Вес и скорость движения грузовых поездов
НОРМА МАССЫ грузовых поездов — один из основных показателей, во многом определяющий количественную и качественную стороны эксплуатации ж. д. и прежде всего размеры движения, мощность локомотивов, полезную длину станционных приемо-отправочных путей, динамическую прочность сцепных приборов и рам вагонов.
Общие сведения
С ней связаны не только наличная пропускная и провозная способность железнодорожной линии, но и, в определенной мере (при заданном типе локомотива), скорость движения, а следовательно, и потребность в вагонном и локомотивном парках для освоения заданного объема перевозок. Масса поезда во многом определяет и эксплуатационные требования к мощности пути, искусственным сооружениям, параметрам технического оснащения станций, конструкции вагонов и локомотивов, устройствам автоматики, телемеханики и связи. Таким образом выбор рациональной массы поезда представляет собой важную и сложную технико-экономическую проблему, тесно связанную с увеличением провозной способности ж. д., затрагивающую их развитие и эксплуатацию. Если рассматривать лишь часть этой проблемы, наиболее тесно связанную с пропускной и провозной способностью, то и тогда из-за разнообразия условий эксплуатации линий приходится решать довольно широкий круг задач.
Разнообразие условий определяется неоднородностью профиля пути в пределах участков работы локомотивов и структуры грузопотоков, из которых формируют составы поездов для одной и той же линии, разнообразием типажа локомотивов, неравномерностью распределения объемов перевозочной работы на линиях сети, а также темпов роста или сокращения грузовых и пассажирских потоков. К тому же, выбирая оптимальные нормы массы, приходится учитывать их ограничения, с одной стороны, силой тяги локомотива, а с другой — полезной длиной приемо-отправочных путей.
Весовые нормы
Весовые нормы поездов, ограниченные мощностью данного локомотива, создают наилучшие условия для его эффективного использования. При этом может быть не использована полезная длина станционных путей, что невыгодно прежде всего из-за искусственного завышения размеров движения и необходимости приближения затрат на усиление пропускной способности линии при растущих грузопотоках. Весовые нормы поездов, ограниченные полезной длиной станционных приемо-отправочных путей и наибольшей погонной нагрузкой подвижного состава, являются максимально возможными для данного участка, обеспечивают наименьшие размеры движения и, следовательно, наиболее полное использование пропускной и провозной способности линии, отдаляют затраты по ее развитию. Но для таких весовых норм не всегда можно подобрать соответствующую мощность локомотива, так как она возрастает довольно крупными ступенями, особенно у электровозов. Это чаще всего неэффективно, даже если излишняя мощность тяги используется для увеличения ходовой скорости поездов. Несмотря на то, что графиком движения на каждом направлении предусмотрена определенная весовая норма поездов, фактические их веса не совпадают с этой нормой. Объясняется это тем, что расчетные весовые нормы устанавливают чаще всего исходя из мощности тяговых средств и профиля пути на участке или направлении. Фактически же составы ограничены еще и полезной длиной станционных приемо-отправочных путей. Погонная нагрузка отдельных струй вагонопотоков весьма различна и поэтому одни составы имеют расчетный вес при длине меньше максимально возможной, другие не достигают установленной весовой нормы. В первом случае поезда считаются полновесными, во втором — полносоставными.
Отклонения фактических весов поездов от установленной графиком движения нормы в большую сторону нередко связаны с применением частичной кратной тяги; при отклонении фактических весов поездов в меньшую сторону от нормы часто имеет место недоиспользование мощности тяговых средств.
Мощность тяговых средств
Мощность тяговых средств можно использовать либо на повышение веса, либо на увеличение ходовой скорости поезда. При весьма разных фактических весах поездов и одном и том же типе локомотивов мощность их может быть использована полностью, если каждый поезд будет следовать с наибольшей скоростью, соответствующей его весу и мощности локомотива. Практически, однако, и такое использование тяги невозможно: в графике движения для всех поездов, независимо от их веса и тяговых средств, проложена одна и та же расчетная ходовая скорость. Она определяется наименьшей удельной мощностью тяги — числом лошадиных сил, приходящихся на 1 т веса поезда с локомотивом. Средний вес поезда на направлении при заданном объеме перевозок определяет размеры движения грузовых поездов. Средний вес брутто грузовых поездов и участковая скорость на линиях, оборудованных электрической тягой, выше, чем на линиях, обслуживаемых тепловозами.
При заданном типе локомотива решается задача наиболее рационального использования его мощности: доведением массы поезда до наибольшей величины или установлением меньшей массы для увеличения скорости движения. Критерием выбора является провозная способность, которая зависит как от среднего веса поезда, так и от скорости его движения.
При тепловозной тяге мощность локомотива в широком диапазоне скоростей почти постоянна. Следовательно, наибольшая производительность тепловозов, а значит максимальная провозная способность линии и наименьшая себестоимость перевозок достигаются при использовании мощности тепловозов на увеличение массы поезда. При электрической тяге это положение тем более справедливо, так как с увеличением скорости электровоза сила его тяги уменьшается. Оптимальная масса поезда при данном типе локомотива ограничена расчетной силой тяги или длиной приемо-отправочных путей. Из этого общего правила необходимо выделить исключения.
При значительных размерах пассажирского движения на двухпутных линиях уменьшение массы грузовых поездов для приближения их скорости к скорости пассажирских может уменьшить съем с графика. В этом случае наибольшей провозной способности линии можно добиться при массе поезда, несколько меньшей максимально возможной по силе тяги или длине путей.
При существенно неоднородной структуре грузопотока, когда массу поездов на линии ограничивает длина приемо-отправочных путей, наибольшая провозная способность не всегда соответствует максимально возможной по погонной нагрузке норме массы. В этом случае оптимальную норму массы необходимо устанавливать по максимуму провозной способности, учитывая распределение поездопотока по погонной нагрузке. В связи с тем, что прирост средней массы поезда в этих условиях не прямо пропорционален увеличению его нормы, а снижение скорости движения поезда из-за параллельности графика распространяется на весь поток, изменение провозной способности носит экстремальный характер. Средняя масса поезда заметно увеличивается только до определенного предела. При этом провозная способность линии достигает максимума, дальнейшее увеличение нормы массы приводит к уменьшению провозной способности линии.
При одновременном выборе массы и типа локомотива расчет ведется аналогичным способом при замене реальных локомотивов условными с постоянной удельной мощностью (на единицу массы поезда). При этом для каждого вида тяги на одном и том же профиле средние ходовые скорости движения поездов различной массы также одинаковы. По критерию суммарных приведенных затрат устанавливаются масса поезда и мощность условного локомотива, по которой и выбирается реальный локомотив.
Станционные пути, технические требования
Оптимальная длина станционных путей зависит от многих факторов, важнейшим из которых является величина грузопотока на рассматриваемом направлении. Так, при грузопотоке 10-14 млн т выгодна длина 1250 м, более 16 млн т — 850 м. Расчеты показывают, что в различных условиях наивыгоднейшая полезная длина станционных путей на однопутных линиях 1050—1250 м и на двухпутных — 850—1050 м. Ей соответствуют оптимальные нормы массы поездов от 4 до 6 тыс. т в зависимости от грузопотока и погонной нагрузки подвижного состава. С внедрением большегрузного подвижного состава наибольшую массу поездов можно повы