорожная сеть более развита и имеются большие пассажиропотоки. Это дает основания полагать, что повышение скоростей движения до 200 км/ч будет осуществляться на существующих магистралях в сочетании с грузовым движением.

Строительство новых специализированных высокоскоростныхмагистралей в ближайшие 20-5-25 лет маловероятно, так как дляэтого потребуются весьма значительные капиталовложения. По данным работы / 10 / строительство I километра такой магистрали обойдется не менее чем 1,5 млн.руб.

1.3. Задачи исследованияПроцесс повышения скоростей движения пассажирских поездов на существующих железнодорожных магистралях приводит к необходимости совмещения грузового и пассажирского движения и принятия оптимальных проектных решений в одинаковой степени учитывающий оба вида перевозок. При проектировании новых линий и реконструкции существующих эффективно црименяется метод формирования. оптимальных схем овладения перевозками - метод кафедры Изыскания и цроектирования ж.д. МИИТа, обеспечивающий оптимальные параметры реконструкции и этапность усиления линий во времени цри минимальных затратах. С другой стороны, существуют методы определения оптимальной скорости движения, пассажирских, которые не учитывают динамику перевозок во времени.

Учитывая изложенное,в диссертации поставлена задача разработки методики определения оптимальной скорости движения пассажирских поездов на существующих магистралях с учетом динамики перевозок во времени. Она должна учитывать необходимое развитие пропускной и провозной способности линии, ее этапность во времени в связи с повышением скоростей, движения. Это обусловлено тем, что отечественные железные дороги характерны не только большим объемом грузовых и пассажирских перевозок, но и их постоянным ростом во времени. Развитие пропускной способности может потребоваться по двум причинам: из-за увеличения объема перевозок и увеличения скоростей движения. Поэтому поставленная задача должна решаться во взаимосвязи грузового и пассажирскогодвижения,.

Динамика перевозок во времени может оказать влияние на проектирование реконструкции трассы:как показали расчеты,изменения структуры перевозок во времени даже при неизменных скоростях движения грузовых и пассажирских поездов по кривой может привести к изменению потребного радиуса кривых /61 /.На основании исследований, проведенных под руководством д.т.н. О.П. Ершкова и выводов (предварительных),'"которые требуют экспериментальной и эксплуатационной проверки" /62 /, поставлена задача отыскания таких количественных взаимосвязей структуры поез-допотока, величины поперечного непогашенного ускорения и радиусов круговой кривой, которые обеспечивают в копмлексе нормальные условия проектирования и эксплуатации линий во времени.

Альтернативой увеличению радиусов круговых кривых при повышении скоростей движения на существующих магистралях может быть применение на них подвижного состава с принудительным наклоном кузова внутрь кривой. В исследовании определены сферы технико-экономической эффективности его применения.

Повышение скоростей движения поездов на существующих линиях является весьма капиталоемким мероприятием. Известно, что затраты на реконструкцию должны окупаться за счет экономии времени продолжительности поездки пассажиров в пути. При разработке проектов реконструкции существующих линий с высокой степенью заполнения пропускной способности и установившимися объемами грузовых и пассажирских перевозок целесообразно оценивать технико-экономическую эффективность повышения скоростей движения пассажирских поездов. Для таких условий можно установить экономически рациональное число высокоскоростных поездов, которое оправдает затраты на реконструкцию линии. При этом следует учесть, что повышение скоростей движения, может сопровождаться дефицитом технических средств (подвижного состава, ремонтной базы и т.д.). К тому же, вероятно, не весь пассажиропоток следует перемещать с высокими скоростями.

Вышеизложенное позволяет сформулировать постановку следующих задач:- разработку методики взаимоувязанного выбора оптимальной скорости движения пассажирских поездов,, параметров реконструкции и этапности усиления мощности дорог;- выбор параметров плана трассы с учетом динамики роста перевозок во времени;- выявление эффективности применения подвижного состава с наклоном кузова;- разработку методики определения экономически рационального высокоскоростного поездопотока.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ С УЧЕТОМ ДИНАМИКИ РОСТА ПЕРЕВОЗОК2.1. Пропускная способность в условиях смешанныхперевозокСовмещение грузового и пассажирского движения на существующих железных дорогах Советского Союза является объективным фактором, отражающим современный уровень развития сети и обуславливается большим объемом грузовых и пассажирских перевозок и перспективами развития самой сети, так и народного хозяйства в целом.

Известно, что пассажирское движение снимает часть грузового движения, что особенно ощутимо в условиях высокого заполнения пропускной способности железных дорог. Это характерно для большинства направлений Европейской части страны, на которых наиболее вероятно повышение скоростей движения пассажирских поездов. Съем грузового движения является следствием разницы в скоростях движения грузовых и пассажирских поездов и необходимостью реализации непараллельного графика движения поездов.

Вопросы съема грузовых поездов пассажирскими исследовали Б.Э.Пейсахзон, Н.И.Бещева, Н.А.Воробьев, А.Д.Каретников и др /63-68 /, что свидетельствует о большом значении и сложности этих вопросов при расчетах пропускной и провозной способности железнодорожных линий.

Основным показателем съема является коэффициент съема -Величина коэффициента съема зависит от скоростей движения поездов, длин перегонов и их неидентичности, путевого развития станций, расчетного межпоездного интервала и ряда других факторов /65 67 /.

В нормативных документах нет. расчетных формул или значенийкоэффищентов съема для скоростей движения пассажирских поездов более 160 км/час. В ряде работ приняты различные эмпирические формулы для. определения коэффициентов съема при таких скоростях. Но общая структура этих формул одна. Во всех случаях общий коэффициент съема состоит из эквивалента £0 и дополни -тельной части 6&оп /67 /.В работах /42 68 / коэффициент съема состоит из минимального и переменного 6пер.

Так, в работе /67 / приведена формула определения.' -ЬгрР-О(М-0,Р51\1ПС)tone = --Ч--+ М Jp-0,DbNnC-A(0,^-0,0,|,Nnc) (2.1)где trp - время хода грузового поезда по ограничивающему перегону, мин;А — соотношение среднеходовых скоростей движения грузовых и пассажирских поездов;Nnc - число пассажирских поездов.

В работе /42/ используется другая расчетная формула2УГр(Згр-1)+бое ^ бое+(5-о,22у,)Угр. 9.

ПС ч—й- + -V—й--'Jrp VX Jrp *гргде Vpp - скорость движения грузовых поездов, км/час;Згр - межпоездной интервал в грузовом движении, час;I - длина перегона, км;Vx - среднеходовая скорость движения пассажирских поездов, км/час.

Существуют и другие формулы для определения коэффициентов съема.

В данной работе н,е ставится цель исследования коэффициентов съема и их уточнение. Они необходимы для. расчетов пропускной способности и анализа овладения перевозками в зависимости от скоростей движения поездов. Поэтому достаточно на основе сопоставительного анализа выбрать расчетную формулу и применять ее в дальнейшем.

В табл. 2.1 и 2.2 приведены величины коэффициентов съема £пс расчитанные по формулам (2.1) и (2.2) соответственно.

Величины коэффициентов съема, рассчитанные по формуле C2.I) во всех случаях увеличиваются с увеличением скорости движения пассажирских поездов, тогда как коэффициенты съема, определенные по формуле (2.2) при малой длине перегона уменьшаются (рис. 2.1). Кроме того, формула (2.1) содержит зависимость коэффициента съема от числа пассажирских поездов, чего нет в формуле (2.2). Это немаловажное обстоятельство, особенно в условиях изменения размеров перевозок во времени, которое лежит в основе методов анализа их овладения. На рис.2.2 показана зависимость коэффициентов съема от числа пассажирских поездов при различных длинах перегонов и скоростях движения поездов.

Коэффициенты съема зависят также и от путевого развития раздельных пунктов. По причине указанной ранее, в исследовании принято, что путевое развитие станций достаточно и поэтому составляющая коэффициента съема, зависящая от путевого развития, принята равной нулю.

В исследованиях других авторов применялись различные формулы для определения коэффициентов съема. Например, в работе/10 / использована формула, в которой имеются такие составляющие, как интервалы прибытия и отправления поездов, но нет числа пассажирских поездов. Она определяет съем грузовых поездов при разрозненной прокладке пассажирских поездов.

Грасрик зависимости £>nc^i(Vx)2/ PC1и-ъокмln-zdУх, км/чНО ISOпо <р -ле 2.1 по ср-ле 2.2.

Рис. 2.L—Г— №Грасрик заЬисимости £пс - /(ЖеJ3 г 1 Jnc1п*40кнЮ2030т АОNnc пл./сут.- Vx - 140 км/ч- Vx - /80 км/чРис. 2.2•ЩНа основании вышеизложенного при дальнейших расчетах пропускной способности принята для. определения величин £пс формула (2.1), как позволяющая произвести исследование в менее благоприятных условиях.

Известно, что в общем случае пропускную способность можно представить в видеNmax Nrp п.п/сутки (2.3 )где Mmax ^ - общая пропускная способность с учетом коэффициента использования максимальной пропускной способности;Nrp,NnC)Nj - число грузовых, пассажирских, сборных и ускоренных поездов; Nj=Nc£+Nyc< £пс, - коэффициенты съема пассажирских, сборных и ускоренных поездов.

Рис. 2.3больше длина перегона (расстояние между обгонными пунктами). Долю грузового движения можно увеличить за счет сокращения интервала jfrp что приводит к увеличению общей пропускной способности, однако при этом увеличивается и коэффициент съема. На рис.2.4 показано распределение пропускной способности двухпутной линии при Угр = 6 мин. В этом случае на долю грузового движения приходится от 50 до 25% пропускной способности.

Другим путем увеличения пропускной способности может быть увеличение скоростей движения грузовых поездов, т.е. уменьшение trp и увеличение А (формула 2.1). Но в случае вождения полновесных поездов это мероприятие не всегда экономически эффективно и в каждом случае требует технико-экономического обоснования.

2.2. Определение оптимальной скорости движения с учетом динамики роста перевозок2.2.1. Влияние скоростей движения на сроки исчерпания мощности технических состоянийВ основу решения воцросов, связанных с усилением мощности железных дорог, положен метод анализа овладения перевозками, предложенный проф.А.В.Гориновым. Как известно, этот метод базируется на анализе потребной и возможной провозной способности комплекса технических состояний, обеспечивающих перевозочный процесс. Одним из узловых моментов метода является срок исчерпания провозной способности технических состояний, наступающий при равенстве возможной Гв и потребной провозной способности. Возможная провозная способность определяется по формуле= 365 Qcp Nrp ) „дн^/год { 2.5 )О,где QCp- средняя масса состава, т;Распределение Пропускной способности- Vx =180 км/ч---Vy=/20 км/чРис. ZAjf, - коэффициент внутригодичной неравномерности.

Число грузовых поездов определяется из условия (2.3), которое зависит от скорости движения пассажирских поездов. Величина gnt прямопропорциональна скорости пассажирских поездов, увеличение ее приводит при одной и той же максимальной цропускной способности и Qcp к уменьшению возможной провозной способности технического состояния, а следовательно и к более раннему сроку исчерттания его мощности.

На рис.2.5 представлены графики возможной и потребной провозной способности двухпутной линии при среднеходовой скорости движения пассажирских поездов 180 и 120 км/час. Потребная провозная способность принята изменяющейся во времени по линейному законуПп -40 +2-fc , млн. т/годИзменение пассажирского поездопотока принято также по линейному законуN пс = 5 » пар поездов/суткиНа рис.2.5 показано, что увеличение скорости от 120 до 180 км/час приводит к уменьшению срока исчерпания мощности примерно на I год.

Если в общем случае представить изменения Гп и М во времени в видеГп= а + bt N*»C+dtа сроки исчерпания мощности "t^ и "Ь, то можно аналитически представить изменение срока исчерпания мощности At=t2-t, Для этого запишем равенство Гп =ГВ в видеа + bt = z[Nmax у - 4(0 (c+dt) - С: С1Изменение, срока исчерпания мощности Состояний At100 80 60 4D 20 Г, мпн.т./г.

Влияние темпов роста лереВозок на срок исчерпаний мощности пинии.

2.2.2. Методика определения оптимальной скорости движения пассажирских поездовВопросы технико-экономической эффективности реконструкции существующих магистралей для повышения скоростей движения пассажирских поездов и строительства специализированных высокоскоростных магистралей глубоко разработаны в исследованиях целым рядом советских ученых, упомянутых ранее в п. 1.2.

В этих работах технико-экономическая эффективность проектных решений рассматривается на расчетный срок в системе одноэтапных капиталовложений без учета динамики роста грузовых и пассажирских перевозок. Такой подход лежит и в сравнении вариантов реконструкции трассы линии Москва-Ленинград, технический цроект которой разработан Ленгипротрансом. Известны также методики определения оптимальной скорости движения поездов, в основу которых положен расчетный срок.

Отечественные железные дороги характерны постоянным увеличением грузовых и пассажирских перевозок во времени. Этот факт нашел свое отражение в исследованиях и практике проектирования новых и реконструкции существующих линий. В настоящее время разработаны надежные методы взаимоувязанного выбора параметров проектирования и эксплуатации железных дорог с преимущественно грузовым движением. Над совершенствованием решения этой проблемы работали А.В.Горинов, А.И.Иоаннисян, Г.И.Черномордое, А.П.Кондратченко, Э.Д.Фельдман, А.М.Макароч-кин и ряд других авторов.

Ныне сформировался однозначный подход к проектированию, реконструкции и эксплуатации железных дорог, заключающейся в комплексном выборе их параметров и этапном усилении мощности во времени /69-74/.

Как отмечал цроф. А. П. Кондратченко железнодорожную линиюможно считать управляемой физической системой, характеризующейся множеством параметровR КГн АР Ан Ар,РСр,".А-о} (2.7) где Рн - грузопоток нетто;Nrp- число грузовых поездов;QbH- норма массы грузовых поездов;QCp- средняя масса поезда;Рср- средняя, погонная нагрузка;1П0- длина приемо-отправочных путей.

Определенное подмножество постоянных значений приведенных параметров формируют соответствующие состояния системы X^. Набор состояний системы составляет расчетный случай, внутри которого осуществляется управление системой во времени. Это управление определяет схему этапного овладения перевозками.

Разработаны методы отыскания оптимальных схем овладения перевозками на основе современных математических методов. Анализ этих методов показывает, что весьма эффективным является метод формирования оптимальных схем овладения перевозками, разработанный проф. А.П.Кондратченко и проф. И.В.Турбиным /75 /. Этот выбор позволяет рассматривать неограниченное число технических состояний внутри каждого расчетного случая и имеет достаточно простую и наглядную процедуру поиска оптимального решения, основанную на принципах динамического программирования.

Отыскание оптимальной схемы овладения перевозками в полной мере относится к существующим железнодорожным магистралям со смешанными грузовыми и пассажирскими перевозками, на которых решается вопрос о повышении скоростей движения пассажирских поездов.

В этом случае множество R (формула 2. 7 ) должнобыть дополнено еще одной управляемой переменной - скоростью движения пассажирских поездов Vx.

Анализ метода формирования оптимальных схем овладения перевозками позволяет сделать вывод о том, что его можно применить для решения задачи отыскания оптимальной скорости движения пассажирских поездов.

В рамках этого метода параметр V* должен принимать дискретные значения, каждое из которых входит в состав подмножества параметров грузового движения Rrp и определяет отдельное состояние Xi. На рис. 2.7 показаны технические состояния I, 2, 3, 4, имеющие одинаковые параметры в грузовом движении (масса грузовых поездов, дайна приемо-отправочных путей, межпоездной интервал), но отличающиеся скоростью движения пассажирских поездов. Пусть Vxfl) > > Vy^ >. Каждый вариант скорости пассажирских поездов определит соответствующий съем грузового движения, а следовательно и соответствующую пропускную и про -возную способность, которая и определяет каждое техническое состояние.

Как показали расчеты, приведенные в п. 2.1 увеличение скорости сравнительно незначительно уменьшает провозную способность и практически не влияет на изменение сроков исчерпания мощности технических состояний. Это изменение в реальных условиях роста перевозок составляет I год и менее. Минимальная точность определения сроков перехода с одного состояния на другое и эксплуатационных расходов составляет также I год. Это обстоятельство используется в организации процедуры метода следующим образом.

Формирование оптимальной схемы овладения перевозками производится на сетке "состояние-время", где сами состояния располагаются в порядке возрастания провозной способности. На рис.

Расположение технических, состояний на грасрике овладения переЬоъкатР,мпн.т./г.Vx(i)Ччоvx(o > vm > vm> Усщ"Ь петN120 4№ 3160 2/ВО 1Рис. 2.7Расположение состояний на сетке „состояния-время "л/Лt,петVx Nm //60 zm 6/20 4Рис. 2.8Откорректированное распопожение состояний.i,петРис. 2.9с Of.42.8 показано расположение технических состояний на сетке в соответствии с их расположением на графиках провозной способности ( см.рис.2.7). В техническом аспекте получается так, что состояния расположены в порядке снижения технического совершенства (1-2-3-4). К тому же, начальное состояние оказывается на сетке не первым, что приводит к возможности переходов вниз по сетке "состояния. - время". Поэтому для сохранения процедуры метода целесообразно расположить технические состояния, на сетке в порядке возрастания их технического совершенства, как изображено на рис.2.9.

Учитывая вышеизложенное, решение поставленной задачи сводится к такой последовательности.

Назначаются технические состояния с учетом вариантов скоростей движения пассажирских поездов, обеспечивающих овладение грузовыми и пассажирскими перевозками на всем расчетном периоде времени. Цроизводятся расчеты пропускной и провозной способности назначенных технических состояний Ссм.рис.2.10). Рассмотрим для примера 6 технических состояний с вариантыми значениями скоростей Vx = 140, 160, 180 км/час при межпоездных интервалах 8 и 10 мин. В начальный период на линии обращается 10 пар пассажирских поездов, а затем происходит прирост на I пару в год.

Сетка "состояния-время" для. этого расчетного случая показана на рис. 2.II. Сроком исчерпания мощности первых трех состояний является II год. Состояния 4-5-6 являются конечными.

Далее формируется оптимальная схема овладения перевозками. При этом устанавливаются, если они существуют, экономически рациональные сроки переходов от одного состояния L к другому j из условия(2.8)Грскрик овладения перевозкаминоюо 80 60 40 20 Г} тн.т./г.петг 1/ОISVx- 140; 160; 180 км/чФормирование оптимапьной схемы отпадения перевозками на сеткесостояния - Время "yV У, мин VXj кн/ч6 8 /805 8 /604 8 /403 10 1802 /0 1601 Ю /40о^ЭК 5 год5IРис. 2.Uю'гтп& ±, лет-Ь» 4?где Kg- стоимость перехода;C;(t),Cj(-b)- эксплуатационные расходы по состояниям £ j ;Ен - нормативный коэффициент эффективности затрат.

Критерием оптимальности являются приведенные затратыгде К0 - начальная строительная стоимость;Уг) - число состояний;К- - стоимость переходов;C-t(t)- ежегодные эксплуатационные расходы;сроки начала и конца эксплуатации технических состояний;Енп - норматив для приведения разновременных затрат.

Стоимости переходов определяются в зависимости от видов и объемов работ по реконструкции линии в связи с введением более мощных технических состояний.

Эксплуатационные расходы складываются из расходов по продвижению грузовых и пассажирских поездов > ), расходов на локомотивный и вагонный парк ( СЛ С в ), расходов связанных с обгоном грузовых поездов пассажирскими (C0<f), расходов по содержанию постоянных устройств железнодорожной линии.

Расходы по передвижению поездов можно расчитать по единичным нормам по результатам тяговых расчетов или по укрупненным нормам в соответствии с известными методиками.

Расходы на содержание постоянных устройств определяются в соответствии с техническим вооружением линии и скоростями движения поездов.

Таким образом изложенная методика позволяет производить взаимоувязанный выбор оптимальной скорости движения пассажирских поездов и этапного усиления мощности железных дорог при смешанном грузовом и пассажирском движении.

2.3. Влияние динамики роста перевозок на оптимальные скорости движения поездовМожно считать, что изложенная в п.2.2 методика отвечает современным требованиям, предъявляемым к обоснованию эффективности капитальных вложений и сравнению вариантов проектных решений, их оптимизации. Она позволяет оптимизировать технические параметры проектирования и эксплуатации во времени, и, в частности, скорости движения пассажирских поездов. Этого нельзя достичь, применяя существующие методы определения оптимальных скоростей движения поездов, которые основаны на оптимизации критериев, представляющих собой приведенные затраты в системе одноэтапных капиталовложений, т.е. на расчетный срок. Применение этих методов не только не дает ответа на вопрос о путях этапного усиления мощности железных дорог, но и может привести к решению, отличного от оптимального.

Дня доказательства сформулированного положения сопоставили результаты проектных решений, полученных по этим методам.

Рассмотрим расчетный случай, приведенный в п. 2.2. Кроме уже указанных исходных данных укажем, что масса грузовых поездов составляет 4200 т цри электровозе Ш 10.

Графики возможной 1в и потребной провозной способности показаны на рис.2.10.

Стоимость переходов К у определены на основе удельных показателей стоимости реконструкции линий, приведенных в работе Л.З.Прасова /76 / и сведены в матрицу переходов.

Эксплуатационные расходы подсчитаны по рассмотренной в п.2.2 методике. При этом расчеты производились с тремя вариантами стоимости пассажиро-часа Спс,ссч = 0,5; 0,75; I руб.

На рис.2.12 показаны оптимальные схемы овладения перевоз-каш с различной стоимостью пассажиро-часа. Так, при Спс(ссц= I руб оптимальная скорость движения пассажирских поездов составила 180 км/час с самого начала. Цри 0,75 в течение. первых двух лет оптимальная скорость составила 140 км/час, затем на 3-й год следует увеличить скорость до 160 км/час. При Спасс.ч= 0,5 повышать скорость нерационально. Отметим, что на 10-й год эксплуатации при С^^ц = 0,5 руб оптимальной является = 140 км/час, цри Спш.ц= 0,75 - Vy = 160 и при 0ПЯССЧ= I руб -V* = 180 км/час.

На рис.2.13 представлены критерии оптимальности в зависимости от скорости для этих схем.

Теперь произведем сравнение вариантов в системе одноэтайных капиталовложений при нормативном коэффициенте эффективности Ен = 0,1. Критерием выбора варианта примем приведенные затраты3. , млн.рубk нгде К- - строительная стоимость варианта;С^ - эксплуатационные расходы 10-го года.

Сопоставление результатов црименения двух рассмотренных методов показывает, что при стоимости Спассц = 0,75 руб величины оптимальной скорости движения пассажирских поездов не совпаBOO 590Грасрики зависимости 3=f(vy) 9, шч.р Р)?пасс-ч - 1,0 ру8580—\— №560550 540 3, нпн.рт5105/0 Эу мпн.рVI№%tVx км/ч/GOISO5). -0,75 pyS'пасс-ч\tкi— /50&)HQк, км/ч№ Рис. 2.14— ISOVx КМ/Чдают.

Дня проверки сформулированных ранее положений произведем сопоставление методов при больших величинах строительных затрат на реконструкцию. Начальная строительная стоимость остается прежней, а стоимости переходов, зависящие от уровня скорости Vx приведены в табл.2.5.

Результаты расчета приведенных затрат рассмотренного случая сведены в табл.2.6.

Заключение диссертации по теме «Изыскание и проектирование железных дорог», Козлов, Вячеслав Юзефович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Высокая строительная, стоимость сооружения специализированных высокоскоростных магистралей,' наличие в Европейской части СССР сложившегося и достаточно развитого полигона железнодорожных линий, на котором вероятно повышение скоростей движения пассажирских поездов дальнего следования, с его материально-производственной базой? социально-демографическая ситуация в нашей стране - эти факторы дают основания полагать, что в первую очередь следует решать цроблему повышения скорости на существующих железнодорожных магистралях.

2. Одной из центральных задач в этой проблеме является обоснование оптимальной скорости движения поездов. В настоящее время эта задача решается на расчетные сроки в системе одноэтал-ных капиталовложений. В работе показано, что для существующих магистралей такой подход может привести к неоптимальным решениям и во всяком случае не решает вопроса этапности усиления мощности линий с течением времени как в грузовом, так и в пассажирском движении.

3. Показано, что основные вопросы проектирования и эксплуатации линий решаются на основе анализа овладения перевозками. Для этого достаточно эффективно применяется метод формирования оптимальных схем овладения перевозками.

4. В исследовании предложена методика определения оптимальной скорости движения пассажирских поездов на существующих железнодорожных магистралях со смешанным грузовым и пассажирским движением, в основу которой положен метод формирования оптимальных схем овладения перевозками. По этой методике задача решается следующим образом:

- назначаются вариантные значения скоростей движения поездов с любой градацией;

- назначаются технические состояния и формируется расчетный случай;

- формируется оптимальная схема.

Методика позволяет производить взаимоувязанный выбор оптимальной скорости и параметров реконструкции и этапного усиления мощности линий.

5. Исследование показало, что цри росте грузопотока на I млн. т/год и увеличении . числа пассажирских поездов более чем на I пару в год, изменение срока исчерпания мощности технических состояний составляет I год и менее при повышении скоростей движения со 120 до 180 км/ч.

6. Существенное влияние на уровень оптимальной скорости оказывают стоимость реконструкции и стоимость I пасс-часа. Расчеты показывают, что при стоимбсти реконструкции 300 тыс.руб/км оптимальная скорость движения составляет 180 км/ч. При большей стоимости оптимальная скорость уменьшается. При стоимости I пассажиро-часа 0,5 руб неэффективно вводить высокоскоростное движение. При стоимости I пасс-часа 0,75 руб оптимальная скорость составляет 165 кл^ч, а при стоимости I пасс-часа I руб оптимальная скорость - 180 км/ч.

7. В исследовании показано, что из всех параметров плана трассы существующих железных дорог наибольшее влияние на стоимость реконструкции и на уровень скоростей движения оказывает радиус круговых кривых. По существующей методике определения радиуса круговой кривой изменение структуры поездопотока во времени приводит к изменению радиуса, что практически невозможно в процессе непрерывной эксплуатации.

8. Предложены, используя, тенденцию к установлению зависимости структуры, поездопотока и величины поперечного непогашенного ускорения, количественные взаимосвязи между этими параметрами, обеспечивающие постоянство R в условиях изменения структуры поездопотока. Так при реализации на кривой максимальной скорости 200 rni/ч увеличение доли пассажирского движения по тоннажу у с 3 до 11% приводит по существующей методике к изменению радиуса с 3800 до 3500 м. Введение зависимости анп =4(Л обеспечивает на весь рассматриваемый период времени R = 4000 м. При этом величину анп следует уменьшить о до 0,53 м/сек .

Установлено, что величина анп зависит не только от структуры поездопотока, но и от скоростей движения поездов. Рассмотрены примеры определения радиусов с учетом динамики перевозок во времени.

9. В исследовании определена технико-экономическая эффективность применения подвижного состава с наклоном кузова внутрь кривой. Расчеты показывают, что его выгоднее вводить даже в том случае, если он будет стоить в 3-5-4 раза дороже по сравнению с обычным подвижным составом, чем уполаживать кривые. С уменьшением пассажиро-потока эффективность его применения увеличивается.

10. В работе разработана методика определения экономически целесообразного пассажирского поездопотока NBCK , оправдывающего затраты на реконструкцию линий при повышении скоростей движения за счет экономии от сокращения продолжительности поездки пассажиров.

11. Установлены количественные связи между строительными и эксплуатационными показателями и экономически целесообразным поездопотоком . Так,при покилометровой стоимости реконструкции 250 тыс.руб/км повышение скорости до 180 км/ч требует не менее 15 пар высокоскоростных поездов.

12. Обращение вагонов со спальными местами требует большего высокоскоростного поездопотока, чем обращение вагонов с сидячими местами.

13. Стоимость реконструкции зависит от скорости движения поездов. Учет такой зависимости на основе статистических данных показывает, что величина NBCK практически не зависит от степени увеличения скорости при достаточно высокой оценке стоимости пассажирочаса. Так при стоимости I пасс-часа I руб высокоскоростной поездопоток составит 16*17 пар поездов/сутки.

14. Выполненное исследование является определенным шагом в решении такого важного вопроса, как повышение скоростей движения пассажирских поездов на существующих магистралях. Использование результатов исследования дает возможность принимать более обоснованные проектные решения, обеспечить эффективность капиталовложений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Козлов, Вячеслав Юзефович, 1984 год

1. Ленин В.И. Аграрный вопрос и "критика Маркса".- Полн.собр. соч., 5-е изд., т.5, с.95-268.

2. Маркс К. Критика политической экономии.- Маркс К, Энгельс Ф. Соч.2-е изд., т.46, ч.1, с.117.

3. Материалы ХХУ1 съезда КПСС.- М.: Политиздат, 1981, с.223.

4. Материалы пленума ЦК КПСС, 22 ноября 1982.- М. Политиздат, 1982.- 30 с.

5. Пассажирские перевозки на уровень современных требований.-Гудок, 1983, 27 мая.

6. Веденисов Б.Н. О переходных кривых при больших скоростях движения.- ф.МИИТ, 1936, вып.47, с.76-105.

7. Циолковский К.Э. Сопротивление воздуха и скорый поезд.1.я Гостипография ГСНХ, Калуга, 1927.- 72 с.

8. Бабичков A.M. Проблемы тяги при скоростном движении на железных дорогах.- Тр.МЭМИИТ, 1937, вып.ХХУ, 184 с.

9. Шахунянц Г.М. Особенности устройства железнодорожного пути при существующих скоростях и при сверхскоростном транспорте.-Тр.МИИТ, 1936, вып.47, с.3-75.

10. Высокоскоростное пассажирское движение./Под ред.Н.В.Коло-дяжного.- М.:Транспорт, 1976 386 с.

11. Проблемы развития скоростного движения поездов /Под ред. Л.М.Рымши.- Л.:Транспорт, I974.-266 с.

12. Черномордик Г.Й., Паршикова К.В. Сферы применения скоростного пассажирского движения на железных дорогах СССР.- М.: Транспорт, 1970.- 57 с.

13. Губенко Е.Н., Евграфов В.И., Черномордик Г.И., Яковлев Б.В., Технико-экономическая эффективность введения скоростного движения поездов на направлении Москва-Крым. -Тр. ДИИТ,1969, вып.105, с.40-46.

14. Проблемы скоростного движения на железных дорогах Японии и некоторых других стран.- Railway gazette Jnt., 1978, М, p. 267.

15. Соссаревский А.Н. Новое железнодорожное строительство в Японии.- Транспортное строительство, 1975, М2, с. 52-53.

16. Ямаска М. Влияние скоростной железнодорожной сети на городские агломерации.- Железные дороги мира, 1975, №12, с.53-69.

17. Новые линии скоростного движения пассажирских поездов.ynt. Railway У., 1981, 21, №3,8.

18. Открытие новых высокоскоростных линий японских национальных железных дорог.- Rati way gazette Jot,, 1982, Щ0, p. 813-815.

19. Б.Е.Луков. Железнодорожный транспорт Японии; современное состояние и перспективы развития.- Железнодорожный транспорт, 1982, №8, с.76-78.

20. Королев М.И. Новая высокоскоростная железнодорожная линия Франции.- Транспортное строительство, 1982, М, с.55-57.

21. Алиас Ж. Строительство линии Париж-Юго-восток Государственных железных дорог Франции,- ETP-£isenbahn techn, Rdsch,, 1980, 29, №12, S. 821-826.

22. Семрапу А.Строительство линии Париж-Лион.- DrO£)i ko£ej;1980, 3, №9, 231-241.

23. Лдшун Ж. Основные концепции для выбора параметров электропоездов линии Париж-Юго-Восток.- Железные дороги мира, 1979, №4, с.31-34.

24. Сооружение второй половины скоростной магистрали "Днрет-THCHMa".-5tRade е tRaf| , 1980, 27, №280, 8-13.

25. Строительство скоростной магистрали в Италии.- Jnt. Rtfyfiwoy 1 , 1980, 20, №9,19-28.

26. Проблемы проектирования скоростных линий в ФРГ.-fe en bah л ^.ЩШеиЯ , 1979, №1, 20-23, №2, 49-53.

27. Перспективы создания системы скоростных линий на железных дорогах ФРГ.-XiliR 6isenbahns 1978, 29 Folqt I)aRmstadt,s.a.

28. Линкерхагер В. Цроектирование и строительство новых скоростных линий в ФРГ.- . Bundesboihn , 1979, 55, №11,783.784.

29. Мюллер X. Высокие скорости движения на государственных железных дорогах ФРГ.- Железные дороги мира", 1983, №6, с.26-34.

30. Эксплуатация высокоскоростных линий в Великобритании.-J&ult, flmeR. Railway SnqMs.J.976, 77, №658, 499-521.

31. Кун P. Подготовка линий к высокоскоростному движению поездов.jf. oind Rept. Proc . Реятап. Way Jnst.,1981, 99, №3, 203-217.

32. Скоростной поезд из алюминия.- clchveiz A£um. RdscK 1980, 30, $5, 221-223.

33. Проект скоростной линии Сан-Ддего-Сакраменто.-бпд. Wews.Rec. 1980, 205, №22, 16.

34. Киззиа Т. Проект высокоскоростной электрифицированной железной дороги.-^ Ra'dwaу Age , 1980, voi 181, №23, p. 26.

35. К вопросу о создании высокоскоростной железнодорожной сети в Европе.- Железные дороги мира, 1982, №9, с. 53-58.

36. Весткамп У. Высокие скорости движения на железнодорожном транспорте возможности и пределы.- Железные дороги мира, 1983, ЖЕ, с.49-56.

37. Андропов Ю.В. Шестьдесят лет СССР: Доклад на совм.торжеств, заседании ЦК КПСС, Верховного Совета СССР и Верховного Совета РСФСР в К.Д. съездов 21 декабря 1982 г.

38. М.: Политиздат, 1982.- 30 с.

39. Черномордик Г.И. Повышение скоростей движения поездов.-М.: Транспорт, 1964.- 202 с.

40. Кочнев Ф.П. Повышение скоростей движения пассажирских поездов.- М.: Транспорт, 1970, 272 с.

41. Каретников А.Д. Некоторые проблемы дальнейшего повышения скорости движения пассажирских поездов.,-. Железнодорожный транспорт, 1963, №9, с.16-19.

42. Иоаннисян А.И. Улучшение трассы существующих железныхдорог.- М.: Транспорт, 1972.- 176 с.

43. Веденисов Б.Н. Некоторые вопросы проектирования новых и реконструкции существующих железных дорог при скоростном движении.- В кн.: Материалы П научно-технической конференгё ции кафедр МййТа.- М.: МШТ, 1937- 126 с.

44. Губенко Е.Н., Карновский А.И., .Яковлев Б. В. Влияние скоростного пассажирского движения на показатели эксплуатационной работы.- 3£уды ДИИТ, 1968, вып.82, с.51-64.

45. Губенко Е.Н,Евграфов В.И. Технико-экономическая эффективность снятия ограничений скорости движения пассажирских поездов на линии с электрической тягой.- Труды ДЩТ, 1966, вып.70, с.21-29.

46. Першин С.П. Об установлении радиусов кривых для высокоскоростного движения.- Транспортное строительство, 1970, №8, с.43-44.

47. Воронин М.И., Грязнов В.И., фасов 1.3. О повышении скоростей движения поездов на железных дорогах со сложным планом линии.- Тр.ЛИЙЖТ, вып.285, 1968, с.26-31.

48. Шахунянц Г.М.-Железнодорожный путь.- М. :1£анспорт, 1969.536.

49. Ершков О.П. Вопросы подготовки ж.д. пути к высоким скоростям движения.-М.:Трансжелдориздат, Тр.ВНИЖТ, 1959, вып. 176, 126 с.

50. Ершков О.П. Необходимое соотношение скоростей движения грузовых и пассажирских поездов.- Железнодорожный транспорт, 1961, JH, с.53-55.

51. Вертинский С.В., Ершков О.П., Золотарский А.Ф. Железнодорожный путь и подвижной состав для высоких скоростей движения./ Под ред.М.А.Чернышова.- М.:Транспорт, 1964,272 с.

52. Божков О.П. Расчеты поперечных горизонтальных сил в кривых.-Тр.ВНИИЖТ, 1966, вып.301.-227 с.

53. Ершков О.П. Сопряжения кривых и особенности движения подвижного состава по ним.- ф.ЕНИЙЖТ, 1973, вып.500.- 96 с.

54. Ершков О.П.,3ак М.Г., Карцев В.Я., Петрова В.М. Нормыи допуски устройства и содержания пути на зарубежных железных дорогах.-М.:Транспорт, 1978.- 40 с.

55. Ершков О.П., Карцев В.Я., Поперечные силы в кривых при высоких скоростях движения и наличии неровностей в плане. -Бюллетень ОСЖД, 1981, №5, с.1-7.

56. Железнодорожный путь и подвижной состав для высоких скоростей движения./Под ред.М.А.Чернышева.- М.:Транспорт, 1964.- 272 с.

57. Балух М. Минимальный радиус кривых при реконструкциии железных дорог.- Dro^l kci£ej ,1982,№2,с.45-49.

58. Поезд APT. Железные дороги мира.- 1976, №-3, с. 14-16.

59. Козлов В.Ю. К вопросу о выборе величины радиуса круговых кривых.- Тр.ШИТ, 1981, вып.688, с.75-81.

60. Бещева Н.И. Сравнение отдельных видов тяги в пригородном пассажирском движении.- М.: Транспорт, 1968.- 363 с.

61. Каретников А.Д., Воробьев Н.А. График движения поездов.-М.: Транспорт, 1979.- 301 с.

62. Архангельский Е.В., Воробьев Н.А. и др. Расчет пропускной способности железных дорог.- М.: Транспорт, 1977.- 310 с.

63. Пейсахзон Б.Э. Расчеты потребной пропускной способности железных дорог.- Вестник ВНИИЖТ, 1961, №6, с.46-52.

64. Чернюгов А.Д., Дербенева В.И. График движения поездовна пригородных участках.- Т^.ВНИМТ, 1971, вып.542, 119 с.

65. Кочнев Ф.П., Максимоэ1чБ.М., Сотников Н.Б. Вопросы организации движения поездов.- М.: Трансжелдориздат, 1961,- 218 с.

66. Кондратченко А.П., Тимофеев В.Н. Выбор экономически рад ио-нальных схем этапного усиления провозной способности железных дорог с применением ЭЦВМ.- Т^р.МИИТ, 1964, вып. 181,c.21-42.4'

67. Кондратченко А. П. Выбор экономически рациональных схем этапного овладения перевозками методом расчлененного анализа.- Т^.МШТ, 1970, вып.336, с. 55-85.

68. Кондратченко А.П. Теоретические основы современных методов взаимоувязанного выбора параметров проектирования и эксплуатации новых железных дорог. М., МИИТ. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук.-М.: 1974,с.411.

69. Турбин И.В. Выбор комплекса технических параметров методом направленного многомерного поиска.- Тр.МИЙТ, 1970, вып.336, с.86-101.

70. Макарочкин A.M. Математические модели развития транспортной сети. В кн.: Моделирование экономических проц есов на железнодорожном транспорте ./Под ред.Белова И.В.,Макарочки-на A.M.- М.:Транспорт, 1977.- 246 с.

71. Макарочкин A.M., Дьяков Ю.В. Использование и развитие пропускной способности железных дорог.- М.: Транспорт, 1981.287 с.

72. Методические указания по формированию оптимальных схем овладения перевозками и выбору параметров проектирования железных дорог.- М., МИИТ, 1972, 109 с.

73. Прасов Л.З. Зависимость изменения капитальных затрат от скорости движения поездов при переустройстве железной дороги для скоростного движения.- Тр.ЖТ, 1979, вып.624, с.85-93.

74. Строительные нормы и правила: СНиП П-39-76. Часть П. Нормы проектирования. Глава 39./Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1977.- 69 с.

75. Черномордик Г.И. Технико-экономическое обоснование норм проектирования, новых железных дорог.- М.: Трансжелдор-издат, 1948.- 152 с.

76. Купеда М. Некоторые проблемы подвижного состава, предназначенного для прохождения кривых с высокой скоростью.-Железные дороги мира, 1973, ЖЕ, с.З-П.

77. Польвара А. Вписывание в кривые при высоких скоростях движения.» Бюллетень международной ассоциации железнодорожных конгрессов, 1971, №6, с.57-66.

78. Дконс С. Поезд APT экономическая альтернатива строительства нового пути для. высоких скоростей.- Железные дороги мира, 1976, №3, с.17-22.

79. Пандольфо А. Нагрузки на путь при смешанном движении и преимущества объединенных транспортных систем.- Железные дороги мира, 1980, ЖЕ, с.30-42.

80. Ершков О.П., Карцев В.Я. Теоретические и экспериментальные исследования особенностей движения экипажей со скоростями до 200 км/ч. и требования к содержанию пути.- Железные дороги мира, 1980 , ЖЕ, с.1-13.

81. Осиновский Л.Л. Управление креном кузова.- Вестник ВНШЖТ, 1982, Ж2, с.30-32.

82. Осиновский Л.Л. Режимы управления вденом кузова экипажа в кривых участках пути.- Вестник ВНШЖТ, 1980, №1, с.41-45.

83. Испытания устройства для наклона кузова вагона в кривых.

84. BRitisb Rail! hits the „tift" button „ Hew Sci\ 1980, 87, ЖЕ217, 692 c.

85. Капиталовложения в скоростной международный железнодорожныйтранспорт.- Железные дороги мира, 1980, ЖЕ, с.71-74.

86. Миронов B.C. Влияние скорости движения пассажирских поездов на стоимость строительства линии.- Тр.МИИТ, 1971, вып.384, с.121-129.

87. Тейлор К. Развитие технических средств Британских железных дорог.- Железные дороги мира, 1981, №3, с.21-24.

88. Эксплуатационно-экономические исследования по установлениюоптимальных скоростей движения высокоскоростных пассажирских поездов: Отчет/ Моск.ин-т инж. ж.-д.трансп. (МИИТ); Руководитель темы А.И.Иоанннсян.- 279/73.- M.-I973-II2 с.

89. Котов Г. В. Экономическая эффективность повышения скоростей движения пассажирских поездов.- Тр.ВШИЖТ, 1966, вып.310, с.83-111.

90. Купоров А.И. О методике определения технико-экономической эффективности скоростного пассажирского движения.- Тр.МИИТ, 1968, вып.281, с.5-20.

91. Станиславюк В.Л. Об оценке ускорения перевозки пассажиров и доставки грузов.- Вопросы экономики, 1969, №3.

92. Гибшман А.Е. Определение экономической эффективности проектных рещений на железнодорожном транспорте.- М.: 1£анспорт, 1976.- 222 с.

93. Методические указания по сравнению вариантов проектных решений железнодорожных линий, узлов и станций.- М.: Оргтранс-строй, 1973. 438 с.