Развитие инфраструктуры транспорта и технологий перевозочного процесса в современных условиях.

Материалы международной научно-практической конференции. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2007. – С. 142-147

В.В. Анисимов, В.А. Долгов

 

К ВОПРОСУ ОБ УСТАНОВЛЕНИИ РАЦИОНАЛЬНОГО УРОВНЯ ДОПУСКАЕМЫХ СКОРОСТЕЙ

 

Предложена методика определения рационального уровня допускаемых скоростей и выбора набора мероприятий по устранению локальных ограничений скорости или директивному снижению уровня допускаемых скоростей.

 

Скорость доставки грузов и пассажиров является одним из главных показателей эффективности работы железнодорожного транспорта. В целях обеспечения безопасности движения поездов эта скорость лимитируется по конструкции и состоянию подвижного состава, сооружений и устройств пути. Главным нормативным документом, определяющим максимально возможную допускаемую скорость, является Приказ МПС России № 41 от 12 ноября 2001г. «Нормы допускаемых скоростей движения подвижного состава по железнодорожным путям колеи 1520 (1524) мм Федерального железнодорожного транспорта». Он регламентирует ограничения скорости в зависимости от конструкции подвижного состава, ВСП и параметров плана. В дополнении к этим ограничениям, скорость движения также лимитируется конструкцией и состоянием других сооружений и устройств пути.

С одной стороны повышение уровня максимальной допускаемой скорости приводит к сокращению эксплуатационных расходов. Проведение мероприятий по замене подвижного состава, коренному переустройству и реконструкции крупных ИССО, ВСП и плана требует значительных капитальных вложений с большим сроком окупаемости. В то же время существует отдельный класс мероприятий с относительно небольшими объемами капвложений, направленных на повышение уровня допускаемой скорости или устранение локальных ограничений ("барьерных мест"). Как правило, они имеют малый срок окупаемости. Эти ограничения вносят значительный вклад в увеличение эксплуатационных расходов на передвижение поездов и существенно повышают психофизическую нагрузку на работников локомотивных бригад, ухудшают комфортабельность езды пассажиров и условия перевозки грузов, увеличивают износ пути и подвижного состава и т.д. На рис.1 показаны скорости движения и эксплуатационные расходы на передвижение (Сдв) грузового поезда с учетом действия локального ограничения в 40 км/ч и без него.

Рис.1. Пример сокращения расходов за счет устранения локального ограничения

Как видно на рис.1, сокращение эксплуатационных расходов составляет 183 руб. на один грузовой поезд или 2,4 %.

С другой стороны, существуют отрезки пути, где при движении с меньшей скоростью затраты на движение существенно сокращаются. На рис.2 показаны результаты технико-экономических расчетов для уровней допускаемых скоростей в 70 км/ч и 80 км/ч.

Рис.2. Пример сокращения расходов за счет снижения уровня допускаемой скорости

Как видно из рис.2, сокращение эксплуатационных расходов составляет 166 руб. на один грузовой поезд или 2,2 %. Примечательно, что в этом случае никаких капитальных вложений не требуется. Несмотря на экономическую эффективность этого шага, снижения уровня скорости не всегда приветствуется, т.к. это приводит к увеличению времени хода и может привести к снижению провозной способности участка ниже требуемого уровня.

Из выше изложенного следует, что повысить экономическую эффективность перевозок (сократить эксплуатационные расходы на передвижение поездов) можно как за счет повышения уровня допускаемых скоростей, вкладывая определенные капитальные вложения, так и за счет его директивного снижения.

Таким образом, рациональный уровень допускаемых скоростей – это уровень, обеспечивающий требуемые объемы перевозок с минимальными эксплуатационными расходами.

Для достижения этого уровня необходимо выполнение плана мероприятий, который должен характеризоваться минимальным сроком окупаемости. Очевидно, что наиболее эффективным будет план, не требующий капвложений, т.е. состоящий из мероприятий по директивному снижению уровня допускаемой скорости. Но постоянная реализация таких планов приведет к ухудшению состояния устройств и сооружений пути, а также снижению провозной способности до критического уровня. Вложение денежных средств в реконструктивные мероприятия необходимо, но не может превышать выделяемые объемы.

При разработке методики решения задачи определения рационального уровня допускаемой скорости в качестве критерия оптимизации можно принять минимум эксплуатационных расходов на передвижение поездов, а в качестве ограничений на решение задачи – выделяемый объем капитальных вложений и минимально допустимый уровень провозной способности. Определение наличной провозной способности является достаточно трудоемкой процедурой. В целях упрощения методики минимально допустимый уровень провозной способности можно опосредованно задать через максимально возможные времена хода на каждом перегоне.

Для повышения эффективности методики решения задачи ее можно решать в два этапа. Вначале определить конкурентоспособные варианты эпюр допускаемой скорости для каждого перегона, а затем – оптимальную комбинацию этих эпюр в целом по участку, включая в нее только по одной эпюре с каждого перегона. Итоговая оптимальная комбинация будет, с одной стороны, являться рациональным уровнем допускаемой скорости в целом на участок, а с другой – оптимальным планом проведения реконструктивных мероприятий.

Учитывая принятые условия и допущения, выбор рационального уровня допускаемой скорости предполагается выполнять по следующей методике.

1. Для каждого перегона определяется потенциально возможная нижняя граница допускаемой скорости [V]н.гр в зависимости от длины перегона Lпер и заданного инженером максимального времени хода tmax:

     (1)

2. Увеличение [V]н.гр в большую сторону кратно Vдоп до [V]min, где Vдоп - шаг директивного снижения уровня скорости, обычно равный 5 или 10 км/ч.

3. Определение промежуточных уровней допускаемой скорости на перегоне [V]i от максимально возможного [V]max до [V]min с шагом Vдоп, где i – номер уровня.

4. Определение вариантов эпюр допускаемых скоростей [V(S)]ij для каждого уровня [V]i с учетом проведения возможных мероприятий на устранение локальных ограничений, где j – номер варианта эпюры для i-го уровня допускаемой скорости. Количество вариантов эпюр для каждого уровня равно 2m, где m – число возможных мероприятий на перегоне. Так, например, если на перегоне были определены 3 уровня от [V]max до [V]min и 2 мероприятия, то количество разных вариантов эпюр равно 3 * 22=12.

5. Выполнение тягово-экономических расчетов. После выполнения расчетов на каждый вариант эпюры [V(S)]ij должны быть получены следующие результаты:

- время хода движения поезда tij;

- эксплуатационные расходы на передвижение поездов Сдвij;

- капитальные вложения Кij, необходимые для проведения реконструктивных мероприятий с целью обеспечения [V(S)]ij, определяемые как сумма капвложений на каждое отдельно проводимое мероприятие.

6. Удаление вариантов эпюр, не проходящих по требованию обеспечения заданного максимального времени хода, т.е. вариантов, у которых tij > tmax.

7. Удаление неконкурентоспособных вариантов, по которым эксплуатационные расходы Сдвij выше при больших либо равных капвложениях Кij, т.е. выделение множества Парето-оптимальных вариантов эпюр.

8. Комбинация вариантов эпюр и удаление неконкурентоспособных комбинаций в целом по участку.

9. Выбор оптимальной (рациональной) комбинации эпюр, обеспечивающей не превышение выделяемых капвложений Кмах.

Рассмотрим более подробно реализацию некоторых пунктов методики.

Допустим, на некотором перегоне максимально возможный уровень допускаемых скоростей составляет 80 км/ч и действует одно локальное ограничение в 60 км/ч. В качестве ограничения принято, что время хода по перегону не должно превышать 30 мин. Согласно предлагаемой методике возможные варианты эпюр допускаемых скоростей с учетом выполнения или невыполнения мероприятия по устранению локального ограничения характеризуются следующими параметрами:

a) уровень допускаемой скорости 80 км/ч без ограничения;

b) уровень допускаемой скорости 80 км/ч с ограничением 60 км/ч;

c) уровень допускаемой скорости 70 км/ч без ограничения;

d) уровень допускаемой скорости 70 км/ч с ограничением 60 км/ч;

e) уровень допускаемой скорости 60 км/ч.

Результаты тягово-экономических расчетов по вариантам эпюр допускаемых скоростей сведены в таблицу.

Таблица

Результаты тягово-экономических расчетов по вариантам

Варианты в таблице отсортированы по убыванию эксплуатационных расходов (Сдвij). Движение с низкой скоростью может быть выгоднее по экономическим параметрам, но не удовлетворять как требованиям обеспечения заданной пропускной способности, так и требованиям к скорости доставки грузов и пассажиров. Такие варианты далее не рассматриваются, как не обеспечивающие заданное время хода (вариант e). Варианты a) и b) заведомо менее эффективны по сравнению с вариантами с) и d). Они также вычеркиваются из дальнейшего рассмотрения. В результате остается один или несколько конкурентоспособных вариантов эпюр.

Полученные варианты по двум соседним перегонам комбинируются и для каждой комбинации вычисляются суммарные эксплуатационные расходы и суммарные капвложения. Из списка комбинаций удаляются экономически неэффективные, для которых большим суммарным Сдвij соответствуют большие суммарные Кij. Алгоритм повторяется для полученных комбинаций и вариантов эпюр следующего перегона, и так далее до конца участка. Рассмотренная процедура (модифицированный метод динамического программирования, алгоритм Кеттеля) уже неоднократно предлагался для решения подобных задач [1].

На заключительном этапе остается набор конкурентоспособных комбинаций, из которых выбирается одна, суммарные капвложения по которой наиболее близки к величине Кмах, но менее ее.

При реализации методики необходимо учитывать, что на двухпутных участках пути ограничения зачастую устанавливаются на оба соседних пути. Мероприятия по устранению ограничений в этом случае целесообразно выполнять одновременно. В итоге такие мероприятия должны рассматриваться как единое целое. Аналогично, если ограничение находится на границе перегонов или покрывает несколько перегонов одного пути, то такие перегоны также должны рассматриваться как единое целое.

Еще одной особенностью, которая может быть учтена при реализации данной методики, является разнородность поездопотока, пропускаемого по пути. В этом случае эксплуатационные расходы надо рассчитывать по всему поездопотоку, а максимально возможные времена хода задавать отдельно для пассажирских и грузовых поездов.

Среди вопросов, которые подлежат дальнейшей проработке, можно выделить выбор плана мероприятий (рационального уровня) с учетом их несовместимости, обязательного одновременного выполнения, технологических и ресурсных связей [2]. Перспективными представляются исследования в области одновременной оптимизации массы и скорости поездов [3].

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Копыленко В.А. Технико-экономическая модель задачи оптимального переустройства эксплуатируемой линии для повышения скорости поездов// Развитие методов и норм проектирования железных дорог в условиях интенсификации работы железнодорожного транспорта: Сб.науч.тр. - Москва: МИИТ, 1986. - Вып. 771. - С.50-66.

2. Анисимов В.А., Анисимов В.В. Постановка общей детерминированной задачи модернизации и переустройства железнодорожного направления// Информационные технологии на железнодорожном транспорте: Материалы научно-практического конференции. – Хабаровск: ДВГУПС, 1998. – С. 52-57.

3. Анисимов В.А., Левченко О.А. Теоретические и технологические предпосылки формирования схемы переустройства железнодорожной линии с оптимизацией массы и скорости движения грузовых поездов // Проблемы развития сети железных дорог в регионе. Сб. науч. тр. – Хабаровск: ДВГУПС, 2004. – С. 58-71.