Проектирование развития региональной сети железных дорог :
сб. науч. тр. / под ред. В.С. Шварцфельда. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2016. – Вып.4. - С. 127-141.

 

УДК 656.2.021:004.9

 

Анисимов В.А., Анисимов В.В., Дальневосточный государственный университет путей сообщения, г. Хабаровск, Россия

 

СИСТЕМА ЭРА: НАЗНАЧЕНИЕ, СОСТАВ И ВОЗМОЖНОСТИ

 

Приведен состав программного комплекса ЭРА, разработанного для экспертизы, расчетов и анализа массы, скорости и времени хода поездов, пропускной и провозной способности новых железных дорог, высокоскоростных магистралей и эксплуатируемых линий. Рассмотрены основные возможности 9 модулей комплекса по состоянию на 2016 г.

Ключевые слова: проектирование железных дорог, эксплуатация железных дорог, железнодорожная инфраструктура, организация перевозок, программный комплекс, тягово-экономические расчеты, график движения поездов, пропускная и провозная способности железных дорог, техническое развитие железнодорожных линий.

 

Anisimov V.A., Anisimov V.V., Far Eastern State Transport University, Khabarovsk, Russia

 

ERA SYSTEM: PURPOSE, STRUCTURE AND MAIN CAPABILITIES

 

Shows the structure of ERA program complex developed for the examination, calculation and analyzing the mass, speed and train time, track and peak load capacity of new railways, high-speed high-ways and exploited lines. Considered the main capabilities of 9 modules of the complex as of 2016.

Key words: designing of railways, operation of railways, railway infrastructure, organization of transportation, software package, traction-economic calculations, train schedule, track and peak load capacity of the railways, the technical development of railway lines.

 

Система ЭРА предназначена для экспертизы, тягово-экономических расчетов и анализ массы, скорости и времени хода поездов, пропускной и провозной способности новых железных дорог, высокоскоростных магистралей и эксплуатируемых линий (с определением технико-экономических потерь от барьерных мест для повышения массы поездов, ограничений скорости и пропускной способности). По состоянию на 2016 г. в состав системы ЭРА входит 9 модулей (рис. 1).

Рис.1. Состав системы ЭРА

Базовый программный модуль системы - модуль ТЭП (Технико-Экономические Показатели движения поездов), рассмотренный в [8], обеспечивает вариантные тягово-энергетические и технико-эксплуатационные расчеты движения поездов различных категорий или поездопотоков на полигоне – при существующем и перспективно возможных (проектных) технических состояниях его инфраструктуры и различных вариантах организации перевозочного процесса. Исходные данные и результаты таких расчетов сохраняются в хранилище системы и используются другими модулями при решении таких задач, как расчеты станционных и межпоездных интервалов движения поездов, определение пропускной и перерабатывающей способности станций, расчет потребной и наличной пропускной способности перегонов, расстановка светофоров автоблокировки на основе тяговых расчетов и с учетом многочисленных требований безопасности движения поездов, проверка пропуска поездов при определенном положении светофоров.

Ниже кратко рассматриваются основные возможности других модулей системы ЭРА.

Модуль СВ (Скорости и Возвышения) имеет следующие функциональные возможности:

- расчет максимальных по безопасности скоростей движения поездов, допускаемых геометрией рельсовой колеи и конструкцией верхнего строения пути по методике Приказа МПС России от 12.11.2001 № 41 с изменениями и дополнениями (расчет выполняется по категориям поездов, вариантам тяги и вагонного состава);

- формирование основы (проекта) приказа об установлении допускаемых скоростей движения поездов по состоянию железнодорожного пути участков, линий или направлений сети, если таковой отсутствует в дороге (например, при разработке проекта реконструкции плана и продольного профиля участка, при проектировании новой линии, обходов эксплуатируемых участков, применении новой тяги поездов или вводе в обращение современных электропоездов – см. пример на рис. 2);

- определение и обоснование возвышения наружного рельса и допускаемых скоростей в кривых (по методике ЦПТ 44-17, либо по средневзвешенной скорости движения поездов по участку - с автоматическим использованием скоростей движения поездов, рассчитанных модулем ТЭП) – т. е. предварительно выполняются тяговые расчеты поездов, обращающихся на участке, полученные кривые скоростей движения поездов сохраняются в хранилище и далее используются в расчетах возвышения (см. технологическую схему на рис. 3);

- подготовка и обоснование предложений по допускаемым скоростям для разработки графика движения поездов на предстоящий год (в виде типовых форм к графику).

Рис. 2. Проект приказа об установлении допускаемых скоростей пассажирских поездов по главным путям участка Тында – Ургал-1

Рис. 3. Технологическая схема расчета и обоснования взаимно согласованных допускаемых скоростей, возвышения наружного рельса в кривых и собственно скоростей движения поездов.

Как видно из рис. 3, в системе ЭРА реализован более широкий (итерационный) подход к расчету и обоснованию возвышения наружного рельса в кривых и допускаемых скоростей движения поездов (по сравнению с методикой, изложенной в [3]). Эта авторская реализация обеспечивает определение взаимно согласованных возвышений, допускаемых скоростей и собственно скоростей движения поездов на участке или направлении сети.

На рис. 3 показан также пример круговой взаимосвязей задач содержания железнодорожного пути или проектирования новой дороги. Как известно, сложные проблемы проектирования железных дорог обычно решаются путем их деления на задачи (части) меньшей сложности и решением данных задач с учетом их связей. Сами связи могут быть однонаправленными, взаимными или, более того, круговыми (см. рис. 3).

В качестве примера первой связи можно привести зависимость пропускной способности перегонов двухпутного участка от межпоездного интервала движения поездов преобладающего движения. В свою очередь данный интервал зависит от массы и тягового обслуживания грузовых поездов, схемы пропуска поездов в расчетном пакете (например, соединённый - одиночный - соединённый), положения светофоров на участке и параметров системы тягового электроснабжения (положение и мощность силового оборудования тяговых подстанций). В связи с этим расчет межпоездного интервала представляет собой сложную и трудоемкую задачу, решение которой возможно только с применением соответствующего программного обеспечения. В связи с этим и по иным, не менее важным причинам, в составе системы ЭРА разработан модуль ИРС.

Подсистема ИРС (Интервалы и Расстановка Сигналов) обеспечивает определение всех типов станционных и межпоездных интервалов движения поездов, формирование базы элементов графика движения поездов в части перегонных времен хода и интервалов (совместно с модулем ТЭП), расстановку светофоров автоблокировки на основе тяговых расчетов и с учетом многочисленных требований безопасности движения поездов, либо проверку пропуска поездов при определенном положении светофоров (см. схему на рис. 4).

Более полное описание модуля ИРС и технология его применения совместно с ТЭП и АС ИРС приведены в [4].

Рис. 4. Технологическая схема применения модулей комплекса ЭРА при проектировании систем автоблокировки

Примеры некоторых (наиболее важных) ведомостей, выдаваемые модулем ИРС приведены на рис. 5 и 6.

Рис. 5. Детальная ведомость расчета межпоездных интервалов движения поездов по участку Мысовая - Боярский (11 тип интервала по Инструкции [4])

Рис. 6. Сокращенная ведомость межпоездных интервалов движения грузовых и пассажирских поездов по участку Мысовая – Боярский

Отличительной особенностью модуля ИРС является авторский метод расчета тормозных путей с учетом распределенной погонной нагрузки и повышения расчетного тормозного коэффициента поезда в процессе наполнения тормозных цилиндров. Реализация данного метода в модуле ИРС обеспечивает более высокую точность расчета тормозных путей, т.е. направлена на повышение безопасности движения поездов. Пример выходной ведомости тормозных путей и результатов проверки допустимого положения светофоров и нейтральных вставок приведен на рис. 7.

Рис. 7. Ведомость тормозных путей по вариантам торможения, проверок трогания грузового поезда с места и проследования нейтральных вставок при движении поезда по участку Мысовая - Боярский

Модуль АС ИРС формирует типовой чертеж по результатам расстановки проектируемых светофоров, либо проверки положения существующих светофоров (рис. 8).

Рис. 8. Фрагмент чертежа, формируемого АС ИРС в формате AutоCad (по результатам расчетов модулем ИРС)

Модуль ПСП (Пропускные Способности Перегонов) решает следующие задачи:

- расчет потребной пропускной способности перегонов с учетом структуры грузопотоков, объема грузов, порожнего вагонопотока и размеров негрузового движения – с подбором рациональных норм массы грузовых поездов по направлениям, т. е. норм, обеспечивающих наименьшую потребную пропускную способность, а значит её дефицит (при наличии такового);

- определение наличной пропускной способности перегонов с автоматическим использованием времен хода, рассчитанных модулем ТЭП и с учетом взаимосвязи схем прокладки (пропуска) грузовых поездов по смежным перегонам (с формированием участковой схемы пропуска грузовых поездов, обеспечивающей максимально возможную провозную способность участка);

- расчет резерва/дефицита пропускной способности каждого перегона и в целом участка при указанной схеме пропуска: на текущий, ближайшие или дальнейшие годы с учетом структуры и объемов прогнозируемых перевозок.

Примеры экранов основных входных и выходных форм модуля ПСП приведены на рис. 9 - 14. В примере выполнен расчет потребной пропускной способности однопутного участка наличной пропускной способности его перегонов. Виды и потребные объемы перевозок также приняты несколько условно, хотя соответствуют некоторым прогнозам потребных перевозок по рассматриваемому участку.

Рис. 9. Данные по видам и объемам грузов нечетного направления

Рис. 10. Диаграмма видов и объемов грузов по направлениям

Рис. 11. Диаграмма потоков груженных вагонов по направлениям

Рис. 12. Диаграмма потоков порожних вагонов по направлениям

Рис. 13. Рациональные нормы массы грузовых поездов и потребная пропускная способность по направлениям движения (при различных вариантах (прогнозах) требуемых объемов перевозок).

Рис. 14. Потребная пропускная способность для освоения перспективных объемов расчетного (будущего) года и наличная пропускная перегонов при существующем техническом состоянии участка

Диаграммы на рис. 14 показывают минимально возможный дефицит пропускной способности перегонов рассматриваемого участка - для устранения данного дефицита требуются своевременные меры по повышению провозной способности в целях для освоения объемов расчетного (будущего) года.

Модуль ППСС обеспечивает определение пропускной и перерабатывающей способности станций:

- по видам устройств (приемоотправочные парки, стрелочные горловины, сортировочные горки и вытяжные пути - с выдачей результатов в виде типовых форм 1С – 7СА, разработанных д.т.н., профессором Е.В. Архангельским);

- в целом по станциям – с формированием и выдачей результатов в виде сводных форм:

o № 7 ЦД «Сводная ведомость пропускной и перерабатывающей способности станций»;

o № 14 ЦД «Сводные данные о пропускной и перерабатывающей способности станции (системы станций)» (показывает результативную пропускную способность станций по приему расформировываемых поездов, приему и отправлению транзитных поездов без переработки, отправлению поездов своего формирования и результативной перерабатывающей способности по сортировочным горкам и вытяжным путям);

o № 15 ЦД «К нормативам плана формирования поездов станции (системы станций)».

Наряду с указанными ведомостями модуль ППСС выдает диаграмму потоков поездов, принимаемых станцией, расформировываемых или формируемых, либо пропускаемых транзитом (рис. 15).

Расчеты пропускной и перерабатывающей способности станций выполняются по любой из методик, указываемых расчетчиком:

- по Инструкции по расчету наличной пропускной способности железных дорог (соответствующий раздел разработан ОАО НИИАС);

- по более совершенной методике, разработанной Е.В. Архангельским – технологом модуля [7].

Модуль ППСС обеспечивает выполнение расчетов и сохранение их результатов в нескольких вариантах:

- при существующем техническом оснащении станции;

- при возможных вариантах развития тех или устройств (с целью этапного повышения мощности станции).

Возможные варианты развития лимитирующих устройств станции, дополненные информацией о требуемых капитальных затратах или выделяемых инвестициях) и допустимых сроках позволяют разработать следующий модуль - ФОКУС (Формирование и Обоснование Комплексного Усиления (развития) Станций), как продолжение модуля ППСС.

Рис. 15. Диаграмма потоков поездов, принимаемых, пропускаемых транзитом или перерабатываемых станцией Золотая

Модуль ОРД (Оптимальные Режимы Движения) предназначен для разработки оптимальных режимных карт и нормирования топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов. Метод, реализованный в модуле и разработанный доцентом ДВГУПС В.В. Анисимовым, позволяет рассчитать оптимальные режимы движения и скорость поезда на заданное время или по вариантам времени проследования участка по различным критериям оптимизации - минимум затрат топлива (электроэнергии), эксплуатационных расходов на передвижение поездов или механической работы.

Модуль ПРО (Проектирование Развития Объединений) обеспечивает формирование плана развития ремонтно-путевого комплекса (объединения баз) железнодорожного полигона совместно с планом капитального ремонта (модернизации) верхнего строения пути по годам расчетного (планового периода. Наукоемкой составляющей модуля является оптимизационная процедура формирования планов, разработанная доцентом ДВГУПС В.В. Анисимовым. Процедура основана на использовании метода частичного перебора, модифицированного алгоритма поиска контуров в графе Вейнблата и алгоритма решения транспортной задачи методом потенциалов.

Уникальной особенностью системы ЭРА является ведение и представление исходных данных, результатов расчета и отчетных форм в путейской и проектной системах исчисления километража.

Другим преимуществом системы, продемонстрированным выше, является вариантность ведения исходных данных и выполнения расчетов (например, вариантов переустройства участка или станции, допускаемых скоростей, расчета движения поездов и т.п.).

Все модули системы обеспечивают графическое отображение исходных данных и результатов расчета на экране в виде динамически масштабируемых кривых, диаграмм, мнемосхем или условных обозначений. Это позволяет детально рассматривать и наглядно сравнивать варианты расчета (проектных решений).

Все таблицы исходных данных и ведомости результатов расчета могут быть распечатаны на принтере или направлены в Microsoft Word, Microsoft Excel, LibreOffice Writer либо LibreOffice Calc. Эти возможности комплекса, наряду со специализированными модулями выдачи чертежей в формате AutoCAD, обеспечивают оперативную подготовку пояснительных записок и аналитических справок.

Таким образом, применение системы ЭРА позволяет существенно повысить уровень автоматизации и сократить трудоемкость проектирования железных дорог, а также качественно решать важнейшие вопросы повышения массы и скорости движения поездов, провозной способности линий с позиции технико-экономической эффективности.

С подробной информацией о системе можно ознакомиться на сайте http://sites.google.com/site/isystemgdt.

 

Список литературы

1. Инструкция по расчету наличной пропускной способности железных дорог : № 128 : утв. ОАО «РЖД» 10.11.10. – М., 2010. – 181 с. прилож. 124 с.

2. О нормах допускаемых скоростей движения по железнодорожным путям колеи 1520 (1524) мм : приказ МПС России от 12.11.2001 № 41 с изменениями, внесенными Приказом МПС России от 12.08.2003 № 62: 41 приказ: утв. МПС РФ 12.11.01. – М. , 2001. – 127 с.

3. Временное руководство по определению возвышения наружного рельса и допускаемых скоростей движения в кривых : ЦПТ 44/17: утв. ОАО «РЖД» 22.08.09. – М, 2009. – 32 с.

4. Анисимов, В.А. Программно-технический комплекс для проектирования систем автоблокировки / В.А. Анисимов, В.В. Анисимов // Автоматика, телемеханика, информатика. – М., 2007. – № 5. – С. 7–10.

5. Инструкция по определению станционных и межпоездных интервалов : утв. ОАО «РЖД» 30.12.11. № 2864р. – М., 2011. – 215 с.

6. Правила тяговых расчетов для поездной работы: утв. ОАО «РЖД» 12.05.16 № 867р. – М. : Транспорт, 2016. – 516 с.

7. Анисимов, В.А. Пропускная и перерабатывающая способность станций: автоматизация расчетов / Е.В. Архангельский, В.В. Анисимов, А.В. Степанов // Железнодорожный транспорт. – М., 2008. – № 3. – С. 29–33.

8. Анисимов В.А. Тягово-экономические расчеты при проектировании и эксплуатации железных дорог / Учебное пособие / Анисимов В.В., Левченко О.А // – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2008. – 79 с.

9. Анисимов В.А. Определение допускаемых скоростей движения поездов : учеб. пособие / Анисимов В.В., Левченко О.А. // – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2008. – 53 с.