1.2. Вибір композиції, визначення норм маси і швидкостей руху пасажирських поїздів

Композиція составів пасажирських поїздів – це число і порядок розстановки в составі поїзда певної категорії вагонів різних типів (спальних прямого сполучення, м'яких, купейних, некупейних, вагонів-ресторанів, багажних). Композиція составів (або схема формування) встановлюється з урахуванням норми маси пасажирських поїздів; типу вагонів, що включаються в состав, потужності і характеру кореспонденції пасажиропотоків. Маса дальніх і місцевих пасажирських поїздів залежно від їх категорії коливається від 800 до 1200 т, а населеність (кількість місць в поїзді) – від 400 до 1100 чоловік.

Як правило, до складу пасажирського поїзду включається 15÷22 вагонів, з них: 1–5 м'яких, 5–12 купейних, 7–10 некупейних з плацкартними або загальними місцями, а також вагон-ресторан, багажний вагони. При виборі композиції составу необхідно звертати особливу увагу на створення максимальних зручностей для пасажирів. М'які вагони, як парвило, включаються до складу поїзда, якщо час слідування між кінцевими пунктами більше доби. Доцільність включення вагонів-ресторанів в склади пасажирських поїздів встановлюється залежно від часу прямування поїздів між кінцевими пунктами і характеристики пасажиропотоків на даному напрямку. Якщо пасажирські поїзда прямують на напрямку менше доби, то до їх складу можна включати спеціальний вагон з купе-буфетом. Включення до складу поїзда багажного вагона обумовлюється необхідністю своєчасного перевезення багажу, обсягом цих перевезень. Якщо тривалість поїздки не перевищує 6–8 годин (при перевезенні на короткі відстані), то можуть застосовуватися вагони обласного типу.

Композиція составів пасажирських поїздів визначає їх населеність, масу, також швидкість поїздів, і отже розміри руху і витрати залізниць на здійснення пасажирських перевезень. У зв’язку з цим композицію составів пасажирських поїздів необхідно встановлювати спільно з визначенням маси і швидкості руху пасажирських поїздів.

Заздалегідь розробляється декілька варіантів композиції поїздів різних категорій. Для кожного варіанту, виходячи з населеності кожного типу вагона і його маси визначається населеність і норма маси поїздів. При визначенні маси поїзда навантаження від пасажирів і ручної поклажі необхідно приймати, згідно [2] для м'яких вагонів – 3 т, купейних – 4 т, некупейних плацкартних – 6 т, некупейних неплацкартних і міжобласних – 6 т, багажних – 12 т і вагонів-ресторанів – 6 т на вагон.

При виборі композиції составів характеристику пасажирських вагонів (тару і місткість) необхідно приймати згідно [3-7]. Використовуючи ці дані, а також дані табл.1.1, розробляється декілька варіантів композицій составів пасажирських поїздів дальнього і місцевого сполучень, які наводяться в табл. 1.2.

Таблиця 1.1 Характеристика вагонів пасажирського парку

№ п.п.	Тип вагона	Тара, т	Кількість місць
			для сидіння	для лежання
1	Некупейний: - з місцями для лежання (спальний, плацкартний) - з кріслами для сидіння	51 47-51	- 68-76	54-60 -
2	Купейний жорсткий	52-55	54	28-36
3	Мя’кий: - з двомісним купе (СВ) - з дво- та чотиримісними купе - з тримісними купе для міжнародного сполучення і двомісним купе (РІЦ)	60-62 57 52	- - -	16-18-24 33 22
4	Ресторан	56	32	-
5	Багажний (вантажопідйомністю 20т)	48	-	-
6	Загальний	54	81

Таблиця 1.2 Варіанти композиції состава пасажирського поїзда дальнього і місцевого сполучень

№№ варіантів	Тип вагона	Число вагонів даного типу	Тара вагона, т	Навантаження від пасажирів і р/поклажі, т/ваг.	Сумарна маса вагона, т	Місткість вагона, чол.	Місткість состава поїзда, чол.	Маса состава поїзда, т
1	2	3	4	5	6	7	8	9

Для визначення оптимального варіанта композиції состава пасажирського поїзда, норми маси поїзда і швидкості руху необхідно по кожному варіанту визначити величину приведених витрат на один поїзд

Е_прив = Е_енер + Е_час , (1.2)

де Е_енер – енергетичні витрати, грн.;

Е_час – часові витрати, грн.

Величина енергетичних витрат визначається згідно [4]:

Е_енер = R_мех ∙ С_ткм , (1.3)

де С_ткм – витратна ставка на 1000 т-км брутто (можна прийняти 4,85 грн.), грн.;

R_мех – механічна робота локомотива в ткм, визначається згідно [4] по формулі:

R_мех = + R_т =

= (P+Q) ∙ (w_o+i_є) ∙10^-3 ∙ L+3,8 ∙ (P+Q) ∙ (α ∙ v_х)²∙10^-6 ∙К_зуп , (1.4)

де R_мех – величина механічної роботи на напрямку на пересування поїзда, т-км;

R_т – втрата кінетичної енергії одним поїздом при його зупинці, т-км;

P – маса локомотива, (табл.1.3), т [8,9] ;

Q – маса состава поїзда брутто, т;

Таблиця 1.3 Характеристика пасажирських локомотивів

№ п.п.	Параметр	Умовні позначення серій локомотивів
		Електровозів				Тепловозів
		Постійного струму			Змін-ного стру-му
		ЧС 1	ЧС 2	ЧС 3	ЧС 4	ТЭ 7	ТЭ 10	ТЭП 60	ТЭП 70	ТЭП 75
1	Конструкційна швидкість	120	160	120	160	140	140	160	160	160
2	Розрахункова маса локомотива, т	84	120	84	126	254	129	128	130	180
3	Сила тяги локомотива при рушанні з місця, кГс	21500	22500	23400	24000	33500	38200	20500	29400	30000
4	Довжина локомотива	19	19	19	19	34	19	19	22	22
5	Вартість локомотиво- години, Сл-год,грн..	16,07	19,44	20,18	23,03	50,73	54,01	63,27	65,18	66,49
6	Розрахункова швидкість, vр, км/год	31 ÷ 47				20 ÷ 23

w_o – основний питомий опір руху поїзду, що визначається, згідно [8,9]:

w_o = 1,2 + 0,012 v_р + 0,0002 , (1.5)

де v_р – розрахункова швидкість, км/год;

i_е – еквівалентний по механічній роботі локомотива підйом на розрахунковому напрямі, ‰;

L – довжина розрахункового напряму, км;

α – відношення швидкості початку гальмування до ходової (0,80 – 0,96);

v_х – ходова швидкість, км/год;

К_зуп – кількість зупинок поїзда на розрахунковому напрямі, яку можна визначити:

К_зуп = L / l_зуп , (1.6)

де l_зуп - середня відстань між зупиночними пунктами (для швидкісних поїздів 150÷250 км; для дальніх поїздів 75÷100 км; для місцевих поїздів 50÷75 км ), км.

Часові витрати визначаються згідно [2] по наступній формулі:

Е_час = L С_п-г /β_м V_х , (1.7)

де β_м – коефіцієнт маршрутної швидкості пасажирських поїздів, який залежить від кількості і тривалості стоянок поїздів (0,80 – 0,95);

С_п-г – вартість поїздо-години пасажирского поїзду з урахуванням оцінки втрат часу пасажирів в грн., яка визначається згідно [2]:

С_п-г = α_л С_лг+ β + т С_вг + β + а С_пас-г К_м, (1.8)

де α_л,β ,β – коефіцієнти, що враховують час непоїздной роботи, відповідно локомотива, локомотивної бригади і бригади провідників (α_л =1,2, =1,2, =1,1);

С_л-г,С_в-г,С_пас-г – вартість відповідно локомотиво-години, вагоно-години і пасажиро-години (можна прийняти С_в-г=4,73 грн., С_пас-г=0,50 грн. ), грн.;

С ,С – вартість години роботи відповідно локомотивної бригади і бригади провідників (можна прийняти С =85,87грн., С =39,72 грн. ), грн.;

т – число вагонів у составі поїзда;

а – населеність состава пасажирського поїзда;

К_м – коефіцієнт використання місткості состава поїзда (0,8-0,9).

Результати розрахунків енергетичних, часових та приведених витрат по кожному варіанту композиції необхідно привести в табл. 1.4.

Таблиця 1.4 – Зміна енергетичних, часових і приведених витрат по варіантах композиції состава

№, № варіан-тів	Характери-тика композиції состава	Види витрат	Величини витрат при наступних значеннях ходової швидкості
			60	80	100	120	140	160
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Q =	Еенер
	m =	Ечас
	a =	Еприв

Найбільш вигідне значення швидкості при заданій масі і розрахунковій населеності пасажирського поїзда визначається по мінімальному значенню функції (1.2). Для цього по даним табл. 1.2. будуються криві = f(v_x), Е_час = f(v_x), Е_прив = f(v_x) і по мінімальному значенню функції приведених витрат визначається оптимальне значення ходової швидкості руху для кожного варіанта композиції. Можуть бути випадки постійного зменшення приведених витрат із збільшенням ходової

швидкості. Тоді оптимальне її значення можна визначити по конструктивній швидкості локомотива [8] або встановленій максимальній швидкості руху пасажирських поїздів на даному напряму.

Оптимальне значення маси і композиції составів пасажирських поїздів, а отже і ходової швидкості встановлюється по мінімальному значенню питомих приведених витрат із всіх можливих варіантів композиції, що приходяться на одне пасажирське місце. Питомі витрати по кожному варіанту визначаються:

е = Е / Q , (1.9)

де Е - приведені витрати по варіанту який, відповідає найвигіднішому значенню ходової швидкості.

Отримане значення маси состава, композиції і ходової швидкості перевіряється по ряду умов :

- по відповідності потужності заданого локомотива (за умови рушання з місця);

- по довжині пасажирських платформ і довжині прийомо-відправних колій.

Крім того, вибрана композиція состава пасажирського поїзда відповідної категорії повинна задовольняти вимогам по комфортабельності.

Перша перевірка по умові рушання з місця проводиться згідно [7,8,9] по формулі:

Q_руш = {F_руш / (w_руш + і_р) } – Р, (1.10)

де F_руш – сила тяги рушання (табл. 1.3), кг [7,8,9];

і_р - розрахунковий підйом, ‰;

w_руш – питомий додатковий опір при рушанні з місця, кг/т, визначається згідно [7,8,9]:

w_руш =28 /( q₀ + 7), (1.11)

де q₀ – середнє навантаження на вісь вагона у составі пасажирського поїзда, визначається:

q₀ = Q_опт / 4т_опт , (1.12)

де Q_опт – оптимальне значення маси поїзда;

т_опт - оптимальне число вагонів у составі поїзда.

Величина маси пасажирського поїзда, отримана по формулі (1.10), повинна бути більше тієї, яка була отримана на підставі техніко-економічних розрахунків. Якщо ця умова дотримується, то заданий локомотив забезпечить рушання з місця пасажирського поїзда оптимальної маси на розрахунковому підйомі.

Друга перевірка проводиться по відповідності довжини поїзда довжині пасажирської платформи, тобто враховуються норми по проектуванню залізничних станцій і вузлів [10]. Довжина поїзда визначається по формулі:

l_n = l_с + l_л + 10 , (1.13)

де l_с - довжина пасажирського состава з розрахунковою композицією, визначається як добуток числа вагонів у составі поїзда на їх довжину (довжина вагона по вісям автозчеплень 23,6 м);

l_л - довжина локомотива [7,8, 9].

Якщо довжина пасажирського поїзда, отримана по формулі (1.13) буде менше встановленої стандартної довжини пасажирської платформи (500 м), то довжина поїзда з розрахунковою композицією составу задовольняє вимозі [10]. Тобто пасажирський поїзда вільно може бути встановлений в межах пасажирської платформи будь-якої станції заданого полігону.