Композиция состава пассажирского поезда устанавливает число вагонов разных категорий и определяет, с одной стороны, уровень удобств, предоставляемых пассажирам, с другой – расчетную вместимость поездов и их вес, а, следовательно, скорости движения поездов, размеры их движения и расходы железных дорог, связанные с пассажирскими поездами. Для расчета намечаем четыре варианта композиции составов и для каждого из вариантов определяем вместимость и весовую норму поезда.
Таблица 2.1 - Варианты композиции пассажирских поездов
Вариант
Категория
Вагона
Число вагонов
Вес тары, т
Нагрузка
пассажиров и ручной клади, т
Суммарный
Вес
Вместимость
вагона
Суммарная
вместимость
1
2
3
4
5
6
7
8
1
СВ
1
59
3,3
62,3
18
18
Купейный
6
52
4
336
36
216
Купе-штаб
1
52
4
56
12
12
Плацкарт
7
51
6
399
54
378
Сидячий
2
52
8
120
68
136
Ресторан
1
56
3
59
0
0
18
1032,3
760
2
Купейный
7
52
4
392
36
252
Купе-штаб
1
52
4
56
12
12
Плацкарт
8
51
6
456
54
432
Сидячий
1
52
8
60
68
68
Ресторан
1
60,2
3
63,2
0
0
18
1027,2
764
3
СВ
1
59
3,3
62,3
18
18
Купейный
5
52
4
280
36
180
Купе-штаб
1
52
4
56
12
12
Плацкарт
8
51
6
456
54
432
Сидячий
1
52
8
60
68
68
Ресторан
1
56
3
59
0
0
Почтовый
1
48,5
12
60,5
0
0
18
1033,8
710
Продолжение таблицы 2.1
4
СВ
2
59
3,3
124,6
18
36
Купейный
6
52
4
336
36
216
Купе-штаб
1
52
4
56
12
12
Плацкарт
6
51
6
342
54
324
Сидячий
1
52
8
60
68
68
Ресторан
1
56
3
59
0
0
Почтовый
1
48,5
12
60,5
0
0
18
1038,1
656
При заданном техническом оснащении линии наибольшее влияние на скорость оказывает стоимость пассажиро-часов следования и механической работы локомотива, затрачиваемой на тягу поездов. Оптимальные скорости движения поездов могут быть установлены для возможных категорий поездов и схем их составов при различной расчетной вместимости, заданной длине станционных путей и мощности локомотива по минимуму приведенных затрат, учитывающих изменяющиеся в различных вариантах капитальные вложения и эксплуатационные расходы.
Величина приведенных затрат на один поезд составит:
где – механическая работа локомотива, ткм;
– расходная ставка на 1 ткм механической работы локомотива, руб;
– расходная ставка на1поездо-час пассажирского поезда с учетом оценки времени пассажиров, руб;
– коэффициент маршрутной скорости пассажирских поездов, зависящий от количества и продолжительности стоянок поездов, = 0,8 для однопутной и 0,95 для двухпутнойлинии;
– ходовая скорость, км/ч;
– длина расчетного направления, км.
Механическая работа определяется выражением:
(2.2)
где – масса локомотива, т;
– масса состава брутто, т;
– эквивалентный по механической работе уклон, ‰;
– отношение скорости начала торможения к ходовой скорости, для однопутной и 0,95 для двухпутной линии;
– количество остановок пассажирского поезда;
– основное удельное сопротивление движению поезда, кг/т.
Основное удельное сопротивление движению поезда определяется по формуле:
где – основное удельное сопротивление движению локомотива, кг/т;
– основное удельное сопротивление движению пассажирских вагонов, кг/т.
Значения и устанавливают по формулам:
Приведенные затраты, приходящиеся на 1 поездо-час пассажирского поезда, рассчитывают по формуле:
(2.6)
где – число вагонов в составе поезда;
– расходы на 1 локомотиво-час, руб.;
, – приведенная стоимость 1 часа работы соответственно локомотивной бригады и бригады проводников, руб., руб.;
, , – коэффициенты, учитывающие время внепоездной работы соответственно локомотива, локомотивной бригады и бригады проводников;
– приведенная стоимость 1 пассажиро-часа, руб.;
– расчетная вместимость состава поезда, пассажиров;
n – число категорий вагонов в составе поезда;
i – категория вагона (СВ, купейный, плацкартный, почтовый, вагон-ресторан и т.д.);
– приведенная стоимость 1 вагоно-часа для вагонов, руб., руб., руб., руб., руб.
Наиболее выгодное значение скорости при заданном весе и расчетной вместимости для расчетного направления определяется минимальным значением функции:
(2.7)
Значение этой скорости находим графически на основании результатов расчётов, сведённых во вспомогательную таблицу 2.2, для каждого значения композиции состава, а оптимальный вес – минимальным значением удельных приведенных затрат в каждом варианте, приходящихся на одного пассажира.
На основании данных в таблице 2.2 приведено определение приведенных затрат на один пассажирский поезд в зависимости от ходовой скорости движения (таблица 2.3).
Таблица 2.2 - Построение зависимости удельных приведенных затрат от скорости хода
№
№1
80
4,62
3,44
3,571077
16813,41
556860
26184,61
914396,2
1471256
85
4,9175
3,665
3,804131
17561,15
581625,2
26184,61
860608,2
1442233
90
5,23
3,9
4,04774
18343,76
607545,3
26184,61
812796,6
1420342
95
5,5575
4,145
4,301904
19161,24
634620,4
26184,61
770017,8
1404638
100
5,9
4,4
4,566624
20013,6
662850,5
26184,61
731516,9
1394367
105
6,2575
4,665
4,841899
20900,83
692235,6
26184,61
696682,8
1388918
110
6,63
4,94
5,127729
21822,94
722775,7
26184,61
665015,4
1387791
115
7,0175
5,225
5,424115
22779,91
754470,7
26184,61
636101,7
1390572
120
7,42
5,52
5,731057
23771,76
787320,8
26184,61
609597,5
1396918
125
7,8375
5,825
6,048553
24798,49
821325,8
26184,61
585213,6
1406539
130
8,27
6,14
6,376606
25860,08
856485,9
26184,61
562705,3
1419191
135
8,7175
6,465
6,715213
26956,55
892800,9
26184,61
541864,4
1434665
140
9,18
6,8
7,064376
28087,89
930270,9
26184,61
522512,1
1452783
№2
80
4,62
3,44
3,571077
16813,41
556860
26184,61
916461,2
1473321
85
4,9175
3,665
3,804131
17561,15
581625,2
26184,61
862551,7
1444177
90
5,23
3,9
4,04774
18343,76
607545,3
26184,61
814632,2
1422177
95
5,5575
4,145
4,301904
19161,24
634620,4
26184,61
771756,8
1406377
100
5,9
4,4
4,566624
20013,6
662850,5
26184,61
733168,9
1396019
105
6,2575
4,665
4,841899
20900,83
692235,6
26184,61
698256,1
1390492
110
6,63
4,94
5,127729
21822,94
722775,7
26184,61
666517,2
1389293
115
7,0175
5,225
5,424115
22779,91
754470,7
26184,61
637538,2
1392009
120
7,42
5,52
5,731057
23771,76
787320,8
26184,61
610974,1
1398295
125
7,8375
5,825
6,048553
24798,49
821325,8
26184,61
586535,2
1407861
Продолжение таблицы 2.2
№ 2
130
8,27
6,14
6,376606
25860,08
856485,9
26184,61
563976,1
1420462
135
8,7175
6,465
6,715213
26956,55
892800,9
26184,61
543088,1
1435889
140
9,18
6,8
7,064376
28087,89
930270,9
26184,61
523692,1
1453963
№3
80
4,62
3,44
3,571077
16813,41
556860
26184,61
860321,2
1417181
85
4,9175
3,665
3,804131
17561,15
581625,2
26184,61
809714
1391339
90
5,23
3,9
4,04774
18343,76
607545,3
26184,61
764729,9
1372275
95
5,5575
4,145
4,301904
19161,24
634620,4
26184,61
724481
1359101
100
5,9
4,4
4,566624
20013,6
662850,5
26184,61
688256,9
1351107
105
6,2575
4,665
4,841899
20900,83
692235,6
26184,61
655482,8
1347718
110
6,63
4,94
5,127729
21822,94
722775,7
26184,61
625688,1
1348464
115
7,0175
5,225
5,424115
22779,91
754470,7
26184,61
598484,3
1352955
120
7,42
5,52
5,731057
23771,76
787320,8
26184,61
573547,5
1360868
125
7,8375
5,825
6,048553
24798,49
821325,8
26184,61
550605,6
1371931
130
8,27
6,14
6,376606
25860,08
856485,9
26184,61
529428,4
1385914
135
8,7175
6,465
6,715213
26956,55
892800,9
26184,61
509820
1402621
140
9,18
6,8
7,064376
28087,89
930270,9
26184,61
491612,1
1421883
№ 4
80
4,62
3,44
3,571077
16813,41
556860
26184,61
808206,2
556860
85
4,9175
3,665
3,804131
17561,15
581625,2
26184,61
760664,6
581625,2
90
5,23
3,9
4,04774
18343,76
607545,3
26184,61
718405,5
607545,3
95
5,5575
4,145
4,301904
19161,24
634620,4
26184,61
680594,7
634620,4
100
5,9
4,4
4,566624
20013,6
662850,5
26184,61
646564,9
662850,5
105
6,2575
4,665
4,841899
20900,83
692235,6
26184,61
615776,1
692235,6
110
6,63
4,94
5,127729
21822,94
722775,7
26184,61
587786,3
722775,7
115
7,0175
5,225
5,424115
22779,91
754470,7
26184,61
562230,4
754470,7
Продолжение таблицы 2.2
№ 4
120
7,42
5,52
5,731057
23771,76
787320,8
26184,61
538804,1
787320,8
125
7,8375
5,825
6,048553
24798,49
821325,8
26184,61
517252
821325,8
130
8,27
6,14
6,376606
25860,08
856485,9
26184,61
497357,6
856485,9
135
8,7175
6,465
6,715213
26956,55
892800,9
26184,61
478937
892800,9
140
9,18
6,8
7,064376
28087,89
930270,9
26184,61
461832,1
930270,9
Таблица 2.3 - Определение приведенных затрат на один пассажирский поезд в зависимости от ходовой скорости движения
Скорость
Затраты
Механические
Временные
Суммарные
1 вариант
80
556860
914396,2
1471256
85
581625,2
860608,2
1442233
90
607545,3
812796,6
1420342
95
634620,4
770017,8
1404638
100
662850,5
731516,9
1394367
105
692235,6
696682,8
1388918
110
722775,7
665015,4
1387791
115
754470,7
636101,7
1390572
120
787320,8
609597,5
1396918
125
821325,8
585213,6
1406539
130
856485,9
562705,3
1419191
135
892800,9
541864,4
1434665
140
930270,9
522512,1
1452783
2 вариант
80
556860
916461,2
1473321
85
581625,2
862551,7
1444177
90
607545,3
814632,2
1422177
95
634620,4
771756,8
1406377
100
662850,5
733168,9
1396019
105
692235,6
698256,1
1390492
110
722775,7
666517,2
1389293
115
754470,7
637538,2
1392009
120
787320,8
610974,1
1398295
125
821325,8
586535,2
1407861
130
856485,9
563976,1
1420462
135
892800,9
543088,1
1435889
140
930270,9
523692,1
1453963
3 вариант
80
556860
860321,2
1417181
85
581625,2
809714
1391339
90
607545,3
764729,9
1372275
95
634620,4
724481
1359101
100
662850,5
688256,9
1351107
105
692235,6
655482,8
1347718
110
722775,7
625688,1
1348464
Продолжение таблицы 2.3
115
754470,7
598484,3
1352955
120
787320,8
573547,5
1360868
125
821325,8
550605,6
1371931
130
856485,9
529428,4
1385914
135
892800,9
509820
1402621
140
930270,9
491612,1
1421883
4 вариант
80
556860
808206,2
556860
85
581625,2
760664,6
581625,2
90
607545,3
718405,5
607545,3
95
634620,4
680594,7
634620,4
100
662850,5
646564,9
662850,5
105
692235,6
615776,1
692235,6
110
722775,7
587786,3
722775,7
115
754470,7
562230,4
754470,7
120
787320,8
538804,1
787320,8
125
821325,8
517252
821325,8
130
856485,9
497357,6
856485,9
135
892800,9
478937
892800,9
140
930270,9
461832,1
930270,9
Графическое определение оптимального значения ходовой скорости движения пассажирского поезда при заданном его весе (композиции) представлено на рисунках 2.1, 2.2, 2.3 и 2.4.
Рисунок 2.1 – 1 вариант графического определения оптимального значения ходовой скорости движения пассажирского поезда при заданном его весе (композиции)
Рисунок 2.2 – 2 вариант графического определения оптимального значения ходовой скорости движения пассажирского поезда при заданном его весе (композиции)
Рисунок 2.3 – 3 вариант графического определения оптимального значения ходовой скорости движения пассажирского поезда при заданном его весе (композиции)
Рисунок 2.4 – 4 вариант графического определения оптимального значения ходовой скорости движения пассажирского поезда при заданном его весе (композиции)
Оптимальная скорость находится в диапазоне:
- для первого варианта – 105-115 км/ч;
- для второго варианта – 105-115 км/ч;
- для третьего варианта – 100-110 км/ч;
- для четвертого варианта – 100-110 км/ч.
Рассмотрим расчетный способ определения оптимального значения ходовой скорости движения пассажирского поезда при заданном его весе (композиции). В таблице 2.4 приведены данные для определения оптимальной скорости.
Таблица 2.4 – Определение оптимальной ходовой скорости расчетным способом
Скорость
Затраты
Механические
Временные
Суммарные
1 вариант
105
692235,6
696682,8
1388918
106
698251,2
690110,3
1388362
107
704313
683660,7
1387974
108
710421
677330,5
1387752
109
716575,3
671116,5
1387692
110
722775,7
665015,4
1387791
111
729022,3
659024,3
1388047
112
735315,1
653140,1
1388455
113
741654,1
647360,1
1389014
114
748039,3
641681,5
1389721
115
754470,7
636101,7
1390572
2 вариант
105
692235,6
698256,1
1390492
106
698251,2
691668,8
1389920
107
704313
685204,6
1389518
108
710421
678860,1
1389281
109
716575,3
672632,1
1389207
110
722775,7
666517,2
1389293
111
729022,3
660512,6
1389535
112
735315,1
654615,1
1389930
113
741654,1
648822,1
1390476
114
748039,3
643130,6
1391170
115
754470,7
637538,2
1392009
3 вариант
100
662850,5
688256,9
1351107
101
668635,1
681442,5
1350078
102
674465,9
674761,7
1349228
103
680343
668210,6
1348554
104
686266,2
661785,5
1348052
105
692235,6
655482,8
1347718
106
698251,2
649299
1347550
107
704313
643230,8
1347544
108
710421
637274,9
1347696
109
716575,3
631428,4
1348004
110
722775,7
625688,1
1348464
Продолжение таблицы 2.4
4 вариант
100
662850,5
646564,9
1309415
101
668635,1
640163,3
1308798
102
674465,9
633887,2
1308353
103
680343
627733
1308076
104
686266,2
621697,1
1307963
105
692235,6
615776,1
1308012
106
698251,2
609966,9
1308218
107
704313
604266,3
1308579
108
710421
598671,2
1309092
109
716575,3
593178,8
1309754
110
722775,7
587786,3
1310562
Аналитический способ:
Для первого варианта оптимальная ходовая скорость равна 109 км/ч; для второго –109 км/ч; для третьего –107 км/ч; для четвертого - 104 км/ч.
Выбор оптимальной композиции пассажирского поезда осуществляется на основе минимума суммарных затрат.
Величина епр рассчитывается по формуле:
епр= (2.8)
где Е – величина приведенных затрат, приходящиеся на один поезд (минимальной для данной схеме), руб.;
- суммарная вместимость поезда при данной схеме, чел.
В таблице 2.5 приведен расчет затрат, приходящихся на одного пассажира.
Таблица 2.5 – Определение затрат, приходящиеся на одного пассажира
№ варианта
Минимальные суммарные затраты Е, руб
Вместимость поезда , чел.
епр
1 вариант
1387692
760
1825,91
2 вариант
1389207
764
1818,334
3 вариант
1347544
710
1897,95
4 вариант
1307963
656
1993,85
Из расчетов суммарных затрат в каждом варианте выбираем к дальнейшему рассмотрению 4-й вариант композиции пассажирского поезда с Qбр= 1038,1 т.
Полученное значение веса и скорости проверяем по ряду требований:
- по соответствию мощности заданного локомотива:
- по условию трогания с места;
- по обеспечению оптимального уровня ходовой скорости.
Проверку по условию трогания с места производим по формуле:
где – вес состава, при котором возможно трогание с места, т;
– сила тяги локомотива при трогании с места, кН;
P – вес локомотива, ТЭП-70 = 129 т;
– руководящий уклон, = 7,0.
– удельное сопротивление состава при трогании с места, кг/т;
где – нагрузка на ось;
Если вес поезда, больше, чем определенный технико-экономическими расчетами, то заданный локомотив обеспечивает трогание с места пассажирского поезда на расчетном подъеме.
Таким образом, вес меньше, чем определенный технико-экономическими расчетами, следовательно, локомотив обеспечивает трогание с места пассажирского поезда на расчетном подъеме.
Проверку по обеспечению оптимального уровня ходовой скорости выполняем, исходя из достижения скорости, полученной по технико-экономическому расчету; поезд должен иметь скорость на расчетном подъеме не ниже, чем определенную соотношением:
где значения К принимаются в зависимости от типа профиля и серии локомотива (принимаем К = 1,2).
Касательную мощность локомотива для электрической тяги определяем по формуле:
Касательная сила тяги локомотива по условию равновесного движения на расчетном подъеме:
подставляя, получаем
В данном уравнении неизвестным является значение скорости на расчетном подъеме, которое можно определить графоаналитическим способом.
Если значение скорости на расчетном подъеме, определенное по условию больше, чем полученное графоаналитическим расчетом, то заданный локомотив не может реализовать оптимальную ходовую скорость, и для дальнейших расчетов ходовая скорость принимается на уровне, соответствующем мощности тяги или по другим ограничениям.
Теперь найдем максимальную скорость на расчетном перегоне для заданного типа локомотива. Для этого подставим все известные значения в формулу:
0,24414*
Решая данное кубическое уравнение, выяснено, что оно имеет один действительный корень . Таким образом, значение скорости, определенное значение скорости 86,67 км/ч, меньше, чем получено аналитическим расчетом – 104,64 км/ч. Следовательно, локомотив ТЭП-70 может реализовать оптимальную скорость.
Проверка длины поезда, которая должна соответствовать длине пассажирских платформ на станциях рассматриваемого направления:
Длина пассажирских платформ на рассматриваемой сети равна 500 м. Расчетную длину поезда определим по формуле:
где – средняя длина одного пассажирского вагона, ;
– длина локомотива ТЭП-70, = 22 м.
В нашем случае:
2.2 Расчет плана формирования пассажирских поездов
Исходными данными для составления плана формирования на расчётном полигоне являются:
1. Размеры месячных пассажиропотоков в дальнем (таблица 1.3), определяющие величины струй пассажиропотока;
2. Весовые нормы поездов и композиции составов (таблица 2.1), определяющие скорости движения и расчётные вместимости поездов.
Для дальнейших расчётов необходимо определить время хода пассажирских поездов по каждому участку расчётного полигона.
Принимается, что маршрутная скорость пассажирского поезда на однопутном участке составляет 80 % от ходовой скорости, а на двухпутном участке – 90 %.
Станциями формирования и оборота будут являться станции: А, Б, Д, И, П, Л, Н. Схема расчётного полигона с указанием времен хода между станциями приведена на рисунке 2.5.
Время следования поезда по участку определяется по формуле: