1. Прямое и местное сообщение

1.1. Выбор композиции, весовых норм и скоростей движения пассажирских поездов

Композиция состава пассажирского поезда устанавливает число и порядок размещения вагонов разных категорий и определяет, с одной стороны, уровень удобств, предоставляемых пассажирам, а с другой – расчетную населенность поездов и их вес, а, следовательно, скорости поездов, размеры их движения и расходы железных дорог, связанные с пассажирскими поездами. Выбор композиции состава выполняется совместно с определением веса и скорости пассажирского поездов.

Для расчета задаёмся четырьмя вариантами композиции состава, для каждого из которых в соответствии с количеством мест в каждом вагоне и его весом определяем населенность и весовую норму поезда. Нагрузку от пассажиров и ручной клади принимаем для мягких вагонов – 3 т/ваг, купейных – 4 т/ваг, плацкартных – 6 т/ваг, общих – 8 т/ваг, вагонов-ресторанов – 3 т/ваг, почтово-багажных – 5 т/ваг.

В соответствии с практикой организации пассажирских перевозок в состав поезда включаем следующие вагоны: 1-2 мягких (СВ), 5-10 купейных, 7-12 плацкартных 1-3 общих, а также 1 вагон-ресторан и 1 почтово-багажный вагон.

Варианты композиций пассажирских поездов сводим в таблицу 1.1.

На выбор наилучшего значения композиции оказывает влияние мощность локомотива, тип профиля пути, конструктивные скорости подвижного состава и др. Важными факторами являются скорость доставки пассажиров и денежные затраты, связанные с выполнением перевозок. Поэтому для нахождения оптимальных значений веса и скорости поездов выполним технико-экономические расчёты.

При заданном техническом оснащении линии наибольшее влияние на скорость и вес оказывает стоимость пассажиро-часов следования и механической работы локомотива, затрачиваемой на тягу поездов. Оптимальные весовые нормы поездов и скорости движения могут быть установлены для возможных категорий поездов и их композиций 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.

Величину приведенных затрат на один поезд определяем по формуле:

,

где R_мех – механическая работа локомотива, т-км;

C_т-км = 9,45 руб – расходная ставка на 1 т-км механической работы локомотива;

С_п-ч – приведенная стоимость поездо-часа пассажирского поезда с учетом оценки времени пассажиров, 15 руб;

V_x – ходовая скорость, км/ч;

– коэффициент маршрутной скорости пассажирских поездов, зависящий от количества и продолжительности стоянок поездов.

Механическую работу найдем по формуле:

,

где Р – масса локомотива (по заданию локомотив ЧС7 имеет массу 164 т.;

Q – масса состава брутто, т;

– основное удельное сопротивление движению поезда, кг/т;

i_э – эквивалентный по механической работе локомотива подъем на расчетном направлении (по заданию) )

L – длина расчётного направления ЛП ( 1125 км.);

– отношение скорости начала торможения к ходовой скорости;

К_ост – количество остановок поезда (8).

,

,

,

Приведенную стоимость поездо-часа пассажирского поезда определяем по формуле:

,

где С_л-ч = 480 руб. – приведенная стоимость локомотиво-часа;

С_в-ч – приведенная стоимость вагоно-часа вагона i-ой категории (С_в-ч^СВ = 295,5 руб.; С_в-ч^К = 243,45 руб.; С_в-ч^ПЛ = 156,3 руб.; С_в-ч^ОБЩ = 156,3 руб.; С_в-ч^ПБ =127,65 руб.; С_в-ч^ВР = 129 руб.);

руб – стоимость часа работы бригады проводников;

руб – стоимость часа работы локомотивной бригады;

С_пасс-ч = 15 руб. – приведенная стоимость поездо-часа пассажирского поезда с учетом оценки времени пассажиров;

m – число вагонов в составе поезда (см. табл. 1.1);

– коэффициенты, учитывающие время внепоездной работы, соответственно, локомотивной бригады и бригады проводников;

а_п – расчетная вместимость пассажирского поезда (см. табл. 1.1).

Наивыгоднейшее значение скорости движения при заданном весе и расчетной населенности определяется минимальным значением функции:

, (1.7)

Значение этой скорости находим графически на основании результатов расчётов, сведённых во вспомогательную таблицу 1.2, для каждого значения композиции состава (см. табл. 1.1), а оптимальный вес – минимальным значением удельных приведенных затрат в каждом варианте, приходящихся на одного пассажира.

Пример расчёта (ЧС-7, Р = 164 т., i_эк = 1,0⁰/₀₀, L = 1125 км., Q = 1140 т., V_х = 60 км/ч, m = 20 ваг.; а_п = 824 чел.):

кг/т;

кг/т;

кг/т.

руб.

Таблица 1.1

Варианты композиций пассажирских поездов

Вариант	Категория вагона	Число вагонов	Тара вагона, т	Нагрузка от пассажиров и ручной клади, т	Суммарная масса	Вместимость	Суммарная вместимость
1	2	3	4	5	6	7	8
1	СВ	1	59	3	62	18	18
	К	10	52	4	560	36	360
	ПЛ	7	51	6	399	54	378
	О	1	52	8	60	68	68
	ВР	1	56	3	59	0	0
	ПБ	0	48,5	12	0	0	0
Итого		20			1140		824
2	СВ	2	59	3	124	18	36
	К	9	52	4	504	36	324
	ПЛ	8	51	6	456	54	432
	О	1	52	6	58	68	68
	ВР	0	56	3	0	0	0
	ПБ	1	48,5	12	60,5	0	0
Итого		21			1202,5		860
3	СВ	1	59	3	62	18	18
	К	8	52	4	448	36	288
	ПЛ	8	51	6	456	54	432
	О	1	52	6	58	68	68
	ВР	1	56	3	59	0	0
	ПБ	0	48,5	12	0	0	0
Итого		19			1083		806
4	СВ	2	59	3	124	18	36
	К	5	52	4	280	36	180
	ПЛ	9	51	6	513	54	486
	О	1	52	6	58	68	68
	ВР	1	56	3	59	0	0
	ПБ	0	48,5	12	0	0	0
Итого		18			1034		770

№	Vх	w0`	w0``	w	С п-ч	(а*Vх)^2	R мех	L/(Bм*Vх)	Е эн	Е вр	Е
1	60	3,58	2,64	2,76	20381,7	2916	5628,90	20,833	53 193	424 619	477 812
	80	4,62	3,44	3,59		5184	6936,69	15,625	65 552	318 464	384 016
	100	5,90	4,40	4,59		8100	8519,65	12,500	80 511	254 771	335 282
	120	7,42	5,52	5,76		11664	10377,77	10,417	98 070	212 309	310 379
	140	9,18	6,80	7,10		15876	12511,06	8,929	118 230	181 979	300 209
	160	11,18	8,24	8,61		20736	14919,52	7,813	140 989	159 232	300 221
	180	13,42	9,84	10,29		26244	17603,14	6,944	166 350	141 540	307 889
2	60	3,58	2,64	2,75	21128,7	2916	5890,38	20,833	55 664	440 181	495 845
	80	4,62	3,44	3,58		5184	7258,73	15,625	68 595	330 136	398 731
	100	5,90	4,40	4,58		8100	8914,72	12,500	84 244	264 109	348 353
	120	7,42	5,52	5,75		11664	10858,37	10,417	102 612	220 091	322 702
	140	9,18	6,80	7,09		15876	13089,66	8,929	123 697	188 649	312 346
	160	11,18	8,24	8,59		20736	15608,60	7,813	147 501	165 068	312 569
	180	13,42	9,84	10,27		26244	18415,20	6,944	174 024	146 727	320 751
3	60	3,58	2,64	2,76	19781,1	2916	5390,44	20,833	50 940	412 106	463 046
	80	4,62	3,44	3,60		5184	6642,99	15,625	62 776	309 080	371 856
	100	5,90	4,40	4,60		8100	8159,34	12,500	77 106	247 264	324 369
	120	7,42	5,52	5,77		11664	9939,46	10,417	93 928	206 053	299 981
	140	9,18	6,80	7,11		15876	11983,38	8,929	113 243	176 617	289 860
	160	11,18	8,24	8,63		20736	14291,07	7,813	135 051	154 540	289 590
	180	13,42	9,84	10,31		26244	16862,55	6,944	159 351	137 369	296 720

4	60	3,58	2,64	2,77	18962,55	2916	5185,44	20,833	49 002	395 053	444 056
	80	4,62	3,44	3,60		5184	6390,52	15,625	60 390	296 290	356 680
	100	5,90	4,40	4,61		8100	7849,60	12,500	74 179	237 032	311 211
	120	7,42	5,52	5,78		11664	9562,67	10,417	90 367	197 527	287 894
	140	9,18	6,80	7,13		15876	11529,75	8,929	108 956	169 308	278 265
	160	11,18	8,24	8,64		20736	13750,83	7,813	129 945	148 145	278 090
	180	13,42	9,84	10,33		26244	16225,91	6,944	153 335	131 684	285 019

Таблица 1.2. Вспомогательная таблица для построения кривых Е(v_ход) по вариантам.

Рис.1.1 Графическое определение оптимального значения ходовой скорости движения пассажирского поезда при заданном его весе (композиции).

Вариант 1

Рис.1.2 Графическое определение оптимального значения ходовой скорости движения пассажирского поезда при заданном его весе (композиции).

Вариант 2

Рис.1.3 Графическое определение оптимального значения ходовой скорости движения пассажирского поезда при заданном его весе (композиции).

Вариант 3

Рис.1.4 Графическое определение оптимального значения ходовой скорости движения пассажирского поезда при заданном его весе (композиции).

Вариант 4

Для дальнейших расчетов определяем затраты, приходящиеся на одного пассажира для каждой схемы состава поезда ; расчет сводим в табл.1.3.

Затраты, приходящиеся на одного пассажира

№ варианта	Emin , руб	Вместимость поезда, ап , чел	Удельные приведенные затраты е, руб
1	300209	824	364,3
2	312346	860	363,2
3	289590	806	359,3
4	278090	770	361,2

Из расчётов удельных приведенных затрат в каждом варианте, приходящихся на одного пассажира (Е_min), выбираем к дальнейшему рассмотрению вариант с минимальным значением этого показателя. Таким вариантом является 3 вариант композиции пассажирского поезда с Q^оптим =1083 т.

Полученное значение веса и скорости проверяем по ряду требований:

1. По соответствию мощности заданного локомотива:

• по условию трогания с места (1 – я проверка);

• по обеспечению оптимального уровня ходовой скорости на расчетном подъеме (2 – я проверка).

2. По длине платформ и станционных приемо-отправочных путей (3 – я проверка).

Первую проверку производим по формуле:

,

где F_тр – сила тяги локомотива при трогании с места;

w_тр – удельное дополнительное сопротивление при трогании с места, кг/т;

i_Р – руководящий подъем, ^о/_оо (согласно задания, i_р = 6,0 ⁰/₀₀ на расчётном направлении ЛП).

,

где q₀ – нагрузка на ось локомотива

2586>1083

По результатам первой проверки выяснили, что заданный локомотив ЧС-7 обеспечивает трогание с места пассажирского поезда на расчетном подъеме.

Вторую проверку 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 (для электровозов принимаем К = 1,15).

Мощность локомотива определяем по формуле:

, кВт

Касательная сила тяги локомотива по условию равновесного движения на расчетном подъеме

имеем:

,

В данном уравнении неизвестным является значение скорости на расчетном подъеме, которое можно найти графоаналитическим способом.

Если значение скорости на расчетном подъеме, определенное по условию больше, чем полученное графоаналитическим расчётом, 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.

Расчёты по этой проверке сведены в таблицу 1.4.

Таблица 1.4

Вспомогательная таблица для построения кривой потребной мощности локомотива для реализации различных значений скорости на расчётном подъёме

Vх	Vр	w0`	w0``	Fк	Fк*Vр	Nпотр
60	52,2	3,58	2,64	10928,24	570454	1785,6601
80	69,6	4,62	3,44	13869,92	965346	3021,7691
100	86,9	5,90	4,40	15180	1303962	4133,9869
120	104,3	7,42	5,52	16712,8	1743145	5461,6993
140	121,7	9,18	6,80	18468,32	2247594	7041,2985
160	139,1	11,18	8,24	20446,56	2844116	8909,1765
180	156,5	13,42	9,84	22647,52	3544336	11101,7255

Рис. 1.5.Графоаналитическое определение скорости на расчётном подъёме.

На основе анализа рис. 1.5, можно сделать вывод, что локомотив сможет развить на расчётном подъёме скорость, полученную по технико-экономическому расчёту, поскольку V_р^max > V_р^оптим.

Третья проверка учитывает, что длина поезда должна соответствовать длине пассажирских платформ на станциях рассматриваемого направления.

Длина пассажирских платформ на рассматриваемой сети равна 550 м. Расчётную длину поезда определим по формуле:

, (1.15)

где l_ваг = 24 м. – средняя длина одного пассажирского вагона;

l_лок = 34м. – длина локомотива ЧС-7.

В нашем случае:

- проверка пройдена.