Развитие методов этапного овладения перевозками на двухпутных линиях при обращении длинносоставных грузовых поездов

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Развитие методов этапного овладения перевозками на двухпутных линиях при обращении длинносоставных грузовых поездов

05.22.08 - Управление процессами перевозок

фуфачева Марина Валерьевна

Екатеринбург - 2010

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Иркутский государственный университет путей сообщения» (ИрГУПС).

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Иванкова Людмила Николаевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Дмитренко Алексей Васильевич

кандидат технических наук, доцент

Плахотич Сергей Алексеевич

Ведущее предприятие - Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный университет путей сообщения».

Защита состоится «28» мая 2010 г. в 14 часов в ауд. 283 на заседании диссертационного совета Д 218.013.01 при Уральском государственном университете путей сообщения (УрГУПС) по адресу: 620034, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, д. 66.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского государственного университета путей сообщения и в сети Интернет на сайте www.usurt.ru.

Автореферат разослан «____»_____________ 2010 года.

Отзывы на автореферат, в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета университета и по факсу (343) 245-31-88.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Проводимая в настоящее время реструктуризация железнодорожного транспорта предусматривает внедрение на сети железных дорог новой эксплуатационной модели управления технологией перевозок, которая предполагает улучшение показателей использования подвижного состава.

В соответствии со Стратегической программой развития ОАО «РЖД» на период до 2030 года в перспективе намечается рост объемов перевозок, что потребует дополнительных пропускных и провозных способностей железнодорожных линий.

Одним из наиболее эффективных мероприятий по повышению пропускной способности железных дорог является увеличение норм массы и длины поездов. Сдерживающим фактором увеличения длины грузовых поездов является полезная длина приемоотправочных путей на станциях. Для устранения этого ограничения требуются значительные затраты на реконструктивные мероприятия по увеличению емкости путей. Очевидно, что одновременно удлинить приемоотправочные пути на всех станциях железнодорожного направления невозможно. Поэтому определение целесообразности переустройства каждого раздельного пункта на железнодорожном полигоне значительной протяженности является весьма трудоемкой задачей. Изложенное свидетельствует об актуальности проблемы и необходимости разработки методики по определению очередности выполнения реконструктивных мероприятий на железнодорожном направлении при обращении длинносоставных поездов.

Целью диссертационной работы является разработка методики по определению оптимальной этапности реконструкции раздельных пунктов для пропуска длинносоставных грузовых поездов на двухпутных линиях.

Для достижения указанной цели потребовалось решить следующие задачи.

1. Проанализировать результаты теоретических исследований и практический опыт работы железных дорог по пропуску длинносоставных грузовых поездов, особенности схемных решений при реконструкции.

2. На основе имитационной модели участка оценить энергетические и временные расходы по задержкам поездов в зависимости от емкости путевого развития промежуточных станций.

3. Обосновать этапность реконструктивных мероприятий, связанных с удлинением путей, на двухпутных линиях.

4. Разработать методику оценки реконструктивных мероприятий и отбора схемных решений станций, определить сферы их эффективного применения.

Объект исследования - двухпутный участок с расположенными на нем промежуточными станциями как элемент инфраструктуры железнодорожного транспорта.

Предмет исследования - реконструктивные мероприятия на промежуточных станциях двухпутного участка, направленные на увеличение емкости путевого развития.

Методические и теоретические основы исследования - методы математической статистики при обработке результатов наблюдений, теории вероятностей при анализе полученных фактических данных, метод математического планирования эксперимента, имитационное моделирование работы железнодорожного участка, динамическое программирование при определении этапности реконструктивных мероприятий.

Научная новизна работы:

1. Обоснована оптимальная этапность удлинения путей на промежуточных станциях двухпутной линии на основе статистических характеристик поездопотоков, соотношения скоростей пассажирских и грузовых поездов, среднего расстояния между раздельными пунктами.

2. Определены аналитические зависимости количества и величины задержек грузовых поездов на участке при различной плотности поездопотока и дифференциации скоростей движения на базе созданной имитационной модели работы участка.

3. Произведён отбор варианта реконструкции по удлинению путей на станции и определены капитальные затраты на предпроектной стадии на основе метода типовых схем переустройства.

Практическая ценность. Полученные результаты исследований позволят проектным и научным организациям определять этапность реконструкции промежуточных станций участка, планировать необходимые инвестиции, а также оценить эксплуатационные расходы, связанные с задержками поездов под обгоном.

На защиту выносятся:

1. Методика очередности выполнения реконструктивных мероприятий промежуточных раздельных пунктов на направлении на основе сопоставления необходимых инвестиций в реконструктивные мероприятия и получения эффекта за счет сокращения непроизводительных эксплуатационных расходов, связанных с задержками поездов под обгоном.

2. Методика установки численной величины и продолжительности задержек поездов на основе имитационного моделирования работы участка с учетом статистических характеристик поездопотоков и дифференциации по категориям и скоростям движения.

3. Методика определения областей рационального применения различных вариантов реконструкции станций с учетом величины поездопотока и соотношения скоростей грузовых и пассажирских поездов.

Реализация результатов работы. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования использованы Красноярской железной дорогой - филиалом ОАО «РЖД» в области развития раздельных пунктов дороги. Результаты исследований используются в учебном процессе Красноярского института железнодорожного транспорта.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в одиннадцати статьях и докладывались на межвузовских научно-практических конференциях: «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (г. Красноярск, 2005 г.), «Проблемы и перспективы развития Транссибирской магистрали в ХХI веке» (г. Чита, 2006 г.), «Транспорт, наука, бизнес: проблемы и стратегия развития» (г. Екатеринбург, 2008 г.); на совместных научно-практических семинарах кафедр Красноярского института железнодорожного транспорта (КрИЖТ) - филиала ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения» (ИрГУПС) в г. Красноярске; на кафедре «Управление эксплуатационной работой» ИрГУПС, кафедрах «Управление эксплуатационной работой» и «Станции, узлы и грузовая работа» Уральского государственного университета путей сообщения.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 11 печатных работах, в том числе 1 работа в журнале «Железнодорожный транспорт», входящем в перечень изданий рекомендованных ВАК, и в научных сборниках ИрГУПС, КрИЖТ, ЗабИЖТ, УрГУПС, СГУПС.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка, включающего 105 наименований и 10 приложений. Работа изложена на 143 машинописных страницах, содержит 6 таблиц и 29 рисунков.

содержание работы

длинносоставный грузовой поезд станция

Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой темы диссертации. Сформированы цель и задачи исследования.

В первой главе выполнен анализ научной литературы по теме исследования и обобщен практический опыт эксплуатационной работы при вождении длинносоставных и тяжеловесных поездов на отечественных и зарубежных железных дорогах. Для освоения поездопотока длинносоставных и тяжеловесных поездов необходимо иметь в наличии станционные пути достаточной полезной длины. Как показал анализ, большинство станций с момента их сооружения не перестраивались. Длина приемоотправочных путей на них осталась в пределах 900 м и менее.

Большой научный и практический вклад в разработку вопросов, связанных с дальнейшим повышением средней массы и длины грузовых поездов, ростом провозной способности отдельных линий для различных условий их эксплуатации внесли И.И. Васильев, Н.А. Воробьев, Ю.В. Дьяков, А.М. Макарочкин, В.Е. Козлов, В.А. Кудрявцев, Е.В. Архангельский, В.Н. Правдин, Г.Л. Аккерман, А.Д. Чернюгов и многие другие. Вопросы усиления технического оснащения станций, разработки их рациональных схем, а также установления оптимального путевого развития в условиях неравномерности движения изложены в трудах В.Н. Образцова, И.П. Бартенева, И.Г. Тихомирова, В.М. Акулиничева, А.В. Быкадорова, Е.А. Сотникова, Н.В. Правдина, Ю.И. Ефименко, Н.И. Федотова, Н.Н. Шабалина, П.А. Козлова, В.Я. Болотного, Ю.А. Сюй, В.К. Ивашкевича, А.В. Дмитренко, Л.Н. Иваноковой, С.А. Плахотича и других

В современных условиях рыночной экономики, когда необходимо повышать доходы, не увеличивая себестоимость услуг по перевозке грузов, а также увеличения конкурентоспособности железных дорог, реконструкция технических и промежуточных станций по увеличению длины приемоотправочных путей должна быть обоснованной и с наименьшими капитальными затратами.

Оптимизация этапности реконструкции промежуточных станций требует разработки ряда новых методик, позволяющих исследовать влияние различных факторов на эксплуатационные расходы по пропуску длинносоставных грузовых поездов.

Отечественными железными дорогами накоплен большой опыт вождения длинносоставных поездов. В практике эксплуатации пропуск длинносоставных поездов по участку связан с определенными трудностями в условиях ограниченной полезной длины приемоотправочных путей на промежуточных станциях. Наибольшие задержки появляются при приеме на промежуточные станции длинносоставных грузовых поездов под обгон пассажирскими.

Эксплуатация железных дорог в России и их техническая оснащенность имеет свои особенности, не позволяющие в полной мере использовать зарубежный опыт. В нашей стране грузонапряженность гораздо выше, большинство железнодорожных линий пролегают по очень пересеченной местности с многочисленными подъемами и спусками большой протяженности и крутизны. Кроме того, в связи с особенностями движения по пересеченной местности лучше подходит электрическая тяга. Учитывая большие расстояния следования пассажирских поездов, избежать исключения их продвижения ночью невозможно. Разделение грузового и пассажирского движения повлечет за собой очень большие капитальные затраты.

Анализ научных работ показал, что исследованию задержек подвижного состава применительно к реконструкции по удлинению станционных путей практически не было уделено внимания. Одновременно выполнить все работы по удлинению путей на станциях участка невозможно, необходимо планировать этапность инвестиций с учетом имеющихся ресурсов.

Во второй главе показано, что для определения оптимального путевого развития станций, пропускающих с остановкой длинносоставные поезда с минимальными затратами, необходимо установить структуру и характер поездопотоков на участке железнодорожной линии.

Для решения поставленной задачи проанализированы графики движения поездов и поездопотоки на двухпутных участках Красноярской железной дороги, как в четном, так и в нечетном направлениях.

Анализируя графики движения поездов, были приняты основные факторы, которые характеризуют грузовые поездопотоки - длины поездов, интервалы поступления на технические станции участка, размеры поездопотоков. Работа железнодорожного участка представляет собой многофазовую многоканальную систему, где фазами являются перегоны, а каналами - путевое развитие станций. Поэтому для получения количественной оценки технологических параметров необходимо составить имитационную модель работы участка.

Для моделирования работы железнодорожного участка установлены статистические характеристики и закономерности распределения интервалов поступления поездопотоков на технические и промежуточные станции и длины грузовых поездов. С этой целью был выполнен анализ 1751 интервала поступления и длин грузовых поездов. Распределение количества вагонов в составах подчиняется биноминальному закону. Это подтверждается критерием согласия А.Н. Колмогорова. Распределение интервалов поступления грузовых поездов на технические станции подчиняется показательному закону. Это подтверждается критерием согласия Пирсона.

На железнодорожном участке моделируется поступление грузовых поездов на промежуточные станции. В данном диссертационном исследовании к длинносоставным отнесены грузовые поезда, имеющие длину более 71 условного вагона. Исходя из цели исследований и характера вагонопотоков, к существенным для модели отнесены следующие наиболее важные транспортные потоки: длинносоставные грузовые поезда; грузовые поезда нормальной длины; пассажирские поезда. Выделение этих вагонопотоков в качестве существенных обосновывается тем, что они являются наиболее крупными и преимущественно влияют на пропускную способность элементов железнодорожной линии.

Для оценки продолжительности задержек при пропуске длинносоставных поездов по участку необходимо разработать модель работы участка с учетом емкости путевого развития промежуточных станций (длина путей и их количество), длительности перегонного времени хода, количества раздельных пунктов на участке, соотношение времени хода пассажирских и грузовых поездов, плотности поездопотоков. Для того, чтобы установить, каким образом размеры движения влияют на простои, число поездов в модели варьировалось от 40 до 70 пар грузовых поездов в сутки.

В настоящее время на большинстве железных дорог увеличение длины грузовых поездов вызывает потребность в реконструктивных мероприятиях, связанных с удлинением станционных путей. Одним из аспектов этой проблемы является удлинение станционных путей на промежуточных станциях и обгонных пунктах, где будет производиться обгон длинносоставных грузовых поездов пассажирскими. Если на железнодорожном участке нет ни одной промежуточной станции с достаточной емкостью приемоотправочных путей для приема и отправления длинносоставных грузовых поездов, то пропускать по участку такие грузовые поезда необходимо без остановок на промежуточных станциях. При большом количестве пассажирских поездов, которые необходимо пропустить по участку, отправлять впереди него длинносоставный грузовой поезд не приемлемо, так как обогнать его не будет возможности. Учитывая перспективу увеличения длинносоставного поездопотока на железной дороге, необходимо увеличивать пропускную способность участков, а сделать это можно только реконструктивными мероприятиями, увеличивая емкость путевого развития промежуточных станций.

При реконструкции участка, связанной с удлинением приемоотправочных путей, возникает множество вопросов: какие станции удлинять; сколько «длинных» путей необходимо иметь на станции; где осуществлять обгон поездов; сколько станций на участке следует выделять для обгона длинносоставных поездов.

На предварительном этапе работы моделирующего алгоритма составляется расписание поступления поездов на участок. Моделируется категория поездов (пассажирский, грузовой), для последних варьируется длина. Общая схема исследования представлена на рисунке 1.

В процессе моделирования работы участка методом особых состояний фиксируются моменты времени проследования грузовых поездов по промежуточным станциям. При съеме нитки грузового поезда пассажирским моделируется задержка грузового поезда под обгоном на впередилежащей станции, имеющей достаточную емкость путевого развития. Горловины станций представлены в виде совокупности промежуточных элементов. Приемоотправочные пути представлены в виде базисных элементов определенной емкости.

Времена хода поездов по перегонам и время занятия промежуточных элементов в горловинах моделировались по усеченному нормальному закону.

Рассмотрены случаи фиксированного расписания пассажирских поездов, «случайного» расписания при одиночной и пачечной их прокладке на графике. Параллельный график на участках Красноярской железной дороги не применяется, так как существует ограничение по скорости для грузовых поездов до 60 км/ч из-за сложного профиля линии (участки подталкивания, подъемы, с уклонами близкими к руководящему и так далее). Поэтому применение параллельного графика существенно снизит маршрутную скорость движения пассажирских поездов.

Задачей моделирования является определение количества и продолжительности стоянок грузовых поездов под обгоном в зависимости от различных факторов. В качестве таких факторов были рассмотрены:

- величина поездопотока длинносоставных поездов N=40, N=55 и N=70 поездов в сутки;

- отношение скорости движения пассажирских поездов к скорости движения грузовых поездов 0,6, 0,7, 0,8;

- среднее расстояние между пунктами, где осуществляется обгон грузовых поездов пассажирскими (с учетом намеченных для реконструкции станций) 30, 45 и 60 км.

Некоторые результаты моделирования представлены в виде графиков (рисунки 2 и 3).

Была исследована вероятность остановок грузовых поездов на промежуточных станциях по техническим неисправностям подвижного состава. Так как эта вероятность не превышает 0,005, то остановка и отцепка вагонов на промежуточной станции в модель не заложена.

Обработка результатов моделирования осуществлялось методом планирования эксперимента. Задачей обработки полученной в ходе эксперимента информации является задача оптимизации, то есть нахождение такой комбинации влияющих независимых переменных, при которой выбранный показатель оптимальности принимает экстремальное значение.

При планировании эксперимента был использован полный факторный эксперимент 23.

Величина коэффициентов регрессии - количественная мера влияния. Чем больше коэффициент, тем сильнее влияет фактор. О характере влияния факторов говорят знаки коэффициентов. Знак "плюс" свидетельствует о том, что с увеличением значения фактора растет величина параметра оптимизации, а при знаке "минус" - убывает. Поскольку в данном исследовании интерес представляет минимум функции, то необходимо рассмотреть значение тех факторов, знаки коэффициентов которых отрицательны.

Методом планирования эксперимента определены эмпирические зависимости количества и продолжительности стоянок от ранее перечисленных факторов. Пронормированы значения влияющих факторов, составлены планы полных факторных экспериментов.



Нет

Да

Рисунок - 1 Общая схема исследования



Рисунок - 2 Среднее количество стоянок на станциях в зависимости от количества длинносоставных поездов на участке при соотношении скорости хода грузового и пассажирского поезда 0,8

Рисунок - 3 Среднее время стоянок на станциях в зависимости от количества длинносоставных поездов на участке при соотношении скорости хода грузового и пассажирского поезда 0,8

После обработки экспериментальных данных были получены следующие уравнения регрессии для кодированных значений факторов:

количество задержек грузовых поездов

y1 = 0,891 + 0,138 · x1 - 0,245 · x2 + 0,116 · x3 - 0,0025 · x1x2 - 0,01475 · x1x3 + 0,012 · x2x3 + 0,036 · x1x2x3; (1)

продолжительность задержек грузовых поездов

y2 = 21,318 + 9,648 · x1 - 11,661 · x2 + 5,436 · x3 - 5,806 · x1x2 + 2,053 · x1x3 - 2,731· x2x3 - 0,669 · x1x2x3. (2)

Здесь x1 - нормированное значение средней длины перегона; x2 - соотношение скоростей хода пассажирских и грузовых поездов; x3 - величина поездопотока грузовых поездов.

По полученным коэффициентам взаимодействия bij была установлена мера влияния каждого из факторов на параметр оптимизации. Помимо уравнений регрессии для кодированных значений факторов представляет интерес построение уравнений регрессии для натуральных значений. Уравнения для натуральных значений были получены с использованием формулы переходов:

(3)

где Xi max , Xi min - максимальное и минимальное значение фактора, то есть пределы варьирования фактора в эксперименте; Xi - именованное (абсолютное) значение фактора.

; (4)

(5)

. (6)

Анализируя результаты исследования, можно отметить следующее

1. При увеличении соотношения скорости хода грузовых поездов к скорости пассажирских уменьшается время стоянок основного съема и имеет место рост задержек поездов на промежуточных станциях под обгоном пассажирскими из-за неидентичности графика движения. Следовательно, при планировании реконструктивных мероприятий по удлинению путей на участках в первую очередь необходимо выполнять эти работы на тех станциях, которые обеспечат наибольшую идентичность перегонных времен хода. Отступление от этой рекомендации может быть оправдано в случае больших капитальных вложений в удлинение путей по конкретной станции (вынос инженерных сетей, спрямление трассы главных путей с переустройством искусственных сооружений и так далее).

2. Так как на величину и количество стоянок грузовых поездов основное влияние оказывают размеры поездопотока, то этапность реконструкции станций по удлинению путей необходимо намечать комплексно в увязке с перспективными размерами движения. На начальном этапе необходимо удлинять пути на станциях, расположенных посредине участка. Кроме того, необходимо удлинять пути на предузловых станциях для сглаживания неравномерности движения. Затем с ростом поездопотока грузовых поездов удлинение должно производиться на станциях, ограничивающих перегоны с максимальным временем хода.

Моделирование работы участка позволит определить эксплуатационные расходы, связанные с задержками поездов под обгоном.

В третьей главе обоснована экономическая этапность реконструкции раздельных пунктов участка при обращении длинносоставных поездов. Для решения этой задачи в работе был использован метод динамического программирования.

В работе излагается общая методика оптимизационных расчетов по определению этапности реконструкции промежуточных станций участка по удлинению путей при растущих объемах длинносоставных грузовых поездов. Решение этой задачи базируется на оптимизации этапности удлинения путей на станциях в координатах «время - состояние». Задача делится на четыре части:

– подготовка исходных данных;

– пошаговый расчет критерия эффективности и определение условно-оптимальных переходов. Шагом является длительность временного периода один год;

– определение оптимального состояния в конце расчетного периода;

– установление оптимальной траектории реконструкции промежуточных станций участка во времени.

Подготовка исходных данных для расчетов в общем виде сводится к следующему:

1) намечается несколько альтернативных вариантов этапности реконструкции станций (S1, S2,…,Sn), каждый из которых рассчитан на одинаковый объем поездопотока. Варианты нумеруются в порядке увеличения количества промежуточных станций участка, которые необходимо реконструировать, а число вариантов должно охватывать весь возможный диапазон увеличения суточного количества длинносоставных грузовых поездов по годам;

2) для каждого варианта подсчитываются капитальные вложения в реконструкцию, которые представляются в виде массива исходных капиталовложений {К} = К1, К2,…, Кn;

3) на основе правил проектирования промежуточных станций и расчета объемов работ при реконструкции определяются капитальные вложения для перехода от каждого варианта реконструкций промежуточных станций участка ко всем возможным другим. При этом не должны рассматриваться логически недопустимые переходы, например, от варианта с удлинением двух промежуточной станции к варианту с одной станцией. Результаты расчетов заносятся в матрицу затрат || Кi>j ||;

4) для каждого года расчетного периода и варианта технического состояния промежуточных станций участка подсчитываются эксплуатационные расходы, которые образуют матрицу || Эt, i ||.

В качестве критерия эффективности принят минимум суммы приведенных затрат, определяемых по общеизвестным формулам расчёта таких затрат.

Пошаговый расчет критерия эффективности и определение условно-оптимальных переходов осуществляются на основе известного рекуррентного соотношения:

, (7)

(t = 1, 2,…, T; j = 1, 2,…, n; i = 1, 2,…, j)

где - минимальное значение суммарных приведенных расходов в год t для достижения к этому году состояния Sj; - то же в год t-1 для состояния Si; - приращение критерия эффективности в год t при переходе из состояния Si в состояние Sj; n - общее число рассматриваемых вариантов.

Величина ДПt, j(Ui j) определяется по формуле

, (8)

где Кi>j - капитальные вложения для перехода из состояния Si в состояние Sj; Эt, i - годовые эксплуатационные расходы в год t для состояния Si.

Целесообразность ввода очередного этапа в год t при росте количества длинносоставных грузовых поездов определяется из выражения

Ki>j (бt - бt +1) ? (Эt+1, i - Эt+1, j)бt+1, (9)

которое при постоянной ставке дисконта приобретает вид

Ki>j r ? Эt+1, i - Эt+1, j (10)

Это означает, что изменение длины путей промежуточных станций выгодно в тот год, сразу после которого экономия эксплуатационных расходов окупает потребные капитальные вложения на реализацию перехода не более чем за нормативный срок.

Данный метод обеспечивает получение варианта реконструктивных мероприятий с минимальной суммой приведенных строительных и эксплуатационных расходов и позволяющего учесть характер большинства переменных и имеющиеся ограничения, такие как длина перегонов между промежуточными станциями, количество станций на участке и так далее. Это позволит определить раздельные пункты, на которых необходимо выполнить реконструкцию.

Был выполнен расчет для двухпутного участка Красноярской железной дороги Мариинск - Боготол. Общая длина участка 135 км, на участке 6 промежуточных станций.

Для определения оптимальной схемы этапности реконструкции станций участка в течение расчетного периода Т строится график возможных переходов от одного варианта реконструкции к другому. На рисунке 4 представлен фрагмент схемы этапного развития участка в течение расчетного периода при соотношении скоростей 0,6. Из графика видно, что на первом году расчетного периода целесообразно удлинить пути сразу на 4 станциях участка. Это приведет к наименьшим суммарным приведенным расходам.

В четвертой главе произведена оценка отобранных вариантов схем реконструкции станций путем сравнения технико-экономических показателей. Основным критерием оценки служат приведенные затраты на реконструкцию станции.

Наличие единственного критерия сопоставления схем ведет зачастую к неправильной оценке того или иного фактора, который при определенных обстоятельствах приобретает большой вес. Качественным показателям отводится второстепенная роль, и они учитываются интуитивно. Реконструкция промежуточных и технических станций по увеличению длины приемоотправочных путей представляет определенную сложность. Необходимо обязательно учитывать конкретные условия расположения, технологию работы станции и всего прилегающего железнодорожного участка, с учетом выполнения качественных и количественных показателей работы станции и участков.

Для выбора рациональных конструкций горловин раздельных пунктов можно воспользоваться методикой кандидата технических наук Сюя Ю.А., адаптированной к реконструктивным мероприятиям на станции. В качестве технико-экономических показателей горловины примем: число вновь укладываемых (перекладываемых) стрелочных переводов (zс.); объем земляных работ, связанных с реконструкцией (Vзем.); дополнительные затраты на централизацию, сигнализацию и так далее (Ссцб); длину горловины (Li); число взаимосвязей различных путей через горловину (Квi); число сочетаний различных параллельных маршрутов (УМпi); степень маневренности (Смi); приведенные затраты (Пi) или отдельно капитальные затраты на строительство (Кi); эксплуатационные расходы на содержание (Сi) горловины; годовые расходы (Згод), связанные с дополнительным простоем подвижного состава из-за задержек по враждебности на пересечениях маршрутов передвижений.

Для решения многокритериальной задачи воспользуемся методом Парето. Стратегия выбора рациональной горловины основана на заранее приготовленных нескольких вариантах ее конструкции и определения их технико-экономических показателей. Таким образом, образуется совокупность конкурентоспособных вариантов, так называемое подмножество Парето.

Применение методики поиска рациональной горловины станции позволяет комплексно оценить конкурентоспособные варианты и выбрать такую конструкцию, показатели которой будут оптимальными или близкими к этому.

План реконструкции станции начинается с разработки вариантов ее горловин. Первоначально необходимо определить количество удлиняемых путей на станции, затем выбирают вид стрелочной улицы для объединения станционных путей. После этого начинают конструировать горловину. При одном и том же количестве стрелочных переводов, но по-разному взаимно расположенных, можно получить качественно отличные конструкции горловины. В диссертационном исследовании рассмотрены в качестве примера 6 вариантов реконструкции горловины.

На втором этапе строят матрицу технико-экономических показателей по вариантам горловины (таблица 1).

Таблица 1 - Технико-экономические показатели вариантов конструкций горловины станции

Показатели Варианты	Кв	УМп	См	К	С	П	L	Згод
Вариант 1	14	19	2	19,21	11,88	14,19	482,93	7,43
Вариант 2	15	24	2 1/3	19,69	11,99	14,31	505,21	7,53
Вариант 3	13	20	2/3	17,18	9,85	11,91	525,24	7,66
Вариант 4	11	25	1	18,03	10,84	13,01	411,84	6,96
Вариант 5	15	22	1 2/3	18,01	10,82	12,98	445,28	7,16
Вариант 6	15	18	1 2/3	18,47	10,91	13,12	417,32	7,00

Условные обозначения: Кв - число взаимосвязей; УМп - число параллельных маршрутов; См - степень маневренности; К - капитальные затраты на строительство, млн. руб.; С - годовые эксплуатационные расходы на содержание, млн. руб.; Згод - годовые расходы по простою подвижного состава из-за задержек по враждебности на пересечениях маршрутов, млн. руб. в год; L - длина горловины, м; П - приведенные расходы на строительство и содержание горловины, млн. руб.

При продолжении поиска рационального решения на третьем этапе варианты упорядочиваются по каждому показателю в порядке убывания (возрастания) его значений и строят соответствующие графики изменения величины показателей (рисунок 5).

Рисунок - 4 Фрагмент схемы этапного развития двухпутного участка в течение расчетного периода при соотношении скоростей 0,6

Анализ графиков показывает, что варианта с оптимальными значениями всех показателей нет. Однако заметим, что вариант №5 имеет близкие с оптимальными значениями показатели.

Рисунок - 5 Графики зависимости некоторых показателей по вариантам конструкции горловины

На следующем этапе назначаем допустимые отклонения (Дi) от оптимальных величин по каждому показателю и ведем поиск таких вариантов, которые имели бы показатели, удовлетворяющие назначенным уступкам. Величина допустимого отклонения Дi может приниматься равной 40-50% разницы между оптимальным и наихудшим значениями данного показателя.

После назначения уступок вариант №5 удовлетворяет по всем показателям. Поэтому, принимаем в качестве окончательного решения именно этот вариант конструкции горловины. Однако вариант №4 при этом не удовлетворяет только показателям Кв и См. Откорректировав уступки по этим показателям, этот вариант можно принять как альтернативный.

Следует учитывать, что в реальной практике проектирования, на выбор варианта реконструкции горловины могут влиять наличие зданий и инженерных сооружений, естественных препятствий, схема водоотвода и так далее.

После выбора схемы реконструкции намеченных станций определяются необходимые инвестиции. Далее моделируется работа участка после реконструктивных мероприятий. Рассчитываются эксплуатационные расходы, связанные с задержками поездов. С использованием динамического программирования определяется схема этапности реконструкции участка.

Основные выводы

Проведенные исследования позволили сделать следующие выводы:

1. Разработана методика по определению этапности реконструкции раздельных пунктов для пропуска длинносоставных грузовых поездов на двухпутной линии.

2. На основе разработанной имитационной модели участка установлены зависимости величины и продолжительности задержек под обгоном в зависимости от структуры поездопотока, соотношения скоростей пассажирских и грузовых поездов и расстояния между раздельными пунктами.

Полученные в диссертации результаты показали:

- при увеличении расстояния между станциями обгона количество стоянок и их продолжительность нелинейно возрастает. Максимальная величина реализуется при увеличении расстояний между раздельными пунктами, где будет осуществляться обгон и увеличения соотношения времен хода грузовых и пассажирских поездов;

- с ростом потока длинносоставных грузовых поездов нелинейно возрастают количество и продолжительность задержек;

- при увеличении соотношения скорости хода пассажирских поездов к скорости грузовых уменьшается время стоянок основного съема и имеет место рост задержек поездов на промежуточных станциях под обгоном пассажирскими из-за неидентичности графика движения;

- при поездопотоке более 55 грузовых поездов в сутки, соотношении скорости пассажирских и грузовых поездов 0,7 и менее все промежуточные станции должны иметь не менее 2-х приемоотправочных путей повышенной длины, причем при расстоянии между станциями 60 и более километров потребное число путей повышенной полезной длины увеличивается до 3-х.

3. Установлены границы сфер эффективного применения вариантов реконструкции станций на основе компромисса Парето.

4. Использование полученных результатов позволит владельцам инфраструктуры с минимальной затратой времени и средств определять экономически обоснованную программу развития и реконструкции конкретных промежуточных станций и определять по этапам размеры инвестиций на весь расчетный период.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Фуфачева, М.В. Основные факторы, определяющие необходимость реконструктивных мероприятий, связанных с удлинением приемоотправочных путей [Текст] / Л.Н. Иванкова, А.Н. Иванков, М.В. Фуфачева // Железнодорожный транспорт. - 2008. - №2. - С. 24-26.

2. Фуфачева, М.В. Анализ путевого развития станций Красноярской железной дороги [Текст] / Совершенствование эксплуатационной работы железных дорог: сб. науч. тр. - Новосибирск: Изд-во СГУПС. - 2004. - С. 126-131.

3. Фуфачева, М.В. Анализ работы Красноярской железной дороги по пропуску длинносоставных поездов [Текст] / Вестник инженеров электромехаников железнодорожного транспорта: сб. ст. Вып. 1- Самара: Изд-во СамГУПС. - 2003. - С.210-212.

4. Фуфачева, М.В. Безопасность при пропуске длинносоставных поездов на Красноярской железно дороге [Текст] / Обеспечение и совершенствование безопасной работы железных дорог: сб. науч. тр. - Гомель: Изд-во БелИИЖТ. - 2005. - С. 126-130.

5. Фуфачева, М.В. Закон распределения интервалов отправления поездов с технических станций Красноярской ж.д. [Текст] / Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте: материалы всероссийской науч. конф. Том II. - Красноярск: Изд-во ДИБЦ Красноярской железной дороги. - 2005. - С. 34-38.

6. Фуфачева, М.В. Пути повышения среднего веса поездов на Красноярской железной дороге [Текст] / Транспортные проблемы Сибирского региона: сб. науч. тр. Часть 1. - Иркутск: Изд-во ИрГУПС. - 2003. - С. 35-42.

7. Фуфачева, М.В. Определение законов распределения поездопотоков по направлениям [Текст] / Проблемы и перспективы развития Транссибирской магистрали в XXI веке: тр. науч.-пр. конф. - Чита: Изд-во. - 2006. - С. 99 - 103.

8. Фуфачева, М.В. Выбор рациональных конструкций горловин раздельных пунктов [Текст]: тр. одиннадцатой науч.-пр. конф. КрИЖТ - филиала ИрГУПС. - Красноярск: Изд-во ДИБЦ Красноярской железной дороги. - 2007. - С. 44 - 49.

9. Фуфачева, М.В. Основные факторы, определяющие необходимость реконструкций станций участка [Текст] / Л.Н. Иванкова, А.Н. Иванков, М.В. Фуфачева // Проблемы и перспективы изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации Российских железных дорог: материалы всероссийской науч.-пр. конф. - Иркутск: Изд-во ИрГУПС. - 2007. - С. 116 - 121.

10. Фуфачева, М.В. Оптимизация этапности реконструктивных мероприятий промежуточных станций участка [Текст]: труды двенадцатой научно-практической конференции КрИЖТ - филиала ИрГУПС. - Красноярск: Изд-во ДИБЦ Красноярской железной дороги. - 2008. - С. 47 - 53.

11. Фуфачева, М.В. Этапность реконструкции станций по удлинению приемоотправочных путей [Текст] / Транспорт, наука, бизнес: проблемы и стратегия развития: материалы всероссийской науч.-технич. конф. - Екатеринбург: Изд-во УрГУПС. - 2008. - С. 124.

Фуфачева Марина Валерьевна

Развитие методов этапного овладения перевозками на двухпутных линиях при обращении длинносоставных грузовых поездов

05.22.08 - Управление процессами перевозок

Подписано в печать 08.04.2010. Формат 60х84 1/16 Бумага тип. №1

Плоская печать Усл. печ. л. 1,00 Тираж 110 экз. Заказ

Красноярск, ул. Телевизорная, 1, стр. 21

Размещено на Allbest.ru

...