Разработка методики выбора оптимального способа формирования многогруппных составов по критерию эксплуатационных расходов на маневровую работу

В современных условиях возрастающей конкуренции со стороны других видов транспорта одной из главных задач, стоящих перед транспортно-технологическими системами железных дорог, является обеспечение высокой экономической эффективности всех, этапов перевозочного процесса, которая в значительной мере определяется расходами на перевозки.

Одной из важных тенденций, отмечаемых в последние годы, является рост объемов местных вагонопотоков и одновременное увеличение количества назначений местных вагонов. Все большее значение приобретают вопросы совершенствования методов расформированиями формирования мно-гогруппных составов, в частности, расширение группового формирования и дробной сортировки местного вагонопотока. Подобные решения способствуют сокращению простоя местных вагонов на станциях, а также улучшают условия обслуживания грузоотправителей и грузополучателей за счет ускорения доставки грузов и выполнения детальной подборки вагонов на грузовых и технических станциях. В 2001 году МПС были выпущены рекомендации по совершенствованию местной работы [47], в которых в качестве одного из основных технологических решений, направленных на улучшение внутриузловой и станционной технологии работы с местными вагонопотока-ми, рассматривается «расширение подборки местных вагонов по грузовым фронтам и подъездным путям».

Расширение формирования многогруппных составов вызывает многократную повторную сортировку и значительное увеличение объема местной работы. Для эффективной организации процесса формирования многогруппных поездов требуется использование интенсивной технологии подборки вагонов.

В нашей стране с 1986 года в качестве основного способа формирования многогруппных составов рассматривается комбинаторный способ, основывающийся на специально разработанных схемах сортировки вагонов при различном числе путей, и позволяющий минимизировать повторные сортировки и перестановки вагонов в процессе формирования. Основным критерием оценки оптимальности разрабатываемых схем сортировки являлась повтор-ность переработки вагонопотока. С этого периода методические указания и рекомендации по разработке интенсивной технологии местной работы ориентированы на использование комбинаторного способа. Для. этого способа разработан ряд методик нормирования: продолжительности формирования многогруппного состава [13,15].

Существующие методики имеют ряд недостатков. Основным из них является отсутствие учета энергетических затрат маневрового локомотива в процессе формирования многогрулпных составов. Не учитывается то, что каждый маневровый полурейс в процессе формирования происходит с группой вагонов различной массы, перемещение маневрового локомотива с вагонами происходит по элементам профиля с различными уклонами, с использованием различных режимов движения.

В качестве критерия оценки эффективности организации процесса формирования многогрулпных составов в диссертационной работе рассматриваются суммарные эксплуатационные расходы на маневровую работу, выполняемую в процессе формирования. Такой критерий является обобщающим, поскольку обеспечивает учет ряда других частных критериев, в числе которых повторность переработки вагонопотока и затраты вагоно-часов в процессе сортировки.

При использовании предлагаемого критерия схемы сортировки вагонов комбинаторного способа, считавшиеся оптимальными, не всегда будут таковыми. Принимая во внимание то, что к настоящему времени в нашей стране и за рубежом разработано достаточно большое число различных способов интенсивного формирования многогрулпных составов (помимо комбинаторного), следует указать на наличие задачи сравнения различных способов по критерию суммарных эксплуатационных расходов на маневровую работу в разных условиях формирования, в частности, при использовании различного числа сортировочных путей, а также при различной степени детализации подборки вагонов.

Необходимость практического решения задачи совершенствования процесса формирования многогруппных составов на основе выбора оптимальной технологии сортировки местного вагонопотока указывает на актуальность темы диссертационной работы.

Объект для проведения исследований — система «маневровый состав — вспомогательное сортировочное устройство»" .

Предметом исследования являются суммарные эксплуатационные расходы на маневровую работу при использовании различных способов формирования многогруппного состава.

Целью диссертационной работы является разработка методики выбора оптимального способа формирования многогруппных составов по критерию эксплуатационных расходов на маневровую работу. Для достижения указанной цели в диссертационной работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Проведено теоретическое исследование развития и современного состояния вопросов организации формирования многогруппных составов.

2. Разработана методика анализа структуры местных вагонопотоков с использованием ЭВМ,-а. также методика моделирования структуры составов, подлежащих формированию в многогруппные.

3. Разработана методика расчета суммарных эксплуатационных расходов на маневровую работу по формированию многогруппных составов.

4. Выполнен расчет эксплуатационных расходов на маневровую работу при различных условиях формирования многогруппных составов и произведен анализ величины этих расходов при использовании различных способов формирования.

5. Разработана методика и алгоритмы для выбора оптимального способа формирования многогруппного состава в оперативных условиях по критерию суммарных эксплуатационных расходов на маневровую работу.

Методологической и теоретической основой проводимых исследований являются работы отечественных и зарубежных ученых и специалистов, посвященные совершенствованию методов переработки местного вагонопо-тока. Среди них труды отечественных ученых А. Н. Фролова, И. И. Васильева, К. А. Бернгарда, К. Ю. Скалова, И. Е. Савченко, A.M. Долаберидзе, П.Р. Бата-вина, П. С. Грунтова, И. И. Страковского, Л. Б. Тишкова, А. В. Абуладзе, А. И. Сухопяткина, Э. В. Бакумова, У. Т. Туляганова, В. В. Григорьева, А. А. Абрамова, Н. Н. Шабалина, Е. А. Сотникова, В. Б. Корша, А. С. Перминова, И.Г. Ка-зовского, Н. П. Соловьёвой, Ю. Н. Гусева, Е. М. Тишкина, В. М. Макарова, П. Р. Потапова, В. И. Зверева, Н. Н. Брехова, В. Н Чернова и других, а также работы иностранных ученых и специалистов С. Pay (Индия), Г. Кёнинга и П. Шаль-теггера (Швейцария), Пала Мессарош (Венгрия), Jonski Jan, Myszka Zygmunt (Польша).

В процессе решения поставленных в диссертации задач использовались методы теории вероятностей и математической статистики, имитационного моделированияположения теории планирования экспериментов.

Информационную базу диссертационной работы составляли:

1. Диссертационные работы и авторефераты диссертаций, книги и журнальные статьи по тематике исследованияматериалы научных, научно-практических и научно-технических конференцийсборники научных трудов и статейматериалы из иностранных технических журналов.

2. Нормативные данные правил и норм проектирования сортировочных устройств и железнодорожных станцийметодические рекомендации МПС, относящиеся к совершенствованию переработки местных ва-гонопотоков на грузовых и технических станциях.

3. Типовые технологические процессы работы грузовой и сортировочной станции.

4. Данные о структуре местных вагонопотоков на реальной грузовой станциипроектная документация по путевому развитию подъездных путей, обслуживаемых этой станцией.

5. Результаты собственных расчетов и выполненных исследований.

Наиболее существенные научные результаты, полученные лично соискателем, заключаются в том, что комплексное имитационное моделирование процесса сортировки вагонов и маневровых передвижений с использованием тяговых расчетов и системы единичных норм расходов на измерители маневровой работы позволило впервые рассчитать величину эксплуатационных расходов на маневровую работу при различных условиях формирования многогруппных составов (с. 91) и разработать методику и алгоритм выбора оптимального способа формирования (с. 104).

Научная новизна исследования заключается в следующем:

• разработанная на основе анализа реальных данных о местном вагоно-потоке станции Чемской^Западно-Сибирской железной дороги методика моделирования «структуры составов, подлежащих формированию в многогруппные, позволила воспроизводить их статистические характеристики при имитации процесса сортировки;

• разработанная на основе расчета статистических характеристик процесса сортировки методика определения необходимой вместимости путей для формирования многогруппных составов, в отличие от существующих методик, позволила определить необходимую вместимость сортировочно-группировочных путей при использовании различных способов формирования;

• впервые получена информационная база эксплуатационных расходов по маневровым полурейсам при различных значениях основных факторов, влияющих на процесс формирования многогруппных составов, позволяющая упростить расчет суммарных эксплуатационных расходов на маневровую работу;

• разработанная на основе имитации процесса сортировки с использованием информационной базы эксплуатационных расходов методика выбора оптимального способа формирования многогруппного состава в оперативных условиях работы грузовых и технических станций (ранее отсутствовавшая) позволяет внедрить многовариантную (с возможностью использования различных снособов сортировки) технологию глубокой подборки местных вагонов, повысив тем самым эффективность организации транспортного производства.

Практическая ценность диссертации заключается в следующем:

• разработанная методика определения эксплуатационных расходов на маневровую работу по формированию многогруппных составов может использоваться при расчете величины этих расходов для условий любых горочных и безгорочных грузовых и технических станций;

• разработанная методика и алгоритмы для выбора оптимального способа формирования в оперативных условиях могут использоваться на технических и грузовых станциях при организации массового формирования многогруппных составов;

• результаты диссертационной работы могут быть использованы при разработке гибкой многовариантной технологии переработки местного вагонопотока на грузовых и технических станциях.

Диссертационная работа была рассмотрена в Службе перевозок ЗападноСибирской железной дороги. Рекомендации по использованию многовариантной технологии глубокой подборки местного вагонопотока включены в технологический процесс работы сортировочной станции Инская по формированию многогруппных поездов.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на межвузовских научно-практических конференциях «Интеллектуальный потенциал Сибири» (2001;2003 гг.) и региональной научно-технической конференции «ВУЗы Сибири и Дальнего Востока — Транссибу» (2002 г.).

На защиту выносятся следующие основные положения:

• методика определения вероятностных характеристик структуры местных вагонопотоков и составов, подлежащих формированию в мно-гогруппные;

• методика определения суммарных эксплуатационных расходов на маневровую работу по формированию многогруппных составов;

• результаты определения эксплуатационных расходов на маневровую работу при использовании различных способов формирования многогруппных составов;

• методика выбора в оперативных условиях способа формирования многогруппного состава, оптимального по критерию суммарных эксплуатационных расходов на маневровую работу.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка использованной литературы, четырех приложений, 41 рисунка и 22 таблиц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В современных условиях функционирования железнодорожного транспорта одним из направлений совершенствования переработки местных ваго-нопотоков на грузовых и технических станциях является формирование многогруппных составов. Обязательным условием рациональной организации этого процесса является минимизация эксплуатационных расходов, связанных с переработкой вагонов. Эффективное решение этой задачи также создаст условия для существенного улучшения качества обслуживания грузополучателей и будет способствовать повышению конкурентоспособности железнодорожного транспорта.

Исследования современных отечественных и зарубежных разработок в области формирования многогруппных составов показали, что организация этого процесса может происходить с использованием различных сортировочных устройств и применением различной технологии подборки вагонов. Формирование многогруппных составов может выполняться на вытяжных путях и сортировочных горках, с использованием путевого развития типа «елочка». К настоящему времени разработано значительное число различных схем специализированных устройств для формирования многогруппных составов, а также ряд вариантов их размещения на существующих и вновь проектируемых станциях. Исследования показывают, что при достаточно высокой степени детализации подборки вагонов целесообразным является реализация горочной технологии. При этом наиболее эффективной оказывается организация формирования многогруппных составов с использованием вспомогательного сортировочного устройства (горки малой мощности и группировочного парка).

Значительный объем маневровой работы при формировании многогруппных составов на ограниченном числе путей обусловливает целесообразность использования способов интенсивного формирования. В нашей стране и за рубежом к настоящему времени разработан ряд таких способов, многие из которых в ряде стран нашли достаточно широкое практическое применение. В то же время, на отечественных железных дорогах основным и фактически единственным способом формирования многогруппных составов является комбинаторный способ. Применительно к этому способу создан ряд методик оценки технологии формирования многогруппных составов. Однако все эти методики имеют ряд недостатков, основным из которых является отсутствие учета энергетической составляющей работы маневрового локомотива в процессе подборки вагонов.

Отсутствие технико-экономически обоснованных рекомендаций по использованию того или иного способа формирования многогруппных составов в различных условиях, а также практическая необходимость создания методики выбора оптимального способа формирования многогруппных составов, учитывающей все основные факторы, влияющие на эффективность использования того или иного способа в реальных условиях работы грузовых и технических станций, обусловили выбор цели диссертационной работы — разработку методики выбора оптимального способа формирования многогруппных составов по критерию эксплуатационных расходов на маневровую работу.

В качестве критерия оценки эффективности организации процесса формирования многогруппных составов в диссертации рассматривались суммарные эксплуатационные расходы на маневровую работу. Такой критерий является обобщающим, поскольку обеспечивает учет ряда других частных критериев, в числе которых повторность переработки вагонопотока и затраты вагоно-часов в процессе сортировки.

Результаты исследований, выполненных в диссертационной работе, позволили сделать следующие основные выводы:

1. К настоящему времени в нашей стране и за рубежом разработан ряд различных способов формирования многогруппных составов на ограниченном числе путей. Задача сравнения этих способов по экономическому критерию ранее не ставилась, отсутствовала адекватная реальным условиям методика расчета эксплуатационных расходов на формирование многогруппных составов.

2. В задачах исследования процесса формирования многогруппных составов необходимым является детальный учет их структуры. Разработанные методики и алгоритмы позволяют автоматизировать процесс анализа структуры местных вагонопотоков и на основе статистической обработки реальных данных получать ряд важных вероятностных характеристик, среди которых функция распределения числа технологических групп в составах местных поездов, максимальное число вагонов и функции распределения числа вагонов в отцепах каждой технологической группы.

3. Процесс определения суммарных эксплуатационных расходов на маневровую работу по формированию многогруппного состава может.

— рассматриваться в два этапа: моделированием процесса сортировки вагонов и маневровых полурейсов. Разработанные методика и алгоритмы позволяют на основании реальных данных о структуре местных вагонопотоков, с учетом особенностей процесса сортировки вагонов и работы хманеврового локомотива определять суммарные эксплуатационные расходы на маневровую работу по формированию многогруппных составов в различных условиях. Получаемые вероятностные характеристики процесса сортировки позволяют определять ряд параметров путевого развития для формирования многогруппных составов, в частности, необходимую вместимость сортировочных путей.

4. При определении необходимой вместимости сортировочных путей для формирования многогруппых составов необходимо учитывать не только ступень детализации подборки вагонов и число выделяемых путей, но и технологию подборки вагонов при использовании различных способов формирования. При применении степенного способа вместимость каждого сортировочного пути может быть принята равной 50% от длины многогруппных составов. Для других способов формирования вместимость путей следует определять индивидуально, с учетом структуры местных вагонопотоков конкретной станции с использованием разработанной в диссертации методики.

5. Анализ полученных результатов определения суммарных эксплуатационных расходов для различных условий формирования многогруппных составов указывает на то, что задача выбора способа формирования, оптимального по критерию суммарных эксплуатационных расходов на маневровую работу, должна решаться в реальных оперативных условиях формирования многогруппных составов на конкретной грузовой или технической станции. Выбор способа формирования следует производить индивидуально для каждого многогруппного состава, а возможность такого выбора может обеспечиваться за счет включения в технологический процесс работы станций многовариантной технологии формирования многогруппных составов.

6. Разработанные методика и алгоритмы для выбора в оперативных условиях оптимального способа формирования многогруппных составов позволяют в оперативных условиях работы реальной грузовой или технической станции автоматически производить выбор способа формирования, обеспечивающего минимальные эксплуатационные расходы на маневровую работу в процессе выполнения подборки вагонов. При этом обеспечивается учет следующих факторов: структуры исходного состава (количества технологических и фактических групп, отцепов, числа и массы вагонов в каждой группе и отцепе, расположения вагонов различных назначений) — характеристик путевого развития для формирования многогруппных составов (числа и полезной длины сортировочных путейпродольного профиля сортировочных и обводных путей, а также путей надвига и роспуска) — структуры маневровых полурейсов, необходимых для формирования данного многогруппного состава с использованием выбранного способа формирования, а также характеристик маневрового состава для каждого выполняемого полурейса.

Использование разработанных методик и алгоритмов позволит перейти к эффективной организации процесса формирования многогруппных составов за счет реализации гибкой технологии переработки местных вагонопотоков, основанной на автоматизации выбора оптимального способа формирования многогруппных составов.

Полученные в ходе выполнения диссертационной работы результаты нашли практическое применение. На основании разработанных автором методик и алгоритмов был создан комплекс программ для ЭВМ, позволяющий автоматизировать решение ряда задач анализа процесса формирования многогруппных составов. Разработана программа выбора оптимальной технологии формирования многогруппных составов по критерию суммарных эксплуатационных расходов на маневровую работу, предназначенная для использования оперативными работниками станций. ~ «.

Диссертационная работа была рассмотрена в Службе перевозок ЗападноСибирской железной дороги. Предложенные методические рекомендации по использованию многовариантной технологии глубокой подборки местного вагонопотока включены в технологический процесс работы сортировочной станции Инская Западно-Сибирской железной дороги (см. приложение 4).

Реализация результатов работы позволит более эффективно организовать процесс переработки местных вагонопотоков на технических и грузовых станциях на основе минимизации эксплуатационных расходов на маневровую работу при формировании многогруппных составов.