ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ВАГОНОПОТОКАМИ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ОБ ОПТИМАЛЬНОМ РАСПРЕДЕЛЕНИИ ОБЪЕМА СОРТИРОВОЧНОЙ РАБОТЫ МЕЖДУ СТАНЦИЯМИ

19.1. Вагонопотоки на сети железных дорог

Более семи тысяч станций прини­мают грузы к перевозкам. Обычно груженые вагоны отправляются с одной станции на множество других. В пути может происходить соединение отдельных вагонов или их групп, следующих с разных станций отправления, на одну станцию назначения. Может происходить и разъединение групп вагонов, следующих с одной станции отправления на разные станции назначения. Так образуются струи вагонопотоков. Под струей вагонопотока понимают среднесуточное (как правило, за год или месяц) число вагонов, образующихся на какой-либо из станций сети железных дорог, в том числе и за счет слияния вагонопотоков для следования на другую станцию.

В местах добычи угля, руды, минеральных удобрений, на крупных заводах, в карьерах и в ряде других случаев уже на станции погрузки образуются крупные струи вагонопотоков на одну или несколько станций.

Например, на станциях, примыкающих к угольным шахтам или разрезам, суточная погрузка может составлять сотни, а иногда и тысячи вагонов. Назначение этих вагонов – станции, примыкающие к электростанциям, металлургическим заводам, обогатительным фабрикам и др. На такие станции направляется большое число вагонов. В указанных случаях сразу на станциях погрузки формируют поезда назначением на станции выгрузки, и маршрут следования поезда от станции отправления до станции назначения полностью совпадает со следованием струи вагонопотока.

Однако более частым является случай, когда отдельные струи вагонопотоков на станциях погрузки являются небольшими – несколько вагонов или десятков вагонов. Тогда, лишь объединив ряд подобных струй, можно получить струю достаточной мощности (рисунок 19.1). При этом расстояние между станциями может быть достаточно большим. Так, станция Орехово-Зуево Московской дороги формирует поезда назначением Инская Западно-Сибирской дороги на расстояние около 3 тыс. км. Известны и более дальние маршруты.

Укрупнение струй вагонопотоков может происходить слиянием на нескольких промежуточных станциях, отправляющих груз в один адрес. Таким характерным примером являются станции отправления лесных грузов. Обычно каждая из лесопогрузочных станций отправляет вагоны небольшими группами, но их соединение на ближайших промежуточных или участковой станциях образует струю вагонопотока, достаточную для образования состава поезда, следующего на станцию назначения груза, либо в распыление на сортировочную станцию.

Рисунок 19.1. – Схема корреспонденции вагонопотоков, объединенных в расчетную струю

Таблица 19.1. «Шахматка» междорожных корреспонденции груженых вагонопотоков (цифры условные)

Как правило, более мощные струи вагонопотоков образуются на сортировочных станциях, которые и являются крупнейшими «фабриками» формирования поездов – опорными пунктами сети по организации вагонопотоков. Частично работа по формированию грузовых поездов выполняется на участковых, грузовых и промежуточных станциях.

Организация вагонов в поезда осуществляется на основании плана формирования, которым устанавливается, какие поезда, из каких групп вагонов и в какие назначения (т. е. на какие станции выгрузки или расфор­мирования) должны формировать станции сети железных дорог. Струи вагонопотоков являются важнейшими исходными данными для расчета плана формирования.

Рисунок 19.2 – Условная схема двух железных дорог

План формирования поездов обычно рассчитывают на год вперед. Однако при современных методах составления годового плана перевозок железнодорожного транспорта не представляется возможным только на его основе определить величины струй вагонопотоков между сортировочными и другими станциями. Их рассчитывают с использованием эталонов распределения вагонопотоков.

План перевозок на сети железных дорог представляется в виде «шахматки» - числа погруженных вагонов с каждой дороги на все другие дороги и на себя (таблица 19.1). Эталоны распределения вагонопотоков используются для преобразования этих данных в струи вагонопотоков.

На рисунке 19.2 представлена услов­ная схема двух железных дорог А и Б. На дороге А имеются сортировочные станции 1, 2... 6, на дороге Б - 37, 38, 39, 40, которые включаются в расчет плана формирования сети железных дорог. Струя вагонопотока со станции 5 на станцию 38 включает вагоны, погруженные на участках 3-5 и 4-5 дороги А и следующие под выгрузку на участки 38-39 и 38-40 дороги Б. Этот вагонопоток составляет определенную долю от общей погрузки дороги А на дорогу Б – и является эталоном струи вагонопотока :

.

Обычно производственные связи между предприятиями носят устойчивый характер, устойчивы и струи вагонопотоков. Поэтому, зная значение Э_5,38 за прошедший период, можно с достаточной точностью определить струю вагонопотока и на предстоящий плановый период:

,

где - погрузка с дороги А на дорогу Б в предстоящий плановый период.

Например, среднесуточная погрузка с железной дороги А на железную дорогу Б за прошедший год составила 3200 вагонов/сут, а вагонопоток с сортировочной станции 5 на сортировочную станцию 35-480 вагонов/сут. Тогда Э_5,38 = 480/ /3200 = 0,15. Плановая погрузка на предстоящий период = 3400 вагонов/сут, а плановый вагонопоток = 3400-0,15 = 510 вагонов/сут.

Аналогично определяются и значения других струй вагонопотоков.

Важно своевременно обновлять эталоны распределения вагонопотоков (лучше ежегодно), что вполне реально при автоматизированной обработке данных дорожных ведомостей о фактически исполненных маршрутах следования груженых вагонопотоков.

Для расчета плана формирования необходимо правильно выбрать направление вагонопотоков. При наличии нескольких параллельных железнодорожных линий вагонопотоки между ними распределяют на основе технико-экономической оценки. Экономически эффективный путь следования вагонопотоков определяется по сумме эксплуатационных расходов на продвижение поездов, а также их формирование и перефор­мирование в пути следования.

Для сети в целом и каждой дороги составляют картосхемы эксплуатационных расходов, на которых указывают расходы для пропуска поезда по каждому участку (рисунок 19.3). Складывая расходы по участкам между станциями 1 и 6, можно определить, какой из путей направления вагонопотока более эффективен.

Рисунок 19.3 – Фрагмент картосхемы

Так, при следовании со станции 1 на станцию 6 через станции 4 и 5 расходы составят 500 + 302 + 401 = = 1203 руб./вагон, а через станции 2 и 3-320 + 480 + 365 = 1165 руб./ва­гон, значит последний маршрут более эффективен и при наличии возможностей по пропускной способности сюда можно отклонять вагонопотоки с параллельной линии.

На практике вагонопотоки далеко не всегда направляют по кратчайшим направлениям. Часто более эффективно следование вагонов по параллельным технически высоко оснащенным магистралям. Обычно вагонопотоки отклоняют на двухпутные электрифицированные линии, оборудованные автоматической блокировкой, электрической центра­лизацией стрелок и сигналов на станциях.

Результатом расчетов струй вагонопотоков являются «шахматки» корреспонденции вагонопотоков между выделенными для расчета плана формирования станциями, которые подобны «шахматке» междорожных корреспонденции (см. таблицу 19.1), только вместо наименований железных дорог записываются наименования станций. Струи вагонопотоков с учетом выбранного маршрута следования можно представлять в виде ступенчатых графиков вагонопотоков (рисунок 19.4).

Совмещенный график более компактен при том же объеме информации, образуется он в результате сов­мещения поструйных графиков для каждой станции (накладки их друг на друга). При этом каждая горизонтальная полоса совмещенного графика содержит сведения о мощности вагонопотоков назначением на одну станцию (одноконечные струи). По вертикали под каждой станцией записаны мощности одноначальных струй.

Рисунок 19.4 – Ступенчатый график вагонопотоков:

а – поструйный; б – совмещенный

В процессе расчетов струи вагонопотоков могут объединяться, в результате образуются многоструйные назначения. Пунктом назначения такого объединения является станция назначения самой короткой струи. Часто вместо термина «объединение» употребляют термин «усиление». При этом всегда усиливается самая короткая из объединенных струй.

Таблица 19.2 – Значения С для составов из груженых вагонов

Порожние вагонопотоки опреде­ляют на основе составления балансов избытка или недостатка порожних вагонов по станциям и полигонам сети. Для этого сравнивают размеры погрузки с размерами выгрузки, и затем станции и полигоны сети с избытком порожних прикрепляют по типам подвижного состава к станциям и полигонам сети с недостатком порожних вагонов: в простых случаях – на основе логического анализа, вручную, в сложных – с использованием известных математических методов, например методов линейного программирования. Важным итогом таких расчетов является междорожная схема регулирования порожних вагонов (по типам вагонов – полувагоны, крытые, платформы, цистерны, рефрижераторные вагоны). Результаты обычно представляются графически.

19.2. Расчетные параметры плана формирования

Параметр накопления вагонов. В расчетах плана формирования этот параметр С используют для определения простоя вагонов под накоплением. Он показывает, сколько вагоночасов накопления приходится на один вагон состава; устанавливается отдельно для каждой системы двусторонней сортировочной станции, и в целом по станции – для остальных станций.

Параметр накопления для сквозных и участковых одногруппных поездов из груженых вагонов устанавливается в зависимости от общего числа назначений поездов (с учетом числа назначений порожних вагонов). Значения параметра С могут быть взяты из таблицы 19.2 или определены по формулам:

для сортировочных станций

для участковых и грузовых

В тех случаях, когда требуется определить параметр накопления для отдельных назначений, рекомен­дуется пользоваться формулами, учитывающими зависимость параметра С от мощности вагонопотока (таблице 19.3).

Экономия времени от проследования вагоном станции без
переработки .В результате пропуска через станцию вагонов определенного назначения транзитом без переработки сокращается продолжительность нахождения каждого вагона этого назначения на данной станции на величину, равную разности простоев вагонов транзитного с переработкой и без переработки: . Однако пропуск данной струи без переработки вызывает дополнительный простой вагонов этого же назначения на самой станции, поскольку мощность его уменьшилась. Поэтому общая экономия сократится на величину , ч: .

Для нахождения рассмотр0им процесс накопления вагонов на станции Б, на которой вагонопоток А - В мощностью может перерабатываться или пропускаться транзитом (рисунок 19.5). В первом случае средний простой одного вагона на станции Б под накоплением, ч: .

Таблица 19.3. Расчет параметра С для отдельных назначений

Суточная мощность вагонопотока	Расчётная формула	Значение поправки
До 50		0,07
51-70	0,09
71-90	0,12
91-110	0,13
111-140		0,13
141-170	0,15
171-200	0,20
201-300		0,02
301-400	0,03
Более 400	0,04

Рисунок 19.5. Схема пропуска вагонопотоков

После выделения струи в самостоятельное назначение простой под накоплением на станции Б возрастает, ч: .

Потери вагоно-часов под накоплением составят

.

При этом потери, отнесенные на один вагон струи оказываются равными

.

Таким образом, при пропуске вагонопотока без переработки экономия времени, ч: .

Допущение, что значения и не зависят от объемов работы, справедливо для станций с относительно невысокими уровнями загрузки пропускной и перерабатывающей способностей. При высоких уровнях загрузки значение , ч, необходимо рассчитывать

,

где N₁ и N₂ – объемы переработки на рассматриваемой станции соответственно до и после выделения в отдельное назначение на предшествующей станции вагонопотока мощностью ; , - разность времени нахождения вагона с переработкой (исключая время накопления) и без переработки соответственно при объемах переработки N₁ и N₂.

Значение и инструктивными указаниями рекомендовано принимать из специальных таблиц. Более точно они могут быть определены на основе расчетов с использованием методов имитационного моделирования станционных процессов на ЭВМ.

Эквивалент переработки вагонов . Станционные затраты на переработку вагонов существенно выше, чем на пропуск транзитных вагонов без переработки. Чтобы переработать вагонопоток, нужны сортировочные пути, вытяжки формирования, маневровые локомотивы и другие станционные устройства. Их сооружение и эксплуатация требуют больших расходов. Значительно больший штат станционных работников нужен для обеспечения переработки вагонов по сравнению с пропуском транзитом. Учесть различные экономические затраты можно, взяв разницу между стоимостью переработки вагона и пропуска его транзитом . Однако в этом случае невозможно сравнивать величины и ( ) из-за различной их размерности: определяется в часах, а ( ) - в рублях. Чтобы обеспечить их сравнимость, вводят понятие «эквивалент переработки вагонов»:

,

где - стоимость вагоно-часа.

В этом случае измеряется в часах и появляется возможность сравнивать его с . При этом и включают только зависимые от размеров вагонопотока станционные расходы:

;

где , сумма зависящих от размера вагонопотоков станционных расходов соответственно на переработку вагонов и на пропуск транзитных вагонов без переработки; статьи расходов приведены в Инструктивных указаниях по организации вагонопотоков на железных дорогах; , - соответственно число перерабатываемых и транзитных вагонов, пропускаемых станцией.

Таблица 19.4. Значения эквивалента переработки

Примечания. 1. Числитель - односторонняя сортировочная станция; знаменатель - двусторонняя.

2. Парки, указанные в скобках, относятся только к односторонним станциям.

Эквивалент переработки вагонов при составе поезда 50 вагонов определяется в целом для каждой односторонней сортировочной станции или сортировочной системы двусторонней станции (таблица 19.4). При составе поезда более 50 вагонов полученное по таблице значение уменьшается на 0,2 ч. Для безгорочных сортировочных, участковых и грузовых станций — 2,6ч. На станциях изменения массы или длины составов эквивалент уменьшается на 0,4 ч.

Таблица 19.5. Значения эквивалента для станций с последовательным расположением приемоотправочных парков на участках с автоблокировкой

Число главных путей	Число жирских поездов	Число грузовых поездов (вагонов)	Значения при локомотивах серии
ВЛ8, ВЛ60, ТЭЗ	ВЛ10	ВЛ80, ТЭ10	ВЛ11	2ТЭЗ	2ТЭ10	2ТЭ116
Участковая станция
1-1,5	ДО 10	до 15	0,5	0,7	0,8	1,0	1,3	2,0	2,1
		(750)
		15(750)	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	1,2	1,3
		и более
	10 и	до 15	0,7	0,9	1,0	1,3	1,7	2,6	2,8
	более	(750)
		15(750)	0,4	0,5	0,6	0,8	0,9	1,5	1,6
		и более
		до 50	0,6	0,7	0,8	1,0	1,2	1,5	1,6
		(2500)
	до 25	50(2500)	0,3	0,4	0,4	0,5	0,6	1,0	1,1
		и более
		до 50	0,8	1,0	1,5	1,6	1,8	2,9	3,1
	25 и	(2500)
	более	50(2500)	0,4	0,6	0,7	0,8	1,0	1,5	1,6
		и более
Сортировочная станция
		до 15	0,3	0,3	0,4	0,5	0,6	0,9	1,0
	до 10	(750)
		15(750)	0,2	0,2	0,3	0,4	0,4	0,7	0,8
		и более
1-1,5		до 15	0,4	0,4	0,5	0,6	0,8	1,1	1,2
	10 и	(750)
	более	15(750)	0,3	0,3	0,4	0,5	0,6	0,8	0,9
		и более
		до 50	0,4	0,5	0,5	0,7	0,8	1,2	1,3
	до 25	(2500)
		50(2500)	0,2	0,3	0,3	0,4	0,5	0,7	0,8
		и более
		до 50	0,5	0,6	0,7	0,9	1,1	1,8	1,9
		(2500)
	25 и	50(2500)	0,3	0,4	0,5	0,6	0,6	1,0	и
	более	и более

Эквивалент перецепки поездных локомотивов . Если поезд прибыл на сортировочную или участковую станцию в переработку, локомотив с локомотивной бригадой из парка прибытия обязательно следует в локомотивное хозяйство и затем, после выполнения необходимых операций, в парк отправления (или в сортировочно-отправочный парк). Если же поезд следует без переработки, на станциях удлиненных участков обращения локомотивов могут лишь меняться локомотивные бригады без отцепки локомотива от состава. Это естественно обеспечивает определенную экономию локомотиво- и бригадо-часов. Эту экономию, как и в случае , необходимо привести к единой размерности. Значение определяют по следующей формуле:

,

где , - сокращение времени нахождения локомотивов и продолжительности работы бригад при следовании с транзитными поездами по сравнению с поездами, поступающими в переработку; , - стоимость соответственно 1 ч простоя локомотива без бригады и 1 бригадо-ч локомотивных бригад; m - число вагонов в составе поезда; средняя норма состава устанавливается по длине приемоотправочных путей на направлении.

Параметр определяется по специальной таблице Инструктивных указаний в зависимости от технического оснащения примыкающих линий (числа главных путей на перегонах, устройств СЦБ и связи), типа станции, числа пассажирских поез­дов, размеров грузового движения, доли перерабатываемого вагонопотока, типа локомотива, длины состава поезда и схемы расположения приемо-отправочных парков на станции; колеблется от 0,1 до 5,7 ч (таблица 19.5).

Для станций, расположенных внутри участков обращения локомотивов и имеющих ПТО, на которые для выполнения ТО-2 заходят локомотивы от всех поездов (в том числе и от транзитных без переработки), а также для конечных пунктов оборота локомотива равен нулю.

19.3. Основные задачи системы организации вагонопотоков. Постановка задачи разработки оптимального плана формирования поездов

Улучшение работы железнодорожного транспорта неразрывно связано с совершенствованием системы организации вагонопотоков. Ежесуточно на сети дорог сотни тысяч вагонов формируются в поезда. Правильно установить их назначение, организовать накопление, формирование и пропуск по линиям - вот задачи, которые решаются при организации вагонопотоков. Главная задача системы организации вагонопотоков - всемерное сокращение расходов, связанных с организацией поездов различных категорий и их пропуском по участкам.

Многолетний опыт и теоретические исследования показали, что решение этой задачи требует: широкой организации отправительских маршрутов всех видов; повышения дальности следования поездов, формируемых на сортировочных и участковых станциях; рационализации местных вагонопотоков с целью ускорения их продвижения. В то же время решение каждой из перечисленных задач требует выбора оптимального пути. Так, отправительские маршруты в принципе можно организовать и при небольшом числе ежесуточно отправляемых со станции вагонов. Например, если предприятие выпускает для следования на определенную станцию груза на 5 вагонов в сутки, то при числе вагонов в маршруте, равном 70, маршрут может быть накоплен за 70:5 = 14 сут. При этом будет достигнута экономия расходов за счет проследования таких маршрутов без переработки через ряд сортировочных станций. Однако такая маршрутизация требует и дополнительных затрат, связанных с длительным простоем вагонов в ожидании отправления, задержкой доставки грузов, необходимостью выделения специальных путей для длительного накопления вагонов.

Аналогично организуют сквозные и участковые поезда. Наименьшими будут затраты на накопление составов при так называемой участковой системе организации вагонопотоков, которую использовали в начальный период развития железных дорог. Участковая система предусматривает формирование поездов только до ближайших сортировочных или участковых станций. В этом случае требуется минимальное число сортировочных путей - лишь для участковых, сборных и других местных поездов. Однако при участковой системе требуются значительные перерабатывающие способности на сортировочных станциях, а также увеличивается время нахождения вагонов в пути следования из-за переработки струи дальних вагонопотоков на всех по­путных сортировочных и участковых станциях.

На рисунке 19.6, а, б представлены два предельных варианта организации вагонопотоков на сортировочных и участковых станциях полигона А-Г. В варианте а для каждой струи вагонопотока на станциях А, Б, В и Г выделяются самостоятельные назначения. В варианте б применена участковая система организации вагонопотока. В варианте а требуется накапливать составы трех назначений: на станции А - на Б, В и Г, двух назначений на станции Б - на В и Г и одного назначения на станции В - на Г. В то же время маршруты АГ проходят без переработки через станции Б и В, маршруты АБ – через станцию Б и т. д. В варианте б соответственно возрастают затраты на переработку вагонопотоков на станциях Б и В и сокращаются затраты на накопление составов на станциях А, Б и В.

Рисунок 19.6 – Схема предельных вариантов орга­низации вагонопотоков на сортировочных и участковых станциях

Таким образом, при увеличении числа назначений возрастают затраты на накопление составов, но в то же время увеличиваются сбережения от проследования станций без переработки за счет сокращения объема маневровой работы. Следовательно, при разработке плана формирования требуется найти такой вариант назначений и формирования поездов, при котором будут достигнуты наименьшие общие затраты. Это положение полностью относится к организации поездов всех категорий.

Разработка общего оптимального плана формирования поездов представляет собой весьма сложную задачу. Достаточно сказать, что вагонопотоки организуются в поезда почти на 1400 станциях, из которых более 200 сортировочных, около 600 участковых и около 600 грузовых, в том числе на отдельных промежуточных станциях. Приблизительные оценки показывают, что число исходных струй вагонопотоков от станций погрузки до станций выгрузки составляет не менее 400-500 тыс., и число возможных вариантов выделения того или иного числа назначений поездов различных категорий на станциях достигает астрономических цифр.

Составление плана формирова­ния поездов является инженерной комбинаторной задачей, связанной с анализом большого числа возможных вариантов и сложными логическими действиями. Применение средств вычислительной техники для решения таких задач значительно ускоряет расчеты, повышает их достоверность, расширяет полигоны расчета. Однако и в этих условиях пока не удается одновременно организовать разработку плана формирования для всех станций сети и всех категорий поездов. Практически расчеты выполняются поэтапно.

19.4. Исходные материалы, последовательность и периодичность разработки плана формирования поездов

В качестве исходных материалов для расчета плана формирования поездов используют:

план перевозок грузов;

нормы массы и длины составов поездов;

схемы участков обращения локомотивов и локомотивных бригад;

различные данные о затратах на передвижение груженых и порожних вагонов по участкам;

данные о техническом развитии и перерабатывающей способности станций, технико-экономических показателях их работы, о подъездных путях.

Расчет плана формирования поездов примерно для трехсот, так называемых, опорных сортировочных, участковых и грузовых станций сети выполняется в МПС.

Здесь же разрабатывается и план формирования отправительских маршрутов, составов из порожних загонов, скорых и ускоренных поездов сетевого значения.

На каждой железной дороге разрабатывается внутридорожный план формирования поездов. В нем рассчитывается внутридорожный план отправительской маршрутизации, оптимальный вариант плана формирования поездов по сортировочным, участковым и крупным грузовым станциям с учетом составленного сетевого плана формирования поездов по опорным станциям сети. Устанавливаются пункты формирования составов из порожних вагонов, предназначенных для обеспечения погрузки на станциях данной дороги. Определяются оптимальные варианты плана формирования участковых, сборных, вывозных и передаточных поездов по районам местной работы.

План формирования рассчитывают в следующей последовательности:

для всех станций утверждаются нормативы, на основе которых производятся технико-экономические оценки эффективности различных вариантов плана формирования (величина накапливаемых составов, эффективность пропуска вагонов через станции без переработки, затраты, связанные с накоплением составов и др.);

разрабатываются плановые корреспонденции груженых и порожних вагонопотоков;

определяется оптимальный план формирования отправительской маршрутизации;

рассчитывается оптимальный план формирования сквозных и участковых одногруппных поездов;

составляется план формирования скорых и ускоренных поездов;

устанавливаются станции формирования поездов из порожних вагонов по типу подвижного состава;

разрабатывается план формирования сборных поездов;

анализируются показатели нового плана формирования, и составляется пояснительная записка к нему.

Заключительным этапом является издание отдельных книг: «План формирования грузовых поездов», «Указания о порядке направления вагонопотоков», «План формирования грузовых поездов ... железной дороги» (издается на каждой железной дороге).

Периодичность расчета плана формирования поездов зависит от колебаний вагонопотоков. Сетевой план формирования одногруппных поездов разрабатывается по наиболее мощным устойчивым потокам один раз в год. Для вагонопотоков с большими сезонными колебаниями проводят периодическую (не реже двух раз в год) корректировку.

Планы отправительской маршрутизации разрабатываются один раз в год. Однако на каждый месяц на основе месячных развернутых пла­нов перевозок устанавливаются раз­меры отправления маршрутов по железным дорогам и в целом по сети.