Реконструкция существующего участка железной дороги на направлении Орша-Витебск

Реконструкция существующего участка железной дороги на направлении Орша-Витебск

Содержание

Введение

. Анализ скоростного движения пассажирских поездов

.1 Организация скоростного движения в России

.2 Скоростное движение за рубежем1

. Характеристика района проектирования

. Ускоренные поезда межобластного сообщения на направлении Минск - Витебск

.1 Основные требования

.2 Анализ профиля и плана, причин ограничений скорости8

4. Рациональные решения совершенствования параметров постоянных устройств для повышения скорости поездовмежобластного сообщения

5. Разработка плана введения ускоренных поездов

.1 Теоретическое обоснование введения ускоренных поездов межобластного сообщения

.2 Задача назначения схемы остановок ускоренных поездов межобластного сообщения

.3 Исходные данные

.4 Реализация плана последовательного введения ускоренных поездов межобластного сообщения на направлении Минск - Витебск

. Проектирование реконструкции продолного профиля и плана

.1 Основные требования СТН по проектированию плана, профиля, трассы и других элементов второго пути и реконструкции существующей железнодорожной линии

.2 Проектирование реконструкции продольного профиля

.2.1 Составление утрированного продольного профиля

.2.2 Анализ профиля и плана существующей линии

.2.3 Проектирование продольного профиля1

.2.4 Подсчет досыпок и срезок4

.3 Реконструкция плана существующей железной дороги

.3.1 Реконструкция недостаточной прямой вставки между кривыми, направленными в одну сторону

.3.1.1 Аналитический расчет основных элементов

.4 Увеличение радиуса кривой

.4.1 Методика расчета

.4.2 Исходные данные

.5 Увеличение прямой вставки между смежными кривыми, направленными в разные стороны

.5.1 Исходные данные

.5.2 Аналитический расчёт основных элементов

.5.3 Угловая диаграмма и определение смещений в промежуточных точках

. Обоснование экономически рационального числа скоростных пассажирских поездов

.1 Исходные данные

.2 Методика исследования

.3 Результаты исследования

Введение

Железнодорожный транспорт составляет основу транспортной системы любого государства. Он призван во взаимодействии с другими видами транспорта своевременно и качественно обеспечивать во внутреннем и международном железнодорожных сообщениях потребности населения в перевозках и услугах, жизнедеятельность всех отраслей экономики и национальную безопасность государства.

Главные средства решения задачи ускорения социально-экономического развития страны - внедрение в производство новейших достижений науки и техники. В этих условиях темпы развития железнодорожного транспорта во многом определяются качеством управления производством, уровнем профессиональ-ной подготовки специалистов во всех звеньях многоотраслевого транспортного хозяйства.

Повышение скоростей пассажирских поездов одно из приоритетных направлений научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте. В современных условиях актуальным является движение пассажирских поездов с максимальными скоростями от 140 до 350 км/ч, при следующей организации движения при совмещенном движении грузовых и пассажирских поездов:

до 140 - 160 км/ч - скоростное движение поездов на обычных железных дорогах, после капитального ремонта пути.

до 200 км/ч - скоростное движение поездов на реконструированных линиях;

при движение только пассажирских поездов.

свыше 200 км/ч - высокоскоростное движение на вновь сооруженных высокоскоростных магистралях (ВСМ).

Следует отметить, что значительное повышение скоростей движения пассажирских поездов будет носить при определенных условиях и коммерческий интерес для отрасли, так как железные дороги смогут предоставлять пассажирам конкурентоспособную по отношению к авиа- и автотранспорту услугу.

По существующим прогнозам скоростное движение в ближайшем будущем может охватить значительно более широкий сектор пассажирских перевозок, чем высокоскоростное, так как его организация не связана со строительством новой линии, хотя и требует существенных затрат на реконструкцию. Однако после сооружения ВСМ все скоростные и высокоскоростные пассажирские поезда будут следовать по вновь сооруженной магистрали, а на существующей будут сконцентрированы в основном грузовые перевозки. Тогда капитальные вложения в реконструкцию и развитие существующей линии окажутся «бросовыми».

Железные дороги, как правило, периодически нуждаются в усилении и переустройстве линии. Это вызывает необходимость проведения реконструк-тивных мероприятий плана и профиля, земляного полотна, искусственных сооружений и других постоянных устройств.

В дипломном проекте разрабатывается вопрос реконструкции участка существующей железной дороги с целью повышения скорости движения и введения ускоренных поездов межобластного сообщения на направлении Минск-Витебск. Для повышения скоростей разрабатываются мероприятия по модернизации и реконструкции. Реконструкция продольного профиля произведена при помощи утрированного продольного профиля. При реконструкции плана предусмотрено увеличение радиуса кривой, увеличение прямой вставки между кривыми, направленными в разные стороны, и реконструкция прямой вставки между кривыми, направленными в одну сторону, путем замены ее третьей кривой.

Производится анализ плана и профиля, причин ограничения скорости участка Минск - Витебск. Рассматриваются рациональные решения совершенствования параметров постоянных устройств для повышения скорости поездов межобластного сообщения. Разрабатывается и реализуется план введения ускоренных поездов с использованием схемы остановок.

В исследовательской части выполняется обоснование экономически рационального числа скоростных пассажирских поездов.

В дипломном проекте также затрагиваются вопросы безопасности движения поездов и экологии.

1. Анализ скоростного движения пассажирских поездов

.1 Организация скоростного движения в России

Разработанная в России концепция организации скоростного и высокоскоростного движения на железнодорожном транспорте основывается на отечественном и зарубежном опыте. Она предусматривает наращивание скоростей движения пассажирских поездов за счёт модернизации и реконструкции ряда существующих линий с совмещённым пассажирским и грузовым движением до скоростей 140 - 200 км/ч, а также переход на сооружение специализированных высокоскоростных пассажирских магистралей со скоростями до 350 км/ч.

Подготовка важнейших направлений сети железных дорог России к повышению скоростей движения пассажирских поездов ведется Министерством путей сообщения и железными дорогами давно и носит планомерный характер. Исторически основным полигоном для отработки технических решений и технологических проблем скоростного движения пассажирских поездов служило направление Санкт - Петербург - Москва. Здесь в середине 60-х годов по результатам выполненных учеными и специалистами железнодорожного транспорта всесторонних исследований был создан уникальный комплекс технических средств: пути и искусственных сооружений, устройств тягового электроснабжения, автоматики, телемеханики и связи, обеспечивающих надежную и безопасную эксплуатацию пассажирских поездов со скоростями до 200 км/ч.

В этот же период был создан первый отечественный скоростной электропоезд ЭР200. По тем временам его технические характеристики находились на уровне мировых стандартов. Он обеспечивал максимальную скорость движения 200 км/ч, а по плавности хода и безопасности не уступал первым японским скоростным поездам на линии Токайдо.

Усиление мощности и пропускной способности железных дорог, поставки новых грузовых локомотивов и вагонов к середине 80-х годов позволили вернуться к рассмотрению проблемы скоростного движения. Действовавшие в те годы отраслевые программы повышения скоростей движения грузовых поездов «Скорость» и пассажирских поездов «Прогресс» были, по сути, первыми программными до-

кументами, положившими начало планомерной работе МПС и железных дорог в этом направлении. Итогом их реализации стало регулярное повышение маршрутных скоростей довольно значительной группы пассажирских поездов. Достигнут в 1988 г. уровень маршрутной скорости 67 км/ч для 130 скорых и пассажирских поездов.

Сегодня в условиях значительного снижения объемов грузовых перевозок на железных дорогах России появились резервы пропускной способности, позволяющие увеличивать скорости движения пассажирских поездов без отрицательного влияния на грузовое движение.

По территории России проходят три общеевропейских коридора имеющие большое значение для обеспечения транспортных связей на направлениях Восток - Запад и Север - Юг (№1 -Хельсинки - Таллинн - Рига - Советск - Калининград - Мамоново - Гданьск, №2 - Берлин - Варшава - Минск - Красное -Москва -Нижний Новгород, №3 - Хельсинки - Бусловская -Санкт-Петербург - Москва - Суземка - Киев -Александропулос, Киев - Минск - Вильнюс - Нестеров - Калининград), а также ряд международных транспортных коридоров, рассматриваемых в рамках ОСЖД, ЭСКАТО и других международных организаций.

В соответствии с отраслевой научно-технической программой "Развитие скоростного пассажирского движения на железных дорогах Российской Федерации на период до 2010 года к числу важнейших направлений с устойчивыми пассажиропотоками на сети железных дорог отнесены линии, перечень которых приведен в таблице 1.1. Как видно из таблицы, общая протяженность направлений с максимальными скоростями 141-160-200 км/ч составляет 15,8 тысяч километров. Из них выделена базовая линия Москва - Санкт-Петербург длиной 650 км с максимальной скоростью движения 200 км/ч.

Первоочередные линии имеют протяженность около 2,2 тысяч километров, в том числе: Москва - Красное - 489 км (далее на Минск - Варшава - Берлин); Москва - Нижний Новгород - 439 км и Москва -Воронеж - Ростов - 1242 км с максимальной скоростью до 160 км/ч.

На железнодорожной магистрали Москва - Санкт-Петербург - северного участка общеевропейского коридора №3 к настоящему времени реконструкция уже завершена.

Т а б л и ц а 1.1 - Перспективный полигон организации скоростного движения пассажирских поездов на сети Российских железных дорог

Это позволит организовать здесь скоростное движение пассажирских поездов со скоростью до 200 км/ч и сократить время в пути до 4 ч и менее.

Формируется транспортный коридор "Север - Юг". Он позволит с использованием транспортной системы России и Ирана соединить Индию, Оман и другие страны Персидского залива, Индийского океана и Юго-Восточной Азии с Европой по более короткому пути. Один из возможных маршрутов этого коридора - направление по западному побережью Каспийского моря через пограничный железнодорожный переход Астара на азербайджано-иранской границе. При этом будет использована намечаемая к строительству на территории Ирана железнодорожная линия Казвин - Энзели - Астара. Институт Гипротранстэи по заданию МПС России разрабатывает ТЭО организации железнодорожных сообщений в транспортном коридоре "Север - Юг".

В настоящее время наблюдается тенденция соединения аэропортов, высокоскоростной железной дороги, городской железкой дороги, включающей линии скоростного трамвая и метрополитена в едином вокзальном комплексе.

Высокоскоростные перевозки в Европе - это будущий рынок для железных дорог, который пока осваивается только применительно к пассажирским перевозкам.

В 1990 г. было опубликовано сообщение Комиссии Европейского Союза «Европейская сеть высокоскоростных железных дорог», где в главе «Сеть высокоскоростных железных дорог и грузовые перевозки» обсуждался вопрос об использовании ВСМ для грузовых перевозок.

.2 Развитие скоростного движения за рубежом

Наиболее удачные технологические разработки последних лет обеспечили человечество новыми средствами коммуникаций, снимающими географические и культурные границы. Однако непосредственное общение людей друг с другом не только не теряет, но и приобретает особое значение с социальной и экономической точек зрения. Железнодорожные сообщения как междугородные, так и внутригородские становятся особо актуальными.

Начало XXI в. связано с новыми перспективами для всех видов общественного пассажирского транспорта. Эра господствования на улицах городов личных автомобилей близится к завершению, катализаторами ее упадка стали чрезмерная интенсивность движения и загрязнение воздуха.

Городам нужен современный транспорт, его основой, как правило, становятся рельсовые системы, которые представляют одно из лучших средств связи крупных коммерческих образований, удаленных районов жилой застройки с городскими центрами. В настоящее время высокоскоростные сообщения являются важным средством привлечения пассажиров на железные дороги в конкурентной борьбе с другими видами транспорта, особенно в перевозках на средние расстояния.

Высокоскоростные железнодорожные сообщения основаны на четырех основных составляющих, которые в сочетании обеспечивают существенное повышение качества предлагаемых пассажирам транспортных услуг:

инфраструктура, характеризующаяся трассой линии, особенно числом и радиусом кривых, а также техническим уровнем постоянных устройств (систем) тягового электроснабжения, сигнализации и связи, что в комплексе определяет возможность движения поездов с высокой скоростью и следовательно, сокращения времени поездки;

высокоскоростной подвижной состав, конструкция и оснащение которого определяют безопасность и комфорт поездки;

организация движения поездов и обслуживания пассажиров;

тарифная политика.

Т а б л и ц а 1.2 - Улучшение времени поездки по сравнению с 1914 года

Технологические достижения в области инфраструктуры и подвижного состава позволили существенно сократить продолжительность поездки по маршрутам высокоскоростных железнодорожных сообщений.

Поскольку время поездки является одним из важнейших факторов, определяющих спрос на перевозки тем или иным видом транспорта, его уменьшение обусловило значительный рост пассажиропотоков на целом ряде направлений.

Появилась возможность перехода на тактовый график движения поездов с регулярными межпоездными интервалами (с отправлением поездов через каждые 1 ч, 30 мин и т. п.), дифференцированными в разное время суток в зависимости от интенсивности перевозок.

Высокоскоростные поезда предоставляют пассажирам повышенный уровень комфорта. Это выражается, кроме самих собою разумеющихся рациональной планировки салонов, удобных кресел для сидения, кондиционирования воздуха и т. п., еще и в возможности использовать все время поездки для работы (например, пользуясь портативным компьютером, подключаемым к специальной розетке) и отдыха (например, просматривая телевизионную трансляцию на экране в салоне вагона.

Кроме того, пассажир поезда может пройти в вагон-кафе или заказать напитки и легкие блюда с доставкой непосредственно к месту, «размяться» в коридоре и т. п. В вагонах есть также специально выделенные зоны для пассажиров, едущих семьями или деловыми группами, отделения для ухода за грудными детьми. В последнее время обязательным стало оснащение поездов устройствами, облегчающими поездку пассажирам-инвалидам. Все это повышает конкурентоспособность железных дорог на рынке пассажирских перевозок.

Расширение сети внутренних и международных высокоскоростных сообщений способствовало принятию администрациями железных дорог тарифной политики, учитывающей потребности, привычки пассажиров и оценку ими характера поездки, а также соответствие уровня цен качеству оказываемых услуг с учетом конкуренции со стороны других видов транспорта.

2. Характеристика района проектирования

Витебская область расположена на севере Беларуси в верхнем и среднем течении Западной Двины и в верхнем течении Днепра. Площадь 40,1 тыс.км2 (19,3% территории Беларуси). По территории области проходят кратчайшие железнодорожные связи между Центром России и другими районами республики, а также с Западной Европой. Отсюда идут пути в Прибалтику, на Северо-запад, в Поволжье и на Украину. Такое транспортное географическое положение области содействует её хозяйственному развитию.

Земная поверхность Витебщины в основном равнинная. В большей части по окраинам области находятся моренные возвышенности и гряды, а на юго-востоке сильно пересечённая, изрезанная оврагами северная часть Оршанско - Могилёвского плато.

В области имеются нерудные полезные ископаемые, торф, белые и жирные пластичные глины. Они встречаются повсеместно. Широко распространены силикатные и реже стекольные пески.

Почвы области большей частью дерновоподзолистые глинистые. Есть суглинистые и супесчаные разной степени подзоленности. В низинах и межгрядовых понижениях распространены торфяно-болотистые почвы, а по долинам рек - аллювиально-луговые. Изредка встречаются дюнные пески.

Климат области умеренно континентальный, влажный. Продолжительность тёплого и вегетационного периодов (соответственно 225 и 180 дней) на 25-30 дней меньше, чем на юге республики. В области самое меньшее на территории республики количество ясных дней в году и самое большое - пасмурных. Суммы среднегодовых выпавших осадков составляют 600-700мм. Среднемесячная температура тёплого периода на 1-2 градуса ниже, чем на юге республики.

Реки области (свыше 600) принадлежат к системам Западной Двинысм, Немана и Ловати. Только Западная Двина и Днепр судоходны на отдельных участках.

Леса занимают около 1/3 территории области. Наименьшая лесистость в юго-восточных и юго-западных районах.

Озёра есть в каждом районе. Общая площадь их около 100 тыс. га. Реки и озёра собирают талые и дождевые воды и препятствуют сильному заболачиванию территории.

Население Витебской области составляет около 1,4 млн. чел., или 14,4% населения Беларуси. Средняя плотность 34,6 чел. на км2. Плотность сельского населения - 16 чел. на км2. В городах живёт около 58% всего населения.

По уровню экономического развития Витебская область занимает одно из первых мест в Беларуси. Ведущей отраслью хозяйства является промышленность. Особенностью размещения крупной обрабатывающей промышленности по территории является её концентрация в 4-х центрах - Витебске, Орше, Полоцке и Новополоцке, дающих свыше 4/5 валовой продукции всей промышленности области.

Витебская область имеет густую сеть железных дорог. Протяжённость их около 1,2 тыс. км. или 30 км. на 1000км2 территории. На долю железнодорожного транспорта приходится свыше половины всего грузооборота. Важнейшие железные дороги области - это участки главных железнодорожных линий СНГ: Москва - Орша - Минск - Брест, Санкт-Петербург - Витебск - Киев, Смоленск - Витебск - Рига, Орша - Унеча - Ворожба с выходом на Харьков и в Донбасс, Бологое - Невель - Полоцк - Молодечно - Гродно. По всем этим дорогам область вывозит свою продукцию и ввозит уголь, металлы, нефть, лес, удобрения, химические волокна, целлюлозу, пряжу, другие ткани, хлеб, сахар, машины и др. Внутриобластное значение имеют железные дороги Орша - Лепель, Воропаево - Друя, Друя - Браслав - Дукастас и другие.

Около 10% в грузообороте и I место внутригородских и внутрирайонных перевозках занимает автомобильный транспорт. Протяжение автодорог области около 10 тыс. км. (250 км. на 1000км2 территории), из них 6,7 тыс. км. с твёрдым покрытием. Наибольшее значение имеют автодороги: Москва - Орша - Минск - Брест, Санкт-Петербург - Витебск - Орша - Киев - Одесса, Смоленск - Витебск - Полоцк - Одесса и другие.

Речной транспорт в грузообороте занимает небольшое место.

3. Ускоренные поезда межобластного сообщения на направлении Минск - Витебск

.1 Основные требования

В соответствии с системным подходом к формированию последовательного плана введения ускоренных поездов межобластного сообщения, а также основными техническими разработками, выводами и рекомендациями, в данной главе произведена их практическая апробация на направлении Минск - Витебск. Основная цель - сокращение времени пребывания пассажиров в пути до 4 - 5 часов. Обеспечение этого сокращения времени хода может быть обеспечено двумя способами:

в результате организационно-технических мероприятий, таких, как временная отмена остановок на раздельных пунктах, дающих незначительное накопление пассажиропотока;

в результате модернизации постоянных устройств, которая в случае необходимости включает и реконструкцию.

Первый этап включает в себя формирование исходной информации, которая заключается в необходимости выявления и анализа причин, ограничивающих скорость, а также наличия существующих остановок и времени, затрачиваемом на эти остановки. Анализ охватывает ограничения скорости, зависящие от состояния постоянных устройств, сокращение времени хода в результате снятия этих ограничений, экономию во времени хода при отмене остановок.

Выявление и анализ причин, ограничивающих скорость, осуществляется совместно со следующими службами дороги:

пути;

сигнализации и связи;

электрификации и энергетического хозяйства;

гражданских сооружений.

Одновременно с выявлением причин, ограничивающих скорость, определяются и возможные мероприятия по их ликвидации, а также капиталовложения, необ-

ходимые для реализации мероприятий.

Исходные данные для выбора рациональной схемы остановок на существующих раздельных пунктах включают в себя:

число существующих остановок;

число пассажиров на станциях отправления;

число пассажиров на промежуточных раздельных пунктах;

время, необходимое на разгон, замедление и стоянку поездов на каждом остановочном пункте.

Процесс сбора указанных исходных данных завершается построением диаграммы накопления пассажиропотоков.

Второй этап включает в себя производство тяговых расчетов с целью определения существующего времени хода, а также максимально-возможного сокращения времени хода при снятии всех ограничений скорости. Результаты тяговых расчетов, а именно, время хода по направлении Минск - Витебск при существующих ограничениях скорости представлены в таблице 3.1. Там же приведено время, необходимое на разгон, замедление и стоянку поездов.

Т а б л и ц а 3.1 - Время хода, разгона, замедления и стоянки на сущее ствующих раздельных пунктах

3.2 Анализ профиля и плана, причин ограничений скорости

Возможность введения ускоренных поездов межобластного сообщения на направлениях Минск-Витебск основывается на анализе технических характеристик, показателей плана и профиля, а также причин, ограничивающих скорость.

Железнодорожное направление Минск - Витебск от ст. Минск до ст. Орша (212 км) двухпутное и от ст. Орша до о.п. 25 км. - двухпутное, далее до о.п. П.П. - однопутное; от о.п. П.П. до о.п. К - двухпутное, на остальном протяжении до Витебска - однопутное. Электрифицированным является участок Минск - Орша. Общая длина направления составляет 295 км. Показатели плана и профиля приводятся в таблицах 3.2 и 3.3.

Т а б л и ц а 3.2 - Характеристика профиля направления Минск - Витебск

Т а б л и ц а 3.3 - Характеристика плана направления Минск - Витебск

По данным табл. 3.3 можно отметить, что существующее состояние плана линии направлений Минск - Витебск характеризуется достаточно большой протяженностью прямых участков пути, составляющих 77 % от всей длины линии. В результате этого можно предположить, что ограничений скорости, обусловленных состоянием плана линии, будет незначительное число. Об этом же свидетельствует и общая длина кривых с R< 900м, которая составляет 33,21 км или 11,3 %

Прямые вставки с длиной менее 200 м встречаются в 35 местах. Следовательно, можно отметить, что участков с длиной, недостаточной для стабилизации колебаний экипажа при прохождении по смежным кривым, ограниченное число, а учитывая то, что максимальный уровень скорости не превышает 120км/ч, ускорения, неблагоприятно действующие на пассажиров, будут иметь незначительное влияние.

Показатели профиля, приведенные в таблице 3.2, вероятно, не окажут значительного влияния на ограничения скорости, поскольку профиль, в основном представлен площадками или уклонами до 4 ‰, длина которых составляет 185,27 км или 62,8 %, поэтому ограничения скорости, обусловленное условиями торможения, не будут иметь место. Таким образом, можно сделать заключение, что показатели плана и профиля вполне благоприятны для введения ускоренных поездов межобластного сообщения.

На рисунке 3.1 представлены факторы ограничивающие скорости движения.

Рисунок 3.1 - Факторы ограничивающие скорости движения

Условные обозначения: 1 - недостаточное возвышение наружного рельса 2 - недостаточный радиус кривой; 3 - стрелочные переводы; 4 - искусственные сооружения; 5-пассажирские платформы; 6 - земляное полотно.

Анализ ограничений скорости показал, что при уровне Vmax = 100 км/ч наиболее распространенными являются ограничения скорости по станциям, где марка стрелочного перевода не соответствует этому уровню скорости и при расположении стрелочного перевода в кривой, а также ограничения, связанные с недостаточным возвышением наружного рельса в кривых и недостаточным радиусом кривых. При увеличении скорости до 120 км/ч значительно возрастает число ограничений скорости из-за недостаточной величины возвышения наружного рельса в кривых на перегонах и несоответствия марки стрелочного перевода уровню максимальной скорости на станциях. Сказанное иллюстрируется диаграммами, приведенными на рисунке 3.1. Так, например, при Vmax = 100 км/ч число ограничений скорости, вызванных недостаточным возвышением наружного рельса в кривой, равно 5, а при Vmax = 120 км/ч - это число равно 53. То же можно сказать и об ограничениях скорости, вызванных другими причинами. Для детального анализа причин ограничений скорости производятся тяговые расчеты [17, 21].

4. Рациональные решения совершенствования параметров постоянных устройств для повышения скорости поездов межобластного сообщения

В соответствии с теоретическими положениями, заданное сокращение времени хода достигается за счет комплекса взаимоувязанных мероприятий по формированию оптимальной схемы остановок и совершенствованию параметров постоянных устройств.

Целью модернизации постоянных устройств является снятие ограничений скорости, число которых зависит от рода тяги и, особенно, скорости движения поездов.

Анализ существующих ограничений скорости на основных направлениях Белорусской железной дороги показал, что при уровне V = 100 км/ч наиболее распространенными являются ограничения скорости по станциям, имеющим стрелочные переводы недостаточной марки, а также стрелочные переводы, которые расположены в кривых участках пути, ограничения, связанные с недостаточным возвышением наружного рельса в кривых и недостаточным радиусом кривых. При увеличении скорости до 120 км/ч значительно возрастает число ограничений скорости из-за недостаточной величины возвышения наружного рельса в кривых на перегонах, и величины радиуса круговой кривой.

Повышение скоростей движения с целью введения ускоренных поездов межобластного сообщения на основных направлениях Белорусской железной дороги за счет совершенствования параметров постоянных устройств имеет некоторые особенности, которые требуют иного подхода к ее решению. Специфика задачи определяется следующими условиями:

сравнительно небольшим протяжением направлений, входящих в полигон введения ускоренных поездов межобластного сообщения;

уровнем максимальной скорости, обусловленным необходимостью обеспечения заданной величины среднеходовой скорости, определенной из условия максимально-допустимого времени нахождения пассажира в пути следования;

необходимостью учета социального фактора, заключающегося в выборе схемы остановок для поездов в целях лучшего обслуживания пассажиров.

Задача ликвидации ограничений скорости сводится к разработке оптимальной программы модернизации постоянных устройств железной дороги. Методы решения поставленной задачи зависят от того, существует ли взаимное влияние участков, ограничивающих скорость, на очертание кривой V(S).

По взаимному влиянию ограничения скорости можно классифицировать на две категории: независимые и зависимые.

К независимым ограничениям скорости для конкретного направления железной дороги можно отнести такие, после снятия которых кривая скорости V(S) достигает тех же значений, что и при существующем ограничении скорости к началу торможения к следующему участку, ограничивающему скорость. В этом случае выигрыш во времени при снятии ограничений аддитивен и его можно представить в следующем виде:

 ,        (4.1)

где  - сокращение времени хода при снятии всех ограничений скорости, мин;

 - сокращение времени хода при снятии ограничений С1, С2,…, Сn на один уровень в пределах расчетного периода, мин.

Смежные ограничения скорости для конкретного направления дороги являются зависимыми, если после снятия первого по ходу движения поезда, скорость движения в точке начала торможения к следующему ограничению отличается от той, которая была при действующем ограничении. В этом случае условие не выполняется.

Эти положения определяют постановку задачи: найти методы, позволяющие определить оптимальные, содержание и последовательность мероприятий для увеличения скорости поездов межобластного сообщения, в наибольшей степени учитывающие реальные условия движения поезда. Вычислительные процедуры методов должны быть компактными с тем, чтобы они могли быть реализованы на современной вычислительной технике.

5. Разработка плана введения ускоренных поездов

.1 Теоретическое обоснование введения ускоренных поездов межобластного сообщения

Необходимым условием введения ускоренных поездов является возможность достижения времени нахождения пассажира в пути, не превышающего максимально-допустимого, принятого из условия обеспечения минимальной утомляемости организма и равного 4-5 часам в одну сторону поездки.

Выполнение этого условия может быть осуществлено по двум следующим направлениям:

совершенствование параметров постоянных устройств за счет модернизации, в результате которой можно достичь заданное сокращение времени хода ,и которая при необходимости включает и реконструкцию;

осуществление организационно-технических мероприятий, при которых экономия во времени достигается путем временной отмены остановок на раздельных пунктах, дающих незначительное наполнение пассажиропотока.

Впервые поставлена задача поучасткового выбора оптимальной стратегии переустройства железнодорожной линии как двойственная, где при решении прямой задачи обеспечивается заданное сокращение времени при минимальных капиталовложениях на совершенствование параметров постоянных устройств и при решении обратной задачи - максимально возможное сокращение времени хода при ограниченных капиталовложениях.

На направлениях межобластного значения, имеющих небольшую протяженность и, как правило, большое число остановок, сокращение времени хода, достигаемое за счет совершенствования параметров постоянных устройств, не может обеспечить заданный уровень, так как длина этих направлений, как говорилось выше, небольшая, а, следовательно, и число ограничений скорости, при снятии которых сокращается время нахождения пассажира в пути, может оказаться тоже небольшим и не даст требуемого эффекта в экономии времени. Поэтому создание условий, необходимых для введения ускоренных поездов межобластного сообщения и заключающихся в обеспечении минимального времени нахождения пассажира в пути должно осуществляться комплексно за счет организационнотехни-ческих мероприятий и совершенствования параметров постоянных устройств.

При достижении экономии во времени за счет организационно-технических мероприятий путем временной отмены остановок на некоторых раздельных пунктах, проживающие там пассажиры будут испытывать определенные социальные неудобства, которые при назначении схемы остановок необходимо по возможности свести к минимуму.

.2 Задача назначения схемы остановок ускоренных поездов межобластного сообщения

При введении ускоренных поездов межобластного сообщения для достижения необходимого сокращения времени хода Dtз , возможно два пути:

в результате модернизации постоянных устройств железной дороги, направленной на снятие ограничений скорости;

в результате организационно-технических мероприятий - временная отмена остановок на части промежуточных раздельных пунктах.

Очевидно, на I этапе введения в обращение поездов указанного типа, преимущественное сокращение времени хода будет достигаться за счет организационно-технических мероприятий, т.е. временной отмены остановок на промежуточных раздельных пунктах. Величина этого сокращения времени хода,∑Dtост, определяется разностью между заданным и возможным сокращением, достигаемым в результате модернизации постоянных устройств в рамках выделяемых капиталовложений в течение 1-го этапа, ∑Dtогр .Таким образом, возникает необходимость разработки модели формирования такой схемы остановок на основе существующих, при которой социальные потери были бы минимальными при условии достижения необходимого сокращения времени хода. В соответствии с вышеизложенным рассмотрим вопрос возможности достижения необходимого сокращения времени хода, Dtз, за счет экономии времени в результате отмены остановок.

При назначении схемы остановок немаловажное значение имеет социальный фактор, так как пассажиры, проживающие в населенных пунктах, тяготеющих к раздельному пункту, где предполагается отмена остановки, будут иметь значительные потери времени и определенные неудобства. В силу этого назначение схемы остановок ускоренных поездов межобластного сообщения должно осуществляться из следующих соображений:

должны быть учтены социальные факторы, т.е. обеспечение максимальных удобств для пассажиров, пользующихся указанными поездами;

необходим учет экономических факторов, т.е. получение максимального эффекта при отмене остановок;

обеспечение необходимого сокращения времени хода для выполнения основного условия качественного обслуживания пассажиров - сокращение времени нахождения в пути до минимально-возможного, не превышающего 4-5 часов ;

сохранение остановок на тех раздельных пунктах, где происходит наиболее интенсивное накопление пассажиропотока, т.е. в зоне крупных населенных пунктов с достаточно развитым промышленным и сельскохозяйственным комплексом.

С учетом вышеизложенного поставленную задачу можно сформулировать следующим образом - назначить такую схему остановок, которая при максимальном их числе обеспечила бы уровень среднеходовой скорости, при котором достигается необходимое сокращение времени хода в данном направлении.

В результате отмены остановок на раздельных пунктах сократятся эксплуатационные расходы, связанные с дополнительной механической работой подвижного состава в процессе разгона, замедления и стоянки; затраты, связанные с задержкой пассажиров в пути, находящихся в поезде; но с другой стороны увеличатся затраты, обусловленные дополнительным временем ожидания и проезда пассажиров, проживающих на отменяемом остановочном пункте. Математичес-кая модель назначения схемы остановок ускоренных поездов межобластного сообщения, предложенная в [6], состоит из отдельных элементов, определяющих вышеперечисленные факторы и характеризующих процесс в целом:

) экономия в эксплуатационных расходах, DСост, обусловленная экономией в энергетических затратах, связанных с дополнительной механической работой, расходуемой в процессе разгона, замедления и стоянки поезда (у.е.):

,              (5.1)

где Р − число отменяемых остановок на промежуточных раздельных пунктах;

Мi − экономия в эксплуатационных расходах, обусловленная экономией в энергетических затратах, связанных с механической работой подвижного состава в результате отмены остановки на i-том раздельном пункте, у.е..

) экономия в затратах пассажиров, DЗпас , находящихся в поезде, в результате отмены остановки на i -том раздельном пункте (у.е.) :

,                 (5.2)

где m − число всех существующих остановок на рассматриваемом направлении;пч − стоимость пассажиро-часа, у.е./пас-ч.;− число пассажиров, севших в поезд на станции отправления, пас.;− число пассажиров, севших в поезд на i -том раздельном пункте, где остановка поезда сохранена, пас.;

Dti(ост) − экономия во времени в результате отмены остановки на i-том раздельном пункте, мин.

) потери, DПпас, обусловленные дополнительным временем ожидания пассажиров отменяемого остановочного пункта более позднего поезда и дополнительным временем пребывания их в пути следования за счет различия в скоростях движения ускоренного межобластного и обычного пассажирского поезда, у.е. :

,                   (5.3)

где ti − дополнительное время ожидания пассажиров i-того раздельного пункта более позднего поезда в связи с отменой остановки, мин;

Dtсл(i ) − дополнительное время пребывания в пути следования пассажиров от меняемого остановочного пункта, мин.

В соответствии с вышеизложенным математическую модель выбора схемы остановок можно представить в следующем виде:

,                     (5.4)

при условии:

 ,                                  (5.5)

где ∑Аi − суммарный эффект, полученный в результате отмены некоторых остановок, у.е.;

Dtз(ост) − необходимое сокращение времени хода за счет отмены остановок, мин.

Целью поставленной задачи является достижение максимального суммарного эффекта, ∑Аi , при обеспечении необходимого сокращения времени хода за счет отмены остановок, Dtз(ост).

Для решения, т.е. выявления возможных схем остановок при небольшом числе допустимых решений принят метод перебора с ограничением, обеспечивающий строгий подход. Применение этого метода основывается на следующем:

у критерия, в качестве которого принят суммарный эффект, ∑Аi, ослаблено свойство аддитивности;

сравнительно небольшое число возможных решений (учитывая то обстоятельство, что некоторое число остановок сохраняется, а также то, что достижение заданного сокращения времени хода отменой одной остановки не обеспечивается, а минимум − четырьмя или пятью, число возможных решений дополнительно сокращается) ;

данные, полученные в результате применения метода перебора с ограничением, расширяют сферу выбора для ЛПР.

На первом этапе из всех допустимых решений, полученных в результате метода перебора с ограничением, выбираются эффективные или иначе множество по Парето, на втором этапе все полученные альтернативные варианты схем остановок, удовлетворяющие требованиям заданной экономии во времени, сравнивайся между собой и из их числа выбирается одна. Выделение эффективных решений произведено путем построения доминирующей по критерию суммарного эффекта, ∑А, последовательности и нахождения тех допустимых решений, у которых все критерии первого решения больше или равны соответствующим критериям второго решения, причем хотя бы один из них действительно больше. В результате такой процедуры сохраняются только эффективные (конкурентоспособные) решения, характерные тем, что ни для одного из них не существует доминирующего решения. Процедура выделения конкурентоспособных решений может быть осуществлена и графически. Для этого на плоскости строятся оси координат, соответствующие критериям, в данном случае ∑А и ∑Dtост (оба требуется максимизировать) и все допустимые решения наносятся в виде точек z1, z2,∙∙∙∙∙zn с координатами ∑А и ∑Dtост, пронумерованные в соответствии с номером решения. Очевидно, из множества решений zn эффективными будут только решения, лежащие на правой верхней границе области допустимых решений. Для всякого другого решения существует хотя бы одно доминирующее, для которого либо ∑А, либо ∑Dtост, либо оба больше, чем для данного, и только для решений, лежащих на правой верхней границе, доминирующих не существ-ует .

Когда из множества допустимых решений выделены элективные (конкурентоспособные), осуществляется переход ко второму этапу, т.е. производится выбор в пределах этих выделенных решений.

Данная задача выбора относится к многокритериальным, для решения таких задач необходима такая стратегия, которая обеспечивала бы каждому из частных критериев возможно большее значение. Для решения поставленной задачи предлагается подход, который предполагает привлечение специалистов в данной области для выбора оптимальной схемы. Таким образом, выбор окончательного решения остается за ЛПР, в распоряжение которого представлены все необходимые данные.

Полученная в результате выбора оптимальная схема остановок ускоренных поездов межобластного сообщения на рассматриваемом направлении позволяет разделить его на участки, границами которых являются остановочные пункты, в пределах этих участков можно решать задачу модернизации постоянных устройств в случае, когда заданное сокращение времени хода не может быть достигнуто за счет отмены остановок по социальным причинам. Такое деление направления на участки отвечает следующим условиям:

взаимной независимости участков по скорости − наличие ограничений в пределах данного участка не оказывает влияния на уровни скорости на соседних с ним (слева и справа) участках;

взаимной независимости участков по условиям производства работ по модернизации линии для повышения скорости поездов.

.3 Исходные данные

Исходные данные, необходимые для формирования последовательного плана введения ускоренных поездов межобластного сообщения соответствии с положениями, изложенными в п. 5.2, включают:

план выделения капиталовложений по годам эксплуатации в рамках некоторого расчетного периода;

число и место ограничений скорости;

причины ограничений скорости;

мероприятия по ликвидации ограничений скорости и их стоимость.

Для формирования оптимальной схемы остановок:

число существующих остановочных пунктов;

число пассажиров на станциях отправления;

число пассажиров на промежуточных остановочных пунктах;

экономия во времени в результате отмены остановки на промежуточных раздельных пунктах.

Для получения исходных данных по формированию схемы остановок на указанных направлениях необходимо произвести обследования по накоплению пассажиропотоков. Такое обследование проводилось на основании анализа данных, предоставляемых соответствующими службами Витебского и Минского железнодорожных узлов за трехмесячный период, когда движение достигает среднего уровня, а именно: апрель, май и июнь. При этом рассматривались пассажирские поезда местного сообщения, пассажирские и скорые поезда дальнего сообщения и учитывались только те пассажиры, которые следовали до конечных пунктов, т.е. от ст. Минск до ст. Витебск и обратно (пригородное), что позволило построить диаграмму накопления пассажиропотоков на направлении Минск - Витебск ("туда" и "обратно") , которая приведена на рисунке 5.1 и является исходной информацией для формирования оптимальной схемы остановок. Полученная диаграмма дает возможность оценить характер накопления пассажиропотоков на данных направлениях. Так, наибольшее число пассажиров сосредоточено на станциях отправления и на промежуточных крупных станциях, к пункту назначения число пассажиров сокращается. Очевидно, это вызвано тем, что в районе тяготения городов Минск, Орша и Витебск осуществляется достаточно интенсивное пригородное движение, но с введением поездов межобластного сообщения следует ожидать увеличения числа пассажиров и в зоне влияния этих станций. Диаграммы, построенные по результатам обследования, позволяют определить показатели, необходимые для формирования оптимальной схемы остановок. Такие исходные данные сведены в табличную форму и представлены в табл. 5.1 (в числителе определены показатели для прямого направления, в знаменателе - для обратного).

Т а б л и ц а 5.1 - Показатели определяющие эффект на каждом остановочном пункте в результате отмены на нем остановки

Рисунок 5.1 - Диаграмма накопления пассажиропотока.

5.4 Реализация плана последовательного введения ускоренных поездов межобластного сообщения на направлении Минск - Витебск

В результате выполненных тяговых расчетов при существующем техническом состоянии направлений Минск - Витебск получено время хода по направлениям "туда" и "обратно", которое совместно с временем, необходимым для разгона, замедления и стоянки на остановочных пунктах составило время пребывания пассажира в пути, tп, равное 4 ч. 40 мин. превышает максимально-допустимое время, равное 4-5 часам [9]. Опираясь на реальную ситуацию можно сократить время нахождения в пути до 4 часов т.е. на 40 мин.

Это сокращение времени хода и будем считать заданным, т.е. Dtз, которое может быть достигнуто либо за счет, модернизации, либо за счет временной отмены остановок.

При введении ускоренных поездов межобластного сообщения достичь Dtз только за счет модернизации не представляется возможным, так как:

процесс модернизации не может быть осуществлен единовременно, а требует какого-то определенного временного интервала;

даже при снятии всех намеченных ограничений скорости, полученное при этом сокращение времени хода ∑Dtогр, не может обеспечить заданное, Dtз .

В то же время достижение Dtз только за счет экономии во времени в результате отмены остановок приведет к значительным социальным потерям. Заданное сокращение времени хода можно достичь следующим образом

Dtз = ∑Dtогр + ∑Dtост.                (5.6)

Эта формула предполагает достижение Dtз на первом этапе, в основном, за счет временной отмены остановок, но с постепенным осуществлением процесса модернизации, в результате которой сокращение времени хода будет увеличиваться, появится возможность открытия остановок, отмененных первоначально. Поскольку модернизация представляет собой процесс не единовременный, то основой для принятия решений служат капиталовложения, выделяемые ежегодно пользователем в течение расчетного периода.

Графическое представление выделяемых капиталовложений с учетом распределения их во времени с интервалом в I год для рассматриваемого направления "туда" и "обатно" приводится на рисунке 5.2.

Рисуннок 5.2 - Введение ускоренных поездов межобластного сообщения.

Процесс решения задачи рассмотрен для направления Минск Витебск, "туда". В соответствии с принятым пятилетним расчетным периодом (рисунок 5.2) в первый год на модернизацию может быть выделено 830 тыс. у.е. Необходимо, опираясь на величину выделенных капиталовложений, наметить такую последовательность мероприятий по снятию ограничений скорости, в результате которой достигается максимально-возможное сокращение времени хода при наи высшей эффективности. Выбор подхода к решению определяется типом огра-ничений скорости на выбранном направлении. В результате анализа суще-ствующих ограничений скорости на направлении (направление рассматривается полностью при существующей схеме остановок) приходим к выводу, что оно характеризуется наличием смешанных ограничений скорости, т.е. зависимых и независимых, причем существует возможность локализации взаимозависимых ограничений в блоки, каждый из которых можно рассматривать как одно общее независимое ограничение скорости.

6. Проектирование реконструкции продолного профиля и плана

.1 Основные требования СТН по проектированию плана, профиля, трассы и других элементов второго пути и реконструкции существующей железнодорожной линии

поезд межобластной продольный скорость

Исходные данные:

Проектирование ведется по нормам II категории.

Полезная длина приемо -отправочных путей lпо= 1050 м.

Скорость движения пассажирских поездов V= 120 км/ч.

Нормы проектирования и требования.

. Проектирование всех сооружений на II пути ведется с учетом строительства II пути без нарушения движения по существующему пути; реконструкция существующего производится после открытия движения по II пути.

. Величина руководящего уклона iр= 7 %o.

Имеющиеся на существующем пути местные превышения руководящего уклона разрешается сохранять и на II пути.

. Длина элементов продольного профиля должна быть, как правило, не менее lпо/2= 525 м.

. Наименьшая длина разделительных площадок и элементов переходной крутизны:

рекомендуемая норма lрек= 250 м.

минимально допускаемая норма lдоп= 200 м.

. Наибольшая алгебраическая разность сопрягаемых уклонов:

рекомендуемая норма Diрек= 5 %o.

минимально допускаемая норма Diдоп= 10 %o.

. Радиус сопрягающей кривой в вертикальной плоскости:

рекомендуется применять Rв= 15000 м.

в особо трудных условиях допускается Rв= 10000 м.

. Наименьший рекомендуемый радиус кривых Rв= 2000 м.

. Длина переходных кривых устанавливается по СТН Ц 01-95. Допускается проектировать переходные кривые меньшей длины, определяемой по расчету в за-висимости от проектируемого возвышения наружного рельса h ( h не более 150 мм) и уклона отводов возвышения i (i не более 1 %o ).

. Минимальная длина прямых вставок (между начальными точками переходных кривых):

кривые направлены в разные стороны 150 м.

кривые направлены в одну сторону 150 м.

В особо трудных случаях допускается уменьшать длину прямых вставок:

кривые направлены в разные стороны - до 50 м.

кривые направлены в одну сторону - до 75 м.

В исключительных случаях при проектировании кривых, направленных в разные стороны, допускается не устраивать прямых вставок.

. Расстояние между осями главных путей на перегонах на прямых участках пути проектировать не менее 4,1 м.

. Верхнее строение пути:

рельсы Р65;

шпалы железобетонные; на 1 км 1840/2000 штук;

балласт: щебень 0,35 м; песчаная подушка 0,20 м.

. Расстояние от оси II пути до бровки земляного полотна принимается не менее 3,8 м.

. Пристраиваемому земляному полотну придается поперечный уклон 0,04 для выемок и 0,02 для насыпей.

6.2 Проектирование реконструкции продольного профиля

.2.1 Составление утрированного продольного профиля

Проектирование реконструкции продольного профиля участка существующей железнодорожной линии ПК 420 - ПК 520 произведено по утрированному профилю, вертикальный масштаб которого равен 1:100, гори-зонтальной 1:10000.

Утрированный профиль составлен на основании данных полевого обследования существующей линии, сведенных в ведомость профиля и плана, где указаны пикетные отметки существующей головки рельса (СГР), отметки земли и толщина существующего балласта.

По плану линии указаны направление и величина углов поворота, радиус и пикетное значение начала круговой кривой, имеются также данные о водопропускных сооружениях.

На утрированном профиле нанесены пикеты, плюсы и план существующего пути с привязкой к пикетажу всех кривых, а также вписаны длины прямых между круговыми кривыми.

После заполнения граф отметок СГР и земли произведена наколка этих отметок.

В графе «существующие уклоны» проставлены пикетные уклоны в тысячных, определенные как разность соседних отметок СГР в метрах, умноженных на 10. Наклонной линией показано направление уклона. Протяжение уклонов 100 м на утрированном профиле, как постоянная величина, не проставлена.

Данные о существующих водопропускных сооружениях выписаны ниже линии СГР.

6.2.2 Анализ профиля и плана существующей линии

Анализ профиля и плана существующей линии имеет цель выявить имеющиеся отступления от действующих строительных норм и правил, которые необходимо ликвидировать при проектировании переустройства профиля и плана.

Анализ существующего участка железной дороги показал, что в профиле имеется следующие отступления от норм СТН:

уклоны круче расчетного 7 0/00 имеются на ПК 425, ПК 427, ПК 441, ПК 442, ПК 453 - ПК 455, ПК 457, ПК 492, ПК 493, ПК 495 - ПК497, ПК506.

недопустимая алгебраическая разность смежных уклонов имеет место на ПК 497 - ПК 498

На данном участке дороги имеется шесть кривых,данные о которых сведены в таблицу 6.1.

Т а б л и ц а 6.1 - Характеристики кривых

.2.3 Проектирование продольного профиля

При проектировании продольного профиля необходимо выдержать потребную толщину балластного слоя, для чего на утрированном профиле предварительного были нанесены две вспомогательные линии: Линия низа балласта (НБ) и линия расчетной головки рельса (РГР).

Отметки низа балласта определены по формуле

НБ=СРГ - (hср+hсб), (6.1)

где hср - высота существующего рельса с подкладкой (при рельсах типа Р65 hср=0,20 м );сб - толщина существующего балласта, включая и толщину шпалы, берется из соответствующей графы утрированного профиля, м.

Верхнее строение пути проектируется следующее: рельсы Р65, шпалы железобетонные, балласт щебеночный (35 см) на песчаной подушке (20 см).

Отметки расчетной головки рельса определены по формуле

РГР=НБ+(hпр+hпб+hшп), (6.2)

где hпр - высота проектируемого рельса с учетом подкладки (при рельсах типа Р65 hпр =0,20м);пб - толщина проектируемого балласта под шпалой, (hпб =0,55 м).

Например на ПК 429:

НБ = 167,13 - ( 0,20 + 0,44 ) = 166,49 м; .

РГР = 166,49 + ( 0,20 + 0,55 +0,20 ) = 167,44 м.

ПК 473:

НБ = 175,79 - ( 0,20 + 0,31 ) = 175,28 м; .

РГР = 175,28 + ( 0,2 + 0,55 +0,20 ) = 176,23 м.

Отметки НБ и РГР подсчитаны на всех пикетах и плюсах, вписаны в соответствующие графы утрированного профиля и произведена наколка их на профиле.

Проектирование реконструкции продольного профиля произведено путем нанесения на утрированный профиль линии проектной головки рельса (ПГР) с соблюдением норм и требований СТН и ликвидацией всех отступлений от норм, отмеченных в пункте 6.2.2.

При совпадение руководящего уклона с кривыми, он смягчается на величину дополнительного сопротивления от кривой.

На участках, где нет отступлений от норм и правил, линия ПГР совмещена с линией РГР или расположена чуть выше линии РГР, чем обеспечивается толщина балласта не менее проектной.

Проектная лини запроектирована на профиле сплошной черной линией, несколько более широкой, чем остальные линии профиля. Такими же линиями проведены ординаты переломов линии ПГР.

На участках утрированного продольного профиля, где разность сопрягаемых уклонов данной II категории дороги превышает 2,3‰ устраивались вертикальные кривые. Применение кривых в вертикальной плоскости вызвало изменение проектных отметок.

Изменение проектных отметок за счет устройства вертикальных кривых представлено на рисунке 6.1.

Величина изменения проектной отметки в вертикальной кривой подсчитана по формуле

, (6.3)

где Тв - тангенс вертикальной кривой, м;в - радиус вертикальной кривой, Rв =15000м.

Рисунок 6.1 - Кривая в вертикальной плоскости.

Тангенс кривой в вертикальной для железнодорожных линий категории определяется по формуле

Тв =7,5∆i, (6.4)

где ∆i - алгебраическая разность сопрягаемых уклонов, профиля.

Исправленная проектная отметка определяется по формуле

ПГРнс=ПГР ¡∆Н. (6.5)

Например на ПК 516 : ПРГ = 159,17; ∆i=3,2 ‰; Rв =15000м

Тв =7,5 ∙ 3,2 = 24 м;

;

ПГРис =159,17+ 0,02 =159,19м.

На ПК 458 : ПРГ = 174,18; ∆i=5,4 ‰; Rв =15000м

Тв =7,5 ∙ 5,4 = 40,5 м;

;

ПГРис =174,18− 0,05 =159,13м.

На ПК 422 : ПРГ = 171,53; ∆i=5,8 ‰; Rв =15000м

Тв =7,5 ∙ 5,8 = 43,5 м;

;

ПГРис =171,53− 0,06 =171,47м.

Границы вертикальных кривых, исправленные проектные отметки и величины тангенсов кривых в вертикальной плоскости указаны выше сетки профиля.

.2.4 Подсчет досыпок и срезок

Досыпки и срезки определяются на всех пикетах и плюсах. На участках, где линия ПГР совпадает с линией РГР или располагается выше ее (ПГР á РГР), а такие на тех участках, где имеется неполнота балласта, т.е. линия ПГР располагается ниже линии РГР в пределах до 5 см ( РГР - ПГР £ 0.05 м ), определяется величина досыпки, м

∆h=ПГР - СГР. (6.6)

На участках, где линия ПГР располагается ниже линии РГР более чем, на 5 см (РГР - ПГР $ 0.05 м), подсчитывается величина срезки, м.

∆hс = РГР - ПГР. (6.7)

В пределах вертикальных кривых величина подъема и срезки определяется по исправленным проектным отметкам ПГРис.

Пример подсчета досыпки на ПК 473

∆h = 176,24 - 175,79 = 0,45 м.

Пример подсчета досыпки на ПК 511

∆h = 160,70 - 160,37 = 0,33 м.

Значение досыпок указывается в соответствующих графах утрированного продольного профиля.

.3 Реконструкция плана существующей железной дороги

.3.1 Реконструкция недостаточной прямой вставки между кривыми, направленными в одну сторону

Производим расчет реконструкции недостаточной прямой вставки между кривыми, направленными в одну сторону, путем замены ее третьей кривой, сопрягающейся с оставшимися участками существующих кривых переходными кривыми ( согласно методике в источнике [ 10 ] ).

В качестве исходных данных используются: радиусы существующих кривых R1 и R2, длина существующей прямой вставки dc, радиус проектируемой кривой Rпр. Расчетная схема представлена на рисунке 6,2.

Для решения определяются:

Da1 и Da2 - углы,отсекаемые от первой и второй кривых.

Рисунок 6.2 - Расчетная схема.

.3.1.1Аналитический расчет основных элементов

Расчетная схема представлена на рисунке 6.2.

Элементы первой cуществующей кривой

У = 13034'= 760 м= 90,40 м= 179,96м

Длина существующей прямой вставки= 67м

Требуется заменить прямую вставку кривойпр= 1500 м

Элементы второй существующей кривой

У = 12053'= 780 м= 88,06 м

К= 175,39 м

Расстояние между центрами существующих кривых :

, (6.8)

где В - величина, определяемая из выражения:

В= R2 - R1 (6.9)

где R1 и R2 − радиусы соответственно первой и второй существующих кривых.

При Rn=1500м, R1=760 м, R2=780 м

В= 780 - 760 = 20 м;

 м.

Полупериметр S определяется по формуле

, (6.10)

где А и Б − геометрические величины, определяемые из соотношений:

А = Rпр - R1 ; (6.11)

Б = Rпр - R2 , (6.12)

где Rпр - радиус проектируемой кривой.

А=1500 - 780= 720 м;

Б= 1500 - 760=740 м;

 м.

Вспомогательную величину К находим по формуле

 (6.13)

Углы β1, β2, γ1, γ2 и α находим из выражений:

; (6.14)

;

b1=16°23'

b2 = 90°-b1; (6.15)

b2=90° − 16°23' =73°37' .

 ; (6.16)

g1°=70°46¢.

; (6.17)

;

g2°=103°58¢.

; (6.18)

;

a°=05°16¢.

Углы, отсекаемые от существующих кривых:

от первой кривой

a1° = 180° − 90° − b1° − g1°, (6.19)

a1° = 180° − 90° − 16°23' − 70°46¢ = 02°51¢;

от второй кривой

a2° = 180° − b2° − g2° (6.20)

a2° = 180° − 73°37' − 103°58¢ = 02°25¢

a° = a1°+ a2°; (6.21)

a° = 02°51¢ + 02°25¢ = 05°16¢.

Величины углов остающихся кривых:

первой кривой 13°34¢ − 02°51¢ = 10°43¢;

второй кривой 12°53¢ − 02°25¢ = 10°28¢.

Элементы проектируемых кривых:

К1=179,96 − 142,15=37,81 м ;

К2=175,39 − 142,49=32,90 м.

Определение пикетажного значения начала и конца круговых кривых и неправильных пикетов.

По реконструируемой кривой :

Неправильный пикет 100,17 м.

Для определения нормалей строится профильная схема и угловая диаграмма плана линии реконструируемого участка, определяются коэффициенты  и производится их увязка.

;

;

;

;

; (6.22) ;

; (6.23) = ; (6.24) h1=

; (6.25)

; (6.26)  м;

;

; (6.27)

;

; (6.28)

;

; (6.29)

;

; (6.30)

.

Определяется невязка:

; (6.31)

.

Распределяем положительную невязку на меньшие площади w3 и w4.=0,31+0,14=0,45;=0,33+0,13=0,46.

Подсчет нормалей производится в таблице 6.2.

Т а б л и ц а 6.2 - Подсчет нормалей

Профильная схема и совмещенная угловая диаграмма представлена на рисунке 6,3.

Рисунок 6.3 - Профильная схема и совмещенная угловая диаграмма

6.4 Увеличение радиуса кривой

.4.1 Методика расчета

Радиусы кривых необходимо увеличивать для обеспечения более высоких скоростей движения поездов.

Расчёты по увеличению радиуса кривой производятся в следующем порядке. На основании исходных данных строится расчётная схема, которая представлена на рисунке 6.4.

Рисунок 6.4 - Расчетная схема

В соответствии с расчётной схемой определяются: длина проектируемой кривой (Кпр), тангенс проектируемой кривой (Тпр), разность тангенсов (DТ), изменение длины линии(DL), неправильный пикет и пикетажное положение проектируемой кривой, а также нормали (n), т.е. смещение оси существующего пути.

Указанные элементы определяются на основании формул:

длина проектируемой кривой

Кпр = Rпрaрад; (6.32)

тангенс проектируемой кривой

Тпр = Rпрtg(a/2); (6.33)

разность тангенсов

DТ = Тпр - Тс;                             (6.34)

изменение длины линии

DL = 2DТ + Кс - Кпр;                  (6.35)

неправильный пикет

- DL;                                             (6.36)

начало и конец проектируемой круговой линии

ПК НККпр = ПК НККс - DТ;     (6.37)

ПК КККпр = ПК КККс + DТ, (6.38)

где aрад - угол поворота кривой в радианной мере.

Для определения нормалей по первому способу, т.е. с построением угловой диаграммы, строится профильная схема и совмещенная угловая диаграмма (рисунок 6.5).

В соответствии с рисунком 6.5 определение нормалей в характерных точках (на каждой “двадцатке”) производится по формулам:

на участке от НККпр до НККс

= х2/ (2Rпр);                                (6.39)

на участке от НККс до КККс

= х2/ (2Rпр) - (х - DТ)2/ (2Rс);    (6.40)

на участке от КККс до КККпр

= х2/ (2Rпр) - К2с /(2Rс) - (х - DТ - Кс) aрад , (6.41)

где х - расстояние от начала круговой кривой проектируемой (НККпр ) до рассматриваемого сечения.

Исходными данными для расчёта являются: угол поворота, радиус, пикет начала существующей круговой кривой и радиус проектируемой кривой.

В качестве примера приводим расчёт увеличения радиуса кривой с 650 м до 800 м.

.4.2 Исходные данные

Угол поворота - 31° 23';

радиус существующей кривой - 650 м;

начало существующей круговой кривой - 430+50;

радиус проектируемой кривой - 800 м;

длина существующей кривой - 356,03 м;

конец существующей круговой кривой - 434 + 06,03.

По формулам (6,32 - 6,38) определяем элементы проектируемой круговой кривой, величину неправильного пикета и положение кривой в пикетаже:

Кпр = Rпрaрад= 800∙0,547742 =438,19 м;

Тпр = Rпрtg(a/2)= 800∙0,280930 = 224,74 м;

DТ = Тпр - Тс= 224,74 - 182,60 = 42,14 м;

DL = 2DТ + Кс - Кпр= 2∙ 42,14 + 356,03 - 438,19 = 2,12 м.

Неправильный пикет - 97,88 м;

_НККс ПК 430 +50,00

DТ 42,14

НККпр ПК 430 +07,86

+КККс ПК 434 + 06,03

DТ 42,14

КККпр       ПК 434 + 48,17

Подсчет нормалей произведем в табличной форме - таблица 6.3.

Профильная схема и совмещенная угловая диаграмма представлена на рисунке 6.5

Т а б л и ц а 6.3 − Результаты расчетов

Рисунок 6.5 - Профильная схема и совмещенная угловая диаграмма

.5 Увеличение прямой вставки междусмежными кривыми, направленными в разные стороны

.5.1 Исходные данные

Если недостаточную прямую вставку нельзя увеличить за счет уменьшения радиуса одной из кривых, то удлинение вставки производится за счет смещения начала одной из кривых и отсечения от другой кривой части ее; при этом смещается начало (тангенс) той кривой,которая дает сдвижку в сторону второго пути.

При заданных радиусах существующих кривых R1 и R2, углах поворота и длине прямой вставки существующей dc для решения поставленной задачи необходимо задаться значениями радиуса проектируемой кривой Rпр и проектируемой прямой вставки dпр.

Элементы существующей первой и второй кривых:

Первая кривая: Вторая кривая:

Р1=650 м; Р2=1080 м;

Т1=180,06 м; Т2=164,14 м;

К1=351,30 м; К2=325.78 м.

Длина существующей прямой вставки dc = 93,60 м. Требуется увеличить радиус первой кривой с 650 до 700 м и довести величину прямой вставки до 190 м. Для определения дополнительных исходных данных решается вспомогательная задача (рисунок 6.6).

Рисунок 6.6 - Определение расстояния между центрами существующей и проектируемой кривых

Расстояния между центрами существующих кривых в соответствии с рисунком:

 (6.42)

 (6.43)

.

Определяем расстояние между центрами проектируемой и существующей кривых:

 (6.44)

         (6.45)

6.5.2 Аналитический расчёт основных элементов

Расчетная схема приведена на рисунке 6.7.

Рисунок 6.7 - Расчетная схема.

Определяется угол первой проектируемой кривой ; затем - угол, отрезаемый от второй кривой ; расстояние до начала проектируемой кривой b.

b₁=a₁ + j₁; (6.46)

b₁ = 30°58 ' + 3° 05¢ 49¢¢= 34° 03¢ 49¢¢; 

₁ = Lc∙cosb₁;                                                            (6.47)

₁ = 1732,53∙0,8284162= 1435,26 м;

₂ = h₁ + DR;                                                              (6.48)

₂ = 1435,26+50= 1485,26м;

 (6.49)

откуда b₂ = 33° 55¢ 54¢¢;

₁  = b₂  - j₂;                                                         (6.50)

₁  = 33° 55¢ 54¢¢ - 6° 05¢ 34¢¢ = 27° 50¢ 20¢¢;

₂  =  a - a₁;                                                         (6.51)

₂  = 30° 57'60'' - 27° 50¢ 20¢¢ = 03° 07¢ 40¢¢.

Округляя вычисленные углы до 1', получим окончательно a₁  = 27°50';

Da₂ = 3°08'.

Т а б л и ц а 6.4 − Элементы проектируемых и отрезаемых кривых

b = L_пр sinb₂  L_c sinb₁;                                               (6.52)

b = 1790,11∙0,558205  1732,53 ∙ 0,560113 = 28,84 м.

Пикетажное значение начала и конца проектируемых круговых кривых и неправильного пикета:

Первая кривая: Вторая кривая:

_ НКс1 ПК 77 + 78,54 + НКс2 ПК 82 + 23,4428,84 K 59,06

+НКпр1 ПК 77 + 49,70 + НКпр2 ПК 82 + 82,50

Кпр1 3 + 40,05 Кпр2 2 + 66,72

ККпр1 ПК 80 + 89,75 ККпр2 ПК 85 + 49,22

Истинная длина реконструируемого участка:пр = Кпр + dпр; (6.53)пр = 340,05 + 190 = 530,05 м.

_ НКпр2 ПК 82 + 82,50 _ Lп 530,05

НКпр1 ПК 77 + 49,70 Lпик 532,80пик 5 + 32,80 L 02,75

Неправильный пикет 97,25 м.

Определяем пикетажное значение радиальной проекции конца проектируемой (первой) круговой кривой на существующий путь:

= Rпр∙sinα; (6.54)= Rпр∙(1  cosα); (6.55)

   (6.56)

 (6.57)

откуда j = 27° 38¢ 27¢¢; j = 0,482423= R1 j_рад ; (6.58)= 650∙0,482423 = 313,57 м.

+НК ПК 77 + 78,54

К 3 + 13,57

КК ПК 80 + 92,11

 (6.59)

6.5.3 Угловая диаграмма и определение смещений в промежуточных точках

Угловая диаграмма представлена на рисунке 6.8.

Рисунок 6.8 - Совмещенная угловая диаграмма

Для определения коэффициентов tg/2 и их увязки используем следующиеформулы:

                                                          (6.61)

 ;

 ;

                                                   (6.62)

 ; 

_1­ = K₁∙tg j₃ ;                                                      (6.63)

₁ = 28,84∙0,001428564 = 0,041199795 м.

₂ = a_{3 рад}  -K₂∙tgj₁ ;                                                     (6.64)

₂ = 0,485783  311,21∙0,00153846 = 0,006998 м.

₃ = h₄ = a_2рад ;                                                            (6.65)

₃ = h₄ = 0.054687 м.

 м.

= (K3 + K4)  К3 ; (6.67)

К4 = 40,09 - 4,55 =35,54 м.

По диаграмме

где m (контрольное) = 7,68, следовательно, невязка в первой части диаграммы равна 7,68 - 8,09 =  0,41. Невязку производим по наибольшей площади w2= 7,50. Принимаем w2 = 7,09, тогда

м.

С другой стороны, m =  = 1,61 + 5,12 + 0,97- 0,02 = 7,68.

Невязка во второй части диаграммы равна 7,68 - 7,68= 0.

Подсчет нормалей по углограммам производится в таблице 6.5.

Т а б л и ц а 6.5 - Подсчет нормалей по углограммам

77             40 60 80  0 0 0,59   0 +10,32 q3 = 0,08 +(10,89 hф-10,892q)= +0,410

,08

78           0 20 40 60 80         0,59 0,59 0,59 0,59 0,59        +(30,89 hф -30,892q)=+1,14

+(50,89 hф-50,892q)= +1,82

+(70,89 hф-70,892q)= +2,73

+(90,89 hф-90,892q)= +3,05

+(110,89 hф-110,892q)= +3,601,73

,41

,32

,64

  79         0 20 40 60 80         0,59 0,59 0,59 0,59 0,59        +(130,89 hф-130,892q)= +4,11

+(150,89 hф-150,892q)= +4,57

+(170,89 hф-170,892q)= +4,98

+(190,89 hф-190,892q)= +5,36

+(210,89 hф-210,892q)= +5,694,70

,16

,57

,95

  80         0 20 40 60 80         0,59 0,59 0,59 0,59 0,59        +(230,89 hф-230,892q)= +5,98

+(250,89 hф-250,892q)= +6,22

+(270,89 hф-270,892q)= +6,41

+(290,89 hф-290,892q)= +6,57

+(310,89 hф-310,892q)= +6,686,58

,81

,00

,16

7. Обоснование экономически рационального числа скоростных пассажирских поездов

.1 Исходные данные

Для исследования влияния факторов, от которых зависит величина nск приняты следующие исходные данные:

масса грузового поезда Q 4200 т, пассажирского Q 1000;

длина линии L = 600 км, Vгр = 60 км/ч, Vпс = 120 км/ч;ск = 180 км/ч, α = 0,8; Cпч = 25 у.е.

Стоимости одного поездо - километра определены при средней заселенности поезда 900 чел. (15 - вагонный состав).

7.2 Методика исследования

При решении задач, связанных с повышением скоростей движения пассажирских поездов, одним из основных аргументов является размер пассажиропотока дальнего следования. Как показали исследования ряда авторов, величина этого пассажиропотока влияет на технико-экономическую эффектив-ность реконструкции железнодорожных линий для введения скоростного движения.

Реконструкция железнодорожной линии под скоростное пассажирское движение должна быть экономически обоснована с учетом народнохозяйственного эффекта от уменьшения времени нахождения пассажиров в пути.

В общем случае

, (7.1)

где Сс − годовые эксплуатационные расходы при существующем состоянии без скоростного движения;

Кр, Ср − стоимость реконструкции линии и годовые расходы при введении скоростного движения;ок(н) − нормативный срок окупаемости.

Общий пассажирский поездопоток можно представить как сумму скоростных поездов и поездов, следующих с обычными скоростями, т.е.

. (7.2)

С учетом этого и воспользовавшись системой укрупненных норм, можно годовые расходы Сс и Ср (тыс. руб./год) представить в виде:

; (7.3)

, (7.4)

где nгр, n0, nск − число грузовых поездов, общее число пассажирских поездов, число скоростных поездов;

Сгр, Спс, Сск − расходы по передвижению одного грузового, пассажирского и скоростного поезда;

 − расходы связанные с обгоном грузовых поездов пассажирскими и скоростными поездами;

α − коэффициент неравномерности движения по направлениям.

Расходы по передвижению поездов рассчитываются по укрупненным нормам

 ,             (7.5)

где Спкм(i) − стоимость одного поездо-километра i-го поезда;− длина линии.

Число грузовых поездов (пар поездов/сутки) можно определить по формулам: до реконструкции

 ;    (7.6)

после реконструкции и введения скоростного движения

 ,       (7.7)

где Nmax − максимальная пропускная способность;

γ − коэффициент, учитывающий технологические перерывы в движении и необходимый резерв для обеспечения колебаний размеров движения поездов, (γ = 0,85);

εпс εск − коэффициенты съема пассажирских и скоростных поездов.

Расходы, связанные с обгоном грузовых поездов, определяются по известной формуле

;     (7.8)

и

 ,    (7.9)

где tст − время стоянки грузового поезда под обгоном;

 − стоимость поездо-часа грузового поезда;

 − межпоездной интервал;гр, Vпс, Vск − скорости грузовых, пассажирских и скоростных поездов.

Подставляя (7.2) − (7.9) в выражение (7.1), можно определить экономически рациональное число скоростных поездов, при котором обеспечивается эффектив-ное использование капитальных вложений в реконструкцию линии

. (7.10)

Результаты расчетов сведены в таблицу 7.1.

Т а б л и ц а 7.1 - Зависимость числа скоростных поездов от Спасс-ч и Кр км.

На основании таблицы построен график зависимости числа скоростных поездов от стоимости пассажиро-часа и средней стоимости реконструкции 1 км.

Рисунок 7.1 - График зависимости числа скоростных поездов от Спасс-ч и Кр км.

- 500 тыс. у.е.

- 370 тыс. у.е.

- 250 тыс. у.е.

- 100 тыс. у.е.

7.3 Результаты исследования

Анализ формулы (7.10) и произведенные расчеты показывают, что на экономически рациональное число ncк основное влияние оказывают стоимость реконструкции, стоимость одного поездо-километра Спкм. В свою очередь, стоимость одного поездо-километра зависит от стоимости одного пассажиро-часа и скорости передвижения поездов.

Количественные значения на рисунке соответствуют приведенным ранее исходным данным. Однако анализ формулы и расчеты при других исходных данных показывают, что характер зависимости nск = f (Cпасс-ч, Kр км) не изменяется.

Это позволяет сделать следующие основные выводы:

на основании произведенного исследования в каждом конкретном случае осуществления реконструкции линии для введения скоростного, пассажирского движения можно установить критический пассажиропоток или число скоростных поездов ncк, при котором обеспечивается эффективное использование капитальных вложений;

так, для принятых исходных данных и пропуске пассажиропотока в размере 20 тыс. пассажиров в сутки или 22,2 пары поездов в сутки при стоимости Cпасс-ч =1 у.е. введение скоростного пассажирского движения будет целесообразно при средней стоимости реконструкции 1 км 370 тыс. у.е., и менее;

уменьшение стоимости пассажиро-часа приводит к уменьшению эффективности капитальных вложений. Расчеты показывают, что если в рассматриваемом примере Cпасс-ч =0,5 у.е., то реконструкция целесообразна при ее средней стоимости 200 тыс. у.е./км. и менее;

повышение скоростей движения скоростных поездов при Спасс-ч = const приводит к уменьшению стоимости 1 поездо-километра (с учетом народнохозяйственного эффекта), что при сохранении постоянным соотношения скоростей пассажирских и грузовых поездов приводит к увеличению эффективности капитальных вложений.

Результаты произведенного исследования не противоречат существующим логическим представлениям, но впервые позволяют выявить количественные значения во взаимосвязи между эксплуатационными и строительными показателями реконструируемой линии и тем самым более обоснованно решать вопросы, связанные с целесообразностью введения скоростного движения.