Инфраструктура железнодорожного транспорта

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

ОБЪЕКТЫ ИНФРАСТРУКТУРЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА,

ИХ  НАЗНАЧЕНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКА

1. Понятия и определения инфраструктуры

 

Термин инфраструктура произошел от лат. infra - ниже, под и structura - строение, расположение (нижнее строение, фундамент).

Инфраструктура - комплекс взаимосвязанных обслуживающих структур, составляющих и (или) обеспечивающих основу для решения проблемы (задачи).

Инфраструктура - тыловые или вспомогательные службы основных отраслей или видов хозяйственной деятельности.

К отраслям инфраструктуры относятся: строительство дорог, мостов, каналов, терминалов, складов, энергетическое хозяйство, транспорт, связь, водоснабжение  и канализация, общее и профессиональное образование, расходы на науку, здравоохранение, жилищно-коммунальное и другое хозяйство  и т.п. Под инфраструктурой понимается совокупность зданий, сооружений, коммуникаций, систем и служб, необходимых для производства и обеспечения жизнедеятельности общества. Даниел Белл наряду с выделением трех глобальных стадий экономического развития ввел понятие «трех инфраструктур». Первая - транспорт для Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

4

передвижения людей и  товаров. Вторая - средства доставки энергии: нефте- и газопроводы, линии электропередачи. Третьей стали средства телекоммуникации. С резким увеличением числа компьютеров и информационных терминалов проблема соединения воедино различных средств и путей передачи информации в обществе выходит на первое место в экономической и социальной политике, и в техническом смысле главная проблема постиндустриального общества - создание «третьей инфраструктуры».

На макроэкономическом уровне инфраструктура представляет собой  совокупность экономических и социальных условий, обеспечивающих развитие материального  производства, удовлетворения потребностей населения в целом, и вызвана  необходимостью в комплексном развитии коммуникаций транспорта, связи, электроэнергетики, материально-технического снабжения, а также науки, здравоохранения, образования и т.д.

Современная экономика  требует наличия мощных торгово-складских  комплексов, информационно-коммерческих сетей, высокоэффективных средств  денежных расчетов и др.

Сформированы два основных подхода к исследованию проблем  инфраструктуры. Первый Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

подход предполагает анализ инфраструктуры с точки зрения углубления общественного разделения труда, а  второй - с точки зрения хозяйственной  практики и необходимости увеличения роли государства в регулировании  развития инфраструктуры.

Один из распространенных подходов в изучении инфраструктуры заключается в рассмотрении ее, как  накладных издержек общества, которые  не дают непосредственного результата в форме товаров, готовых к  реализации, и не приносят непосредственно  прибыли производителю. Другая точка  зрения заключается в представлении  данной категории как комплекса  условий (дорожная сеть, транспортные средства, землеустройство и т.д.), которые сокращают накладные  расходы предприятий, облегчая процесс  обращения капитала, и помогая  достижению не только первичной цели - увеличению глобального спроса и  занятости, но и повышая норму  прибыли в частном секторе.

Инфраструктура - это совокупность вспомогательных отраслей (подотраслей) производственной и непроизводственной (социальной) сферы.

Существует понятие инфраструктура отрасли: транспорта, связи, электроэнергетики (инфраструктура общественного производства), Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

6

рынка (рыночная инфраструктура), а также науки, образования, здравоохранения, спорта, туризма, культуры (социальная инфраструктура).

Инфраструктура - часть материально-технической базы, выделение которой в структуре национальной экономики позволяет более точно судить о таких элементах, которые обеспечивают общие условия для развития экономических и социальных процессов с точки зрения создания объективных материальных возможностей для эффективного функционирования и общественного труда.

Инфраструктура  представляет собой систему общих  условий общественного производства, без которых процесс производства и нормальная жизнедеятельность людей невозможна.

Учитывая разный уровень  экономического анализа правомерно рассматривать инфраструктуру в  других аспектах: инфраструктура региона, комплекса, города, деревни, а также  отрасли. В этом случае под инфраструктурой  следует понимать совокупность инженерно- технических сооружений, обеспечивающих материально-вещественные условия  для функционирования данного объекта. Этот тип инфраструктуры классифицируется в зависимости от объекта действия и масштаба системы производственного  обслуживания: Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7

международная, национальная, региональная, городская, локальная  инфраструктура, отраслевая инфраструктура.

По мере развития науки установились закономерности зависимости эффективности производства от уровня развития инфраструктуры; влияние  инфраструктуры на социальную обстановку в стране и в регионе: влияние  инфраструктуры на политику государства  и сообществ. Чем выше уровень  развития инфраструктуры, тем более  активны инвесторы, прибывает рабочая  сила, ускоряется экономическое развитие, улучшается жизнь и самочувствие людей. Чем ниже уровень развития инфраструктуры, тем медленнее или  с большими издержками развивается  производство, хуже условия жизни  людей. В то же время, создание инфраструктуры само по себе не приносит прибыли. Инфраструктура является средством политики, в т.ч. социальной.

Инфраструктура - совокупность материально-технических систем (объектов), обеспечивающих выполнение основных функций в различных сферах и отраслях деятельности.

Из определения следуют  две важнейшие особенности инфраструктуры. Во-первых, инфраструктура предназначена  для обеспечения выполнения функций  в нескольких отраслях, т.е. она носит  межотраслевой характер (транспорт, Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

8

энергетические системы, связь, информационные сети и др.). Во-вторых, инфраструктура не создает материальных благ, она выполняет обеспечивающую функцию. В связи с этим требуются  часто не рыночные механизмы ее развития, долевое участие в этом процессе различных заинтересованных отраслей.

Поскольку инфраструктура охватывает все сферы деятельности людей, то принято выделять производственную инфраструктуру и социальную инфраструктуру (по непроизводственной сфере деятельности).

Производственная инфраструктура - это совокупность материально-технических систем, обеспечивающих движение ресурсов и товаров в ходе промышленного и сельскохозяйственного производства.

Производственная  инфраструктура сама не производит продукты в материально-вещественной форме, а лишь создает необходимые условия для их производства и увеличивает в стоимостном выражении совокупный общественный продукт (национальный доход. Она обеспечивает единство разобщенных в пространстве и во времени процессов производства материальных компонентов общественного продукта в национальном или международном масштабе.

Производственную инфраструктуру Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

9

классифицируют по различным  принципам, наиболее весомыми из которых  являются производственный и отраслевой принципы. По выполняемым функциям производственная инфраструктура классифицируется:

• транспорт (транспортные коммуникации);
• энергохозяйство (энергетические коммуникации):
• связь (информационные коммуникации);
• водоснабжение и канализация;
• оптовая торговля:
• материально-техническое снабжение;
• финансовая.

 

1.2 Состав объектов и элементов инфраструктуры железнодорожного транспорта, их

функциональное  назначение

 

Функциональным  назначением железнодорожного транспорта является перевозка грузов и пассажиров, для чего он должен иметь соответствующие  обустройства.

Инфраструктура железнодорожного транспорта - это комплекс взаимосвязанных  структур, обеспечивающих выполнение основной его функции - перевозочного  процесса. Инфраструктура железнодорожного транспорта - отраслевая инфраструктура, которая в свою очередь имеет Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

10

свою инфраструктуру, состоящую  из ряда объектов инфраструктуры.

Объект - предмет, имя предмета, на который направлено действие; в данном случае - имя предмета, который входит в состав инфраструктуры железнодорожного транспорта. Объект инфраструктуры - носитель совокупности главных и второстепенных функций, удовлетворяющих конкретную потребность и их оптимизацию.

Сам объект состоит  из ряда элементов. Элемент - составная часть сложного целого, элемент инфраструктуры - составная часть объекта инфраструктуры.

Главным условием взаимосвязи, взаимодействия и взаимозависимости  объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта является гармонизированный  баланс между элементами инфраструктуры.

Состав объектов и укрупненных элементов инфраструктуры приведен на рисунке 1.1.

В соответствии с рисунком 1.1 инфраструктура железнодорожного транспорта - это технологический комплекс, включающий в себя железнодорожный  путь, тяговые средства, вагоны, железнодорожные  станции, системы управления и регулирования, информационные комплексы, устройства электроснабжения, средства Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

11

выполнения погрузочно-разгрузочных работ, кадровое обеспечение, а также  устройства и комплексы по технической  эксплуатации элементов инфраструктуры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

12

 

Рисунок 1.1 – Структура объектов железнодорожного транспорта

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

13

1.3 Современные требования к перевозочному процессу

 

Требования к  перевозочному процессу, как и  к любой продукции, определяет потребитель: грузовладельцы и пассажиры, для  которых продукцией транспорта является услуга по доставке груза (пассажира) от места отправления до места назначения.

Пользователь  железнодорожного транспорта должен быть уверен, что услуга будет выполнена  своевременно и без потерь. Девиз  современной транспортной услуги: должный товар должного качества в должном количестве должен быть доставлен в нужное место, в нужное время с минимальными издержками. Удовлетворение потребностей потребителей возможно только при надежной и безопасной работе элементов инфраструктуры железнодорожного транспорта.

 

1.4 Провозная  способность железнодорожной линии.

Определение и формализация

 

Провозной способностью железнодорожной линии называется её действительная мощность, которая может быть реализована на данной линии в течение года или суток (в млн тонн груза).

Различают потребную и наличную провозные Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

14

способности. Потребная провозная способность (Г_п) определяется (устанавливается) прогнозированием, планированием, маркетинговыми исследованиями и т.п. Наличная провозная способность (Г_н) определяется по формуле

Гн = 365ĤNгpĤQбpĤ	ϕн	Ĥ10 6, (1.1)
	кн

 

где N_гр - число грузовых поездов в исследуемом (грузовом) направлении в сутки; Q_бp - масса поезда брутто, т; ϕ_н - коэффициент отношения массы поезда нетто (Q_H) к массе поезда брутто (Q_бp), ϕ_н ⁼ Q_H / Q_бp , величина ϕ_н определяет массу поезда нетто (Q_H); к_н - коэффициент неравномерности перевозок, принимается к_н = 1.2 .

Для овладения  перевозками на железнодорожной  линии важно, чтобы наличная провозная  способность опережала потребную  провозную способность, т.е. Г_н > Г_п.

1.5 Анализ  влияния «мощностей» элементов  инфраструктуры на провозную  способность железнодорожной линии

Влияние мощностей  элементов инфраструктуры можно  установить анализом параметров, входящих в формулу (1.1).

Число грузовых поездов N_гр определяется

Nгр =	Nн - ∑Niεi	,            (1.2)
	1 + αрез

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

15

где N_i - наличная пропускная способность линии в исследуемом направлении, поездов/сут.

∑N_iε_i = N_сксε_скс + N_скε_ск. +N_пасε_пас + N_ускε_уск... , y.e., (1.3)

где N_скс,N_ск,N_пас,N_уск - соответственно число скоростных, скорых, пассажирских, ускоренных и других поездов, отличающихся скоростями движения от скорости движения грузовых поездов.

ε_i - коэффициент съема грузовых поездов, определяется по формуле

εi =	Vi	(1.4)
	Vгр

 

где V_i - ходовая скорость i-й категории поездов (скорых, скоростных, пассажирских, ускоренных и других), км/ч; V_гр - ходовая скорость грузовых поездов, км/ч.

α_рез - коэффициент резерва пропускной способности линии, необходимый для непредвиденных обстоятельств, обычно принимается α_рез = 0,1 - 0,2 .

Наличная пропускная способность определяется

Nн =	(1440 -tтехн) αнад	,     (1.5)
	Тпер

 

где 1440 - суточный бюджет времени  в минутах, 244•60=1440 мин; t_техн - продолжительность технологического окна, необходимого для текущего содержания технических устройств линии на перегонах (пути, устройств автоматики и телемеханики, контактной сети электрифицированных линий, искусственных Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

16

сооружений и др.); для  однопутных перегонов оно составляет t_техн = 60 мин; α_над - коэффициент надежности технических устройств, в соответствии с инструкцией по расчету наличной пропускной способности его значение принимается α_над = 0,86 .. 0,96 ;Т_пер - период графика, мин.

В общем виде период графика можно представить как

T_nep = (t' + t")+τ_p +τ_з +τ_н +τ_ск , (1.6)

где (t' + t") - суммарное время хода поездов в четном и нечетном направлении, мин;

τ_p ,τ_з ,τ_н ,τ_ск - продолжительность времени станционных интервалов соответственно разгона, замедления, неодновременного прибытия и скрещения поездов, мин.

В свою очередь

t' + t"= ( 2l/V_x) Ĥ 60, (1.7)

где l - длина ограничивающего перегона, км; V_x - средняя ходовая скорость поездов по перегону, км/ч.

Масса поезда брутто (Q_бр) по силе тяги локомотива определяется

Qбр(lп) =	FK - P · (ωo’ + ip)	,    (1.8)
	ip + ωo’’

 

где F_K - расчетная сила тяги локомотива, кгс; Р - масса локомотива, т; i_p - расчетный подъем пути, ‰; ω_o’, ω_o’’ - соответственно удельное сопротивление движению соответственно Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

17

локомотива и вагона, кгс/т.

ω_o’ = 1,9 + 0,01 ĤV + 0,0003 ĤV², (1.9)

ω_o’’= 0,7 + (3 + 0,01 Ĥ V + 0,0025 ĤV²)/q₀, (1.10)

где V - средняя ходовая скорость, км/ч; q₀ - осевая нагрузка от вагона на путь, т/ось.

Масса поезда брутто по полезной длине станционных путей (l_п) определяется

Q_бр^(lп) = P_пн Ĥ [l_п - (l_л +10)]  (1.11)

где P_пн - погонная нагрузка вагонов на путь, т/м; l_п - полезная длина станционного пути, м; l_л - длина локомотива, м; 10м - неточность остановки поезда в пределах полезной длины станционного пути; (l_л+10) принимается равной 50м.

Реализуемую массу  поезда Q_бр можно представить как

Q_бр = m Ĥ q_бр ,   (1.12)

где m - состав поезда, вагонов; q_бр - средняя масса брутто одного вагона, т.

q_бр = q_н + q_т ,  (1.13)

где q_н , q_т - соответственно масса груза нетто в вагоне и масса тары вагона, т.

Масса груза нетто, загруженного в вагон, зависит от грузоподъемности и грузовместимости вагона.

Из анализа выражений (1.1 - 1.13) следует, что для реализации максимальной величины наличной провозной способности необходимо, чтобы Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

18

надежность технических  устройств, скорости движения поездов, сила тяги локомотива, длина станционных  путей, пропускная способность, грузоподъемность и грузовместимость вагонов были максимальными; расчетные подъемы  линии, станционные интервалы, удельные сопротивления локомотивов и  вагонов, тара вагонов были минимальными.

Из выражений (1.8 - 1.10) следует, что чем меньше сопротивления  (ω_o’, ω_o’’) тем больше масса поезда (Q_бр), но вместе с тем, чем выше скорость - тем больше сопротивление движению поезда и это (формула (1.8)) уменьшает массу поезда. Следовательно, с увеличением массы поезда при прочих равных условиях снижается ходовая скорость и уменьшается связанная с ней пропускная способность линии, и наоборот. Максимум провозной способности обеспечивается при рациональном соотношении массы, и скорости грузовых поездов, т.е. повсеместное стремление к максимально большим нормам массы грузовых поездов может привести к снижению провозной способности.

На основании  изложенного выше следует, что потребная  провозная способность определяет «мощность» инфраструктурных объектов железнодорожной линии.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

19

2. ВЫБОР СИСТЕМЫ МЕР УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОВОЗНОЙ СПОСОБНОСТИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЛИНИЙ

 

2.1 Расчет наличной провозной способности

 

Наличная провозная  способность железнодорожной линии  в одном из направлений (грузовом) определяется по формуле

Г_н = 365 Ĥ Q_бр Ĥ φ_н Ĥ N_гр/k_н - 10 ⁶,   (2.1)

где Q_бр - масса поезда брутто, т; φ_н - отношение массы поезда нетто к массе поезда брутто Q_бр , φ_н= Q_н / Q_бр ; N_гр - число грузовых поездов в сутки; k_н - коэффициент неравномерности грузовых перевозок.

Так как по условию  задания масса поезда не ограничена по силе тяги локомотива, то её можно  определить по условию использования  полезной длины станционных путей (l_п = 850 м)

Q_бр =( l_п - l_л - 10) Ĥ P_пн      (2.2)

где l_л - длина локомотива, м (для дальнейших расчетов применяем 40 м ); 10 - неточность установки поезда в пределах полезной длины станционного пути, м; P_пн - погонная нагрузка от массы поезда на путь, т/м.

Число грузовых поездов  определяется по формуле

N_гр = (N_н-∑N_iε_i)/(1 + α_pез), (2.3)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

20

где N_н - наличная пропускная способность в одном (грузовом) направлении, поездов/сут;

∑N_iε_i - съем наличной пропускной способности другими (не грузовыми: пассажирскими, скорыми, сборными и т.п.) поездами, поездов/сут; α_pез - резерв пропускной способности.

Наличная пропускная способность определяется по формуле

N_н = (1440 - t_техн ) α_н / Т_nep ,   (2.4)

где t_техн - продолжительность технологического окна для текущего содержания технических устройств на перегоне, в соответствии с инструкцией по расчету пропускной способности для однопутных перегонов t_техн = 60 мин; α_н - надежность технических устройств железнодорожной линии; Т_пер - период параллельного парного графика, мин.

Задача.Параметры однопутной линии: Т_пер = 51 мин; Р_пн= 4,0т/м; α_над = 0,94 ; а_рез=0,16; φ_н = 0,70 ; k_н = 1,10 .

 

Параметр	Годы  эксплуатации от исходного
	0	5	10	15	20
Гпотр , млн т/год	9	11	12	14	18
∑Niεi , поездов/сут	7	8	9	12	15

Решение

По формуле (2.4)

N_н = (1440 -60) Ĥ 0,94/51 = 25 поездов/сут.

Для дальнейших расчетов принимается N_н = 25 пар поездов/сут для грузового направления. По формуле (2.3) число грузовых поездов по срокам эксплуатации Т будет равно:

на Т = 0; N_гр = (25 - 7)/(1 + 0,16) = 18/1,16 = 15 поездов/сут;

на Т = 5; N_гр = (25 - 8)/(1 + 0,16) = 17/1,16 = 14 поездов/сут;

на Т = 10; N_гр = (25 - 9)/(1 + 0,16) = 16/1,16 = 13 поездов/сут;

на Т = 15; N_гр = (25 - 12)/(1 + 0,16) = 13/1,16 = 11 поездов/сут;

на Т = 20; N_гр = (25 - 15)/(1 + 0.16) = 10 /1,16 = 8 поездов/сут.

По формуле (2.2)

Q_бр = (850 - 40 - 10) Ĥ 4,0 = 3200 т.

Так как по прогнозируемым срокам N_гр будет изменяться, а Q_бр остается постоянным, то формулу (2.1) можно привести к виду

Г_н = 365 Ĥ 3200 Ĥ 0,70 Ĥ N_гр /1,10 Ĥ10 ⁶ = 0,743 N_гр.

Наличная провозная  способность при существующей полезной длине путей равной 850 м по срокам составляет

на Т = 0; Г_н = 0,743 Ĥ15 = 11,15 млн. т/год;

на Т = 5; Г_н = 0,743 Ĥ14 = 10,4 млн. т/год;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

21

на Т = 10; Г_н = 0,743 Ĥ 13 = 9,66 млн. т/год;

на Т = 15; Г_н = 0,743 Ĥ 11 = 8,17 млн. т/год;

на Т = 20; Г_н = 0,743 Ĥ 8 = 5,94 млн. т/год.

Изменения наличной (Г_н) и потребной (Г_п) провозных способностей представлены на графике (рисунок 2.1)

 

11

Рисунок 2.1 - График потребной и наличной провозных  способностей (при /= 850 м)

Из рисунка 2.1 следует, что  масса поезда, реализуемая при  полезной длине станционных путей 850 м, и равная Q_бр = 3200 т при неизменной пропускной способности 25 поездов/сут позволяет осваивать грузоперевозки от исходного срока (Т = 0) в течение 10 лет. Для освоения потребных грузоперевозок к 10 годам эксплуатации с опережающим сроком необходимо провести усиление провозной способности заданной железнодорожной Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

22

линии.

 

 

2.2 Разработка вариантов системы мер усиления провозной способности железнодорожной линии

 

Из формулы (2.1) следует, что мерами усиления провозной  способности могут быть меры на увеличение массы поездов (за счет удлинения  полезной длины станционных путей  и использования более мощных локомотивов) и увеличения пропускной способности (за счет повышения скоростей  движения и уменьшения Т_пер, организации безостановочного скрещения поездов как на раздельных пунктах при существенном удлинении путей на них, так и на двухпутных вставках и при строительстве сплошного второго пути и превращения однопутной линии в двухпутную). Известно, что наибольшую пропускную способность обеспечивает двухпутная линия, но она может давать значительный запас неиспользованной пропускной способности в то время как затраты на ее строительство велики. Поэтому на практике к двухпутным линиям осуществляется поэтапный переход.