Обоснование комплекса технико-технологических параметров работы сортировочной станции в условиях высоких загрузок

Актуальность исследуемой темы. Железнодорожный транспорт занимает ведущее место в транспортной системе России. В период реформ, проводимых в настоящее время на железнодорожном транспорте, частью которых является полная приватизация парка вагонов, происходит обострение конкуренции между компаниями-операторами. Каждая из таких компаний проводит собственную политику, направленную на эффективность использования вагонного парка только компанией владельца. Построение логистических схем использования универсальных вагонов в таких случаях ограничено. Это приводит к увеличению коэффициента порожнего пробега для большинства родов подвижного состава. В связи с этим, а также в связи с ростом численности вагонного парка отрасль сталкивается с рядом серьёзных проблем. Одной из таких проблем является предельное использование пропускных способностей целых направлений и перерабатывающих способностей крупнейших сортировочных станций.

Актуальность работы обусловлена тем, что в настоящее время нет аналитических методов для расчёта числа путей в парках, числа бригад и групп осмотрщиков в бригаде при загрузках более 0.75−0.8. Эта задача может быть решена только с использованием имитационного моделирования, но сам этот метод чрезвычайно трудоёмкий и требует больших затрат человеко-часов. Разработка аналитического метода, позволяющего снять ограничения по загрузке является актуальной задачей.

Кроме того, изолированное рассмотрение взаимосвязанных параметров технического оснащения сортировочных станций в значительной степени снижает эффективность функционирования характеризуемых ими звеньев. Определение технико-технологических параметров работы сортировочных станций, как сложного взаимосвязанного комплекса функционирования всей цепи систем обслуживания поездопотоков на станции позволяет определить влияние технического оснащения этих станций на скорость прохождения вагонопотоков через станции в условиях загрузок большинства из этих систем близких к максимально возможным.

Для определения времени нахождения вагона на сортировочной станции и оценки эффективности проведения тех или иных мероприятий по усилению пропускной и перерабатывающей способности станции на показатели функционирования этой станции в целом необходимо определить узкие места при продвижении поездопотока по станции, разработать методику определения показателей работы станции в условиях предельной загрузки.

Целью исследования является разработка методики решения задачи по определению технико-технологических параметров работы сортировочной станции в условиях ограниченной емкости парков станций, численности используемого локомотивного парка при совместном рассмотрении всего сортировочного комплекса с учётом взаимного влияния отдельных систем обслуживания поездопотока и вагонопотока для предельных уровней загрузки этих систем.

К числу основных задач исследования относятся:

1. Разработка методики расчёта показателей работы станции, при фиксированном техническом оснащении отдельных устройств и заданной технологии работы сортировочной станции на предлагаемый объем работы, которая позволяет: определять межоперационные простои составов, заполнение парков станцииоценивать потери связанные с задержками поездовопределять эффективность использования технических средств на станции;

2. Разработка аналитических формул для расчёта времени нахождения поездов и составов в отдельных системах обслуживания поездопотока на сортировочной станции с последующей проверкой сходимости полученных результатов по аналитическим формулам и по суточным графикам работы станции в условиях предельных загрузок систем;

3. Определение влияния недостаточного числа путей в парках станции на задержки поездов по не приему в период предоставления технологических перерывов в работе сортировочной горки по расформированию поездов и маневровых локомотивов по формированию поездов, а также предоставления «окон» для ремонтно-строительных работ;

4. Определение эффекта при проведении реконструктивных мероприятий по усилению пропускной и перерабатывающей способности сортировочной станции.

Объектом диссертационного исследования являются процессы взаимодействия систем обслуживания, переработки и пропуска поездопотоков на сортировочной станции.

Предмет исследования — показатели работы сортировочной станции при загрузках обслуживающих систем близких к максимальным величинам.

Методология и методы проведенного исследования основываются на:

— анализе существующих научных разработок ученых в области определения параметров работы сортировочных станций;

— составлении системы дифференциальных уравнений первого порядка, описывающих работу отдельных звеньев обработки поездопотока на сортировочной станциииспользовании методов численного решения систем дифференциальных уравнений для получения изменения количества составов, находящихся в системе, во времени.

— использовании методов сопоставления, сравнения и теоретического обоснования аналитических формул для расчёта показателей работы станции.

Научная новизна. Впервые предложена методика комплексного расчёта основных технико-технологических параметров работы сортировочной станции, основанная на применении непрерывного 6 исчислении и описании станционных технологических процессов с помощью дифференциальных уравнений, существенно уточнены ранее полученные результаты расчётов показателей работы станции в условиях предельных загрузок обслуживающих систем.

На основе разработанной методики составлена программа, с помощью которой можно оценить уровни потерь времени связанные с межоперационными простоями, а также задержками поездов на подходе к станции, в условиях предельных загрузок различных систем обслуживания, а также ограниченной ёмкости парков станции. Исследованы вопросы взаимосвязи мощности отдельных систем обслуживания и их влияние на функционирование сопряжённых систем. Определены аналитические зависимости по расчёту отдельных составляющих времени нахождения вагонов на сортировочной станции.

Практическая ценность Результаты работы по расчёту технико-технологических параметров станции могут быть применены при определении эффективности использования инфраструктуры железнодорожного транспорта в условиях изменения действующего плана формирования, перераспределения маршрутов следования поездопотоков при максимально возможных уровнях загрузки пропускной и перерабатывающей способности станции.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технической конференции «Наука МИИТатранспорту — 2008,2009,2012.», обсуждались на кафедре «Управление эксплуатационной работой и безопасностью на транспорте» (Москва 20 102 012 МИИТ).

Публикации. Основные положения диссертационной работы и научные результаты опубликованы в 4 печатных работах, в том числе в двух, рекомендованных ВАКом.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав,.

4.7 Выводы.

1. Проведено исследование взаимодействия основных систем обслуживания поездопотоков в сортировочном парке и парке отправления станции: системы окончания формирования составов, системы вывода составов в парк отправления, системы обработки составов бригадами ПТО и ПКО, системы обеспечения составов поездными локомотивами и системы «отправления» поездов.

2. Установлена количественная взаимосвязь между изменением числа составов находящихся в сортировочном парке во времени и загрузкой систем окончания формирования и вывода составов. Получены аналитические зависимости для определения средней очереди в ожидании обслуживания и среднего времени нахождения состава в данных системах во всем возможном диапазоне изменения загрузки, включая предельную, как при отсутствии перерывов в работе маневровых локомотивов, так и при наличии таковых связанных с экипировкой, сменой локомотивных бригад и отвлечением на другие виду работ.

3. Определены численные параметры колебания числа составов находящихся в сортировочном парке от их средней величины и установлена величина необходимой резервной емкости сортировочного парка, обеспечивающей отсутствие перерывов в работе горки по расформированию поездов, связанных с переполнением сортировочного парка.

4. Получены аналитические зависимости для определения средней очереди в ожидании обслуживания и среднего времени нахождения состава в системах парка отправления во всем возможном диапазоне изменения загрузки этих трех систем, включая предельную.

5. Установлена взаимосвязь между показателями работы системы обеспечения поездными локомотивами и системой «отправления» поездов. Приведены зависимости показателей работы системы «отправления» от загрузки двух данных систем.

6. На основании программного продукта, представляющего собой реализацию разработанной методики, получены вероятности занятости определенного числа путей в парка отправления станции, определено число среднеквадратических отклонений от среднего числа занятых путей обеспечивающее практически беспрепятственный прием составов и транзитных поездов в парк равное двум с половиной.

7. Выявлены рекомендации числа путей в парке отправления станции в зависимости от загрузок основных трех систем обслуживания в нем, как при отсутствии «окон» для проведения ремонтных работ на прилегающих участках, так и при их наличии и длительности. Установлена зависимость суммарной очереди в ожидании вывода, обработки состава в парке отправления и очереди по не приему транзитных поездов в парк от емкости парка отправления.

8. Данная методика нашла своё отражение при разработке и внедрении мероприятий по увеличению мощности технической оснащенности сортировочного парка и парка отправления сортировочных станций. (См. Приложение 1).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

На основании выполненных исследований можно сформулировать следующие основные вывод и предложения:

1. Комплексность системы расчёта технико-технологических параметров работы сортировочной станции состоит в совместном рассмотрении функционирования всех систем обслуживания поездопотока, поступающего в переработку и транзитного, с учётом имеющихся взаимосвязей между этими системами и оказывающими влияние на функционирование смежных систем в условиях предельных загрузок, вплоть до блокирования их работы ввиду ограниченной ёмкости парков станции.

Существующие подходы к решению данной проблемы в силу разных причин не дают точного и быстрого ответа на этот вопрос, что диктует необходимость нахождения иных подходов для решения поставленной задачи. В качестве примера можно привести: I. Отсутствие точных формул расчёта средней очереди и среднего времени ожидания обслуживания в системах станции при загрузках этих систем близких к единицеII. Отсутствие оценки влияния наличия технологических перерывов в работе сортировочной горки по расформированию составов, «окон» для выполнения ремонтных работ на прилегающих участках на время нахождения вагонов на станцииIII. Расчёт пропускной способности прилегающих к станции участков, без учёта её потери ввиду несвоевременного приёма поездов в парки станции из-за полного заполнения этих парков в условиях предельных загрузок систем обслуживания на сортировочной станции.

2. В диссертации разработана комплексная система дифференциальных уравнений, описывающих функционирование всех основных систем обслуживания станции и позволяющих проводить расчёт технико-технологических параметров работы сортировочной станции для заданного технического оснащения, действующего плана формирования и определенной технологии работы станции, для предложенного объема работы.

Найдены пути устранения сложностей в применении непрерывного исчисления к дискретным процессам, связанные с определением общего вида функций интенсивностей обработки поездопотока во всех системах обслуживания, проверкой значений этих функций в особых точках, применением численных методов решения дифференциальных уравнений с использованием схемы Эйлера первого порядка для нахождения количества поездов в системах обслуживания в любой момент времени.

3. На основании программного продукта, представляющего собой реализацию разработанной методики, установлена количественная взаимосвязь между изменением числа составов находящихся в системах обслуживания поездопотока на станции от загрузки систем во всем возможном диапазоне изменения загрузки, включая предельные. Установлена количественная взаимосвязь, позволяющая проводить расчёт потребного числа путей в парках станции на основе количества среднеквадратических отклонений от среднего числа занятых путей с учётом компенсации недостатка мощности одних систем, избытком мощности других.

4. Рекомендуется в условиях отсутствия технологических перерывов в работе горки при загрузках систем обработки поездов в парке приёма и расформирования до величины 0.75 дополнительно к среднему значению добавлять 2 пути, при наличии перерывов в работе горки — 3 пути, которые обеспечат практически беспрепятственный прием поездов на станцию. Если одна из систем обслуживания в парке приема загружена больше указанной величины 0.75 (или обе системы), то в.

120 условиях отсутствия перерывов в работе горки к среднему значению следует добавлять 3 пути, а при их наличии в диапазоне 0,75−0,8 добавлять 4 пути, в диапазоне загрузок 0,8−0,9 — 5 путей, а в диапазоне 0,9−1 для практически беспрепятственного приема необходимо дополнительных 6 путей.

5. Установлена количественная взаимосвязь между изменением числа составов находящихся в парках станции во времени и загрузкой систем, как при отсутствии, так и в условиях наличия технологических перерывов в работе отдельных систем, а также их влияние на функционирование смежных систем во всём возможном диапазоне загрузок, включая предельные. Технологический перерыв в работе сортировочной горки по расформированию поездов длительностью 1 час увеличивает среднюю очередь в ожидании расформирования в условиях предельных загрузок в 2.5 раза, а перерыв в работе маневровых локомотивов по формированию поездов такой же длительности в аналогичных условиях увеличивает среднюю очередь только на 15%. При загрузке системы «отправления» более величины 0.7, увеличение загрузки системы обеспечения поездными локомотивами более 0.75 приводит к росту в 1.5 раза очереди в ожидании отправления на участок.

6. В условиях беспрепятственного вывода составов в парк отправления и небольших загрузок маневровых локомотивов дополнительная емкость сортировочного парка по отношению к средней занятой может быть определена с учетом коэффициентов 1.5−1.58. При увеличении загрузок в работе маневровых локомотивов более величины 0.7 данный коэффициент уменьшается до величин 1.3−1.38. При предельных загрузках маневровых локомотивов (более 0.9) значение данного коэффициента ограничивает максимальная вместимость сортировочного парка. Нехватка путей парка отправления приводит к росту суммы величин трех очередей, составляющих общую очередь в.

121 ожидании обработки в парке отправления в 1.5 раза, что является влиянием числа путей в парке отправления на характеристики смежной системы на сортировочной станции.

7. Расчеты позволили определить повышающий коэффициент к значению средней очереди в условиях наличия «окна» для проведения ремонтных работ на прилегающем участке. Значение этого коэффициента меняется в диапазоне от 1.6 до 2.1 при увеличении продолжительности «окна» от 4 до 6 часов.

8. Совместное рассмотрение функционирования всех систем обслуживания поездопотока на сортировочной станции за счёт комплексности решения проблемы дает возможность определить набор рациональных уровней загрузки различных систем, определяющих одно и то же значение технико-технологических показателей работы станции, предопределяя множество таких вариантов. Получение расчёта таких вариантов дает возможность лучшим образом учитывать ограничения при выборе окончательных решений в условиях изменения объема работы, действующего плана формирования и технологии работы сортировочной станции.