Estimation of economic efficiency from restrictions elimination of speed movement of trains

УДК 656.222.1 : 625.113 А. А. БОСОВ, М. Б. КУРГАН, Д. М. КУРГАН, С. Ю. БАЙДАК (ДІІТ) ОЦІНКА ЕКОНОМІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ УСУНЕННЯ ОБМЕЖЕНЬ ШВИДКОСТІ РУХУ ПОЇЗДІВ, ПОВ’ЯЗАНИХ ЗІ СТАНОМ ЗАЛІЗНИЧНОЇ КОЛІЇ Приведена методика, яка дозволяє на рівні інженерних розрахунків отримати попередні результати щодо економічної ефективності усунення обмеження швидкості руху поїздів Ключові слова: максимальна швидкість, радіус кривої, обмеження швидкості, експлуатаційні витрати, інвестиційні витрати, економічна ефективність 1. Постановка проблеми Необхідність скорочення терміну доставки вантажів і пасажирів, усунення постійно діючих і тривалих обмежень швидкості руху поїздів поставила перед практиками і науковцями завдання підвищення ефективності заходів щодо збільшення рівня швидкості руху поїздів і зменшення кількості обмежень. Наявність бар’єрних місць призводить до зростання часу руху, підвищеного споживання паливно-енергетичних ресурсів. Загальна протяжність обмежень швидкості руху поїздів по Укрзалізниці на 01.10 2011 на головних коліях склала близько 600 км. Метою роботи є встановлення економічної ефективності усунення обмежень швидкості руху поїздів з тривалими й довгостроковими термінами дії перш за все на напрямках, що готуються до впровадження прискореного й швидкісного руху поїздів. 2. Аналіз досліджень, в яких започатковано розв’язання даної проблеми Питання усунення постійно діючих і тривалих обмежень швидкості руху є актуальними. В ряді випадках вони можуть бути розглянути як оптимізаційні задачі. Сформульована таким чином проблема вибору послідовності реконструкції ділянки з метою встановлення максимально допустимих швидкостей руху мала рішення в ряді наукових робіт, наприклад [1–3]. На сьогоднішній день потребує розв’язання задача у більш широкій постановці – визначення рівня раціональних швидкостей для всіх об’єктів, що входять до складу ділянки залізниці. Для вирішення такої задачі ділянку залізничної колії будемо представляти як множену об’єктів Ω = {ω1 , ω 2 , ..., ω i , ..., ω n } . Окремий i й об’єкт ωi – це інфраструктура залізничної колії, рівень швидкості по якій, обмежується одним конкретним фактором, наприклад, стрілочний перевід, ділянка хворого земляного полотна тощо. При такому визначенні об’єкти ωi можуть бути розташованими як окремо один від іншого, так і накладатися один на інший. Кожен об’єкт ωi характеризується місцем розташування Li (пікетажна прив’язка початку та кінця об’єкта), встановленою швидкістю руху V0 i ∈ Vmin i ; Vmax i , де Vmin i і Vmax i – відповідно [ ] мінімальна і максимальна можливі швидкості руху по об’єкту. Таким чином, на встановлення відповідних швидкостей V * = {Vн.1 , Vн.2 , ..., Vн.i , ..., Vн.n } на всіх об’єктах ділянки треба вирішити задачу ⎧⎪∆t V * ≥ ∆T * , (1) V →⎨ ⎪⎩ K V * → min ( ) ( ) ( ) – зміна часу руху по ділянці при де ∆t V * встановленні швидкостей руху V * ; ∆T – заплановане скорочення часу руху після реконструкції ділянки. Вирішення схожої задачі розглянуто в [4]. В цій роботі ставилася задача визначення множини об’єктів Ω * ⊆ Ω , які потребують перебудови для забезпечення необхідного скорочення часу руху з мінімальними витратами коштів ⎧⎪∆t Ω * ≥ ∆T * . (2) Ω ⊆Ω→⎨ ⎪⎩ K Ω * → min При цьому кожен об’єкт характеризувався двома станами – швидкістю руху до і після можливої перебудови і відповідно вартістю такої операції. Задача ускладнюється тим, що функція ∆t Vi j може бути визначена тільки за резуль- ( ) ( ) ( ) татами тягових розрахунків і не є адитивною, бо на її значення будуть впливати вибрані ста© А. А. Босов, М. Б. Курган, Д. М. Курган, С. Ю. Байдак, 2012 106 ни суміжних об’єктів. Докладно це питання було розглянуто в роботі [5] і запропоновано рішення задачі (2) для неадитивної функції скорочення часу руху з використанням методики оптимізації функцій множини, розробленої проф. А. А. Босовим [6]. Розглянуті підходи до вирішення проблеми потребують застосування складного математичного апарату, відповідних програм, великої кількості вихідних даних. Для розрахунку економічних характеристик ефективності потрібно визначити тяговоенергетичні показники, точне значення яких може бути встановлено тяговими розрахунками. На конкретних напрямках кількість обмежень швидкості може складати від декількох до десятків. Виконання тягових розрахунків для різних типів локомотивів, маси рухомого скла- ду, рівня швидкості і комбінацій усунення ділянок з обмеженнями потребує великих витрат часу. А тому постало питання, як провести економічну оцінку на стадії оперативного прийняття інженерного рішення. Авторами запропоновано спрощене вирішення задачі економічної оцінки. Для різних вихідних даних і умов експлуатації були отримані залежності тяговоенергетичних показників у вигляді таблиць і графіків, що є достатнім для проведення попередньої оцінки економічної ефективності усунення обмеження швидкості. Для прикладу, на рис. 1 показані графіки витрат електроенергії на тягу вантажного поїзда масою 4000 т з локомотивом ДЕ1 при різній довжині Lî áì з обмеженням швидкості Vобм =40 км/год. Vобм=40 км/год Витрати електроенергії, кВт-год 400 350 300 250 200 150 100 50 0 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 Ухил, ‰ L=50 м L=100 м L=500 м L=2000 м L=5000 м Рис. 1. Витрати електроенергії при наявності обмеження швидкості 40 км/год На витрати електроенергії крім інших факторів впливає режим руху поїзда, який, в свою чергу, залежить від маси поїзда й профілю колії. Як випливає з рис. 1, на спусках i > 3 ‰ і підйомах i > 7 ‰ величина витрат електроенергії практично не залежить від довжини ділянки обмеження швидкості. На рис. 2 і 3 наведені графіки зміни витрат електроенергії і часу руху при різних рівнях обмеження швидкості на ділянці довжиною 500 м. За результатами розрахунків складені таблиці й побудовані графіки, які враховують різний рівень обмеження швидкості (15, 25, 40, 60 км/год), різну довжину ділянок (50, 100, 500, 2000 і 5000 м), середню крутизну ухилу, де знаходиться обмеження (від -8 до 8 ‰), типи локомотивів (2ТЕ116, ВЛ80, ДЕ1, ДС3, ЧС7, ТЕП70) і масу рухомого складу – від 1000 до 5000 тонн). 3. Методика оцінки економічної ефективності Для оцінки економічної ефективності визначається інтегральний ефект Eінт як різниця експлуатаційних витрат за розрахунковий період Т р та інвестиційних витрат К 0 , що приведена до початкового року 107 Tp Eінт = ∑ ∆Сtη t − K o , (3) t=1 де ηt - коефіцієнт дисконтування різночасових витрат. Витрати ел енергії, кВт-год 500 60 40 25 15 400 300 200 100 0 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 Ухили, ‰ Рис. 2. Витрати електроенергії при різних рівнях обмеження швидкості відносно стану залізниці «без обмеження» 12 Час руху, хв 10 40 25 15 Полиномиальный (15) Полиномиальный (25) Полиномиальный (40) 8 6 4 2 0 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 Ухили, ‰ Рис. 3. Зміна часу руху при різних рівнях обмеження швидкості відносно стану залізниці «без обмеження» Одноразові інвестиційні витрати K o при- ймаються як сумарні капітальні вкладення приурочені до проведення відпові (...truncated)