2. Поняття про вантажопотоки, вагоно- та поїздопотоки

Вантажопотоком називають число тонн вантажів, відправлених станцією в якому-небудь напрямі за певний час (доба, місяць, рік).

Під сумарним вантажопотоком залізничної лінії (ділянки) розуміють число тонн вантажів, що перевозяться по цій лінії (ділянці) в одному напрямі за певний проміжок часу, зазвичай за рік.

Вантажопотоки планують по родах вантажів відповідно до їх номенклатури.

Напрям і дальність перевезення продукції залежать від розміщення виробництва, характеру міжрайонного обміну й участі в перевезенні різних видів транспорту.

Потужність вантажних потоків нерівномірна по напрямах і за часом. Нерівномірність по напрямах оцінюється коефіцієнтом обратності, який визначається відношенням вантажопотоку в порожньому напрямі до вантажопотоку у вантажному напрямі. У експлуатаційній діяльності напрям, що має більший вантажопотік, називають вантажним, а зворотний - порожнім. Коефіцієнт обратності завжди менше одиниці і в середньому складає 0,6.

Вантажним (прямим) називається напрям із переважаючим вантажопотоком. Такими напрямами зазвичай є магістралі, що зв'язують райони добувної промисловості з районами переробної промисловості. Порожніми називаються зворотні напрями.

Нерівномірність перевезень по напрямах обумовлена нерівномірним розміщенням продуктивних сил в країні, наприклад, в такі індустріальні регіони як Дніпропетровський, Маріупольський, Кременчуцький ввозять, як правило, сировину, паливо, матеріали, а вивозять готову продукцію. Крім того, в крупні промислові центри, такі як Київ, Харків, Донецьк, Дніпропетровськ, необхідно ввозити велику кількість продовольства, будівельних матеріалів й ін. Як правило, стійка нерівномірність перевезень має місце на залізницях, що зв'язують райони добувної та оброблювальної промисловості, наприклад, Донецький та Придніпровський регіони з морськими портами Одеської залізниці та сухопутними переходами Львівської залізниці, тому з вантажних регіонів виходять вагони в навантаженому стані, а з прикордонних переходів виходить частина вагонів у порожньому стані.

Нерівномірність вантажопотоків по напрямах досягає значних розмірів і викликає необхідність збільшення потреби в рухомому складі та пропускній спроможності. Порожній пробіг вагонів, що виникає у зв'язку з цим на залізницях, може досягати 40% навантаженого пробігу та підвищує тим самим собівартість перевезень. Тому, при опрацьовуванні варіантів розміщення продуктивних сил, слід враховувати стійкі порожні напрями з тим, щоб пом'якшити нерівномірність вантажопотоків по цих напрямах.

Потужність вантажопотоків змінюється також по періодах року, днях тижня, періодах доби. Ці зміни характеризуються коефіцієнтом нерівномірності, який визначається як відношення максимального об'єму перевезень до середнього за даний період. Так, зміну об'єму перевезень протягом року враховують коефіцієнтом сезонної нерівномірності, тобто відношенням максимального об'єму перевезень за місяць до середньомісячного його розміру.

Оскільки необхідна наявність рухомого складу, пропускної спроможності та інших технічних засобів залізниць повинні розраховуватися з умов забезпечення перевезень в період з максимальним об'ємом роботи, потреба в цих засобах завищується на величину, рівну коефіцієнту нерівномірності вантажного потоку в часі.

Об'єм, структура і нерівномірність вантажних перевезень впливають на економічні показники роботи залізниць. Зменшення нерівномірності перевезень вимагає капітальних вкладень в розвиток навантажувально-розвантажувальних фронтів станцій, в посилення під'їзних колій та призводить до зниження експлуатаційних витрат і зростання прибутку залізниць.

Дальність перевезення вимірюється в кілометрах і визначається відстанню пробігу вантажу від пункту відправлення до пункту призначення по даному виду транспорту або по видах транспорту, що беруть участь. Для оцінки розміщення виробництва і споживання продукції застосовується зазвичай показник середньої дальності перевезень, який визначається як средньозважена відстань пробігу всіх кореспонденцій даного роду вантажу, тобто як результат від ділення вантажообігу в тонно-километрах на об'єм відправлення в тоннах. Середня дальність перевезень вантажу характеризує певною мірою раціональність транспортних зв'язків, а також зрушення, що відбулися за аналізований період в розміщенні виробництва продукції.

Найповніше відображає продукцію транспорту його вантажообіг в тонно-километрах (ткм). Він розраховується як твір маси відправлених вантажів на середню дальність перевезень. Вантажообіг визначається по родах вантажів.

На залізничному транспорті вантажообіг враховують у тарифних і експлуатаційних ткм. Тарифні ткм визначаються на основі перевізних документів, виходячи з передачі навантажених вагонів за стиковими пунктами залізниць і найкоротших відстаней між ними. Експлуатаційні ткм враховують фактичний пробіг навантажених вагонів по ділянках залізниць і визначаються на основі маршрутів машиністів.

Експлуатаційні ткм перевищують тарифні приблизно на 2,7%. Цей показник використовується для розподілу тарифних плат між дирекціями, оскільки по ним відсутній облік тарифних ткм, а також для розрахунку показників використання вагонного парку.

По відомих розмірах вантажопотоків можна визначити і відповідні їм вагонопотокі. Добове число фізичних вагонів потрібне для перевезення кожного роду вантажів може бути визначено по формулі

(1)

де с_н - коефіцієнт сезонної нерівномірності; Р - річне відправлення вантажів даного роду, тис.т; k₄, k₈ - частка відповідно чотирьох- і восьмивісних вагонів в загальному числі фізичних вагонів при перевезенні даного роду вантажу; р₄, p₈ - вантажопідйомність чотирьох- і восьмивісних вагонів , т; a₄, a₈ - коефіцієнти використання вантажопідйомності чотирьох- і восьмивісних вагонів для даного роду вантажу; 1000 - перевідний коефіцієнт з тисяч тонн у тонни.

Вагонопотоком називають число вагонів, що прослідують по лінії в якому-небудь напрямі за певний проміжок часу, зазвичай за добу.

На мережі залізниць країн СНД і Балтії в даний час є близько 7 тисяч станцій, що відкриті для вантажних операцій. Зі станцій вантаження окремі вагони або групи вагонів слідують, як правило, на різні станції вивантаження. В залізниці проходження на технічних станціях (дільничних або сортувальних) вони можуть об'єднуватися в укрупнені групи та слідувати без переробки на значні відстані до роз'єднання їх відповідно до призначення. Таким чином, на станціях вантаження або об'єднання утворюються середньодобові струмені вагонопотоків.

Струменем вагонопотока прийнято називати середньодобове число вагонів, що скупчуються на одній певній станції або одній ділянці призначенням на іншу певну станцію або ділянку. Це ж поняття зазвичай пов'язують з числом вагонів, що включаються в призначення плану формування поїздів. Число вагонів в кожному струмені вагонопотоку залежить від роду вантажу, що перевозиться, його кількості, вантажопідйомності вагонів і її використання.

Приклад об'єднання дрібних вагонопотоків на технічній станції, розташованій у районі вантаження, в укрупнений струмінь можна розглянути на напрямі А - Б (рис.2).

Рис.2. Схема навантажених вагонопотоків в розрахункових струменях

Потужніші струмені вагонопотоків утворюються на крупних сортувальних станціях, що є на мережі опорними.

З вантажних станцій, розташованих у місцях масового вантаження, потужні струмені вагонопотоків, що іноді досягають декілька сотень і навіть тисяч вагонів, прямують у спеціалізованих поїздах до станції вивантаження або розпилювання маршрутів.

Потужність і напрям навантажених вагонопотоків на мережі залежать від структури, об'єму і напрямів вантажопотоків між економічними районами, вказаними в плані перевезень вантажів.

У експлуатаційних розрахунках вагонопотокі визначають середньодобовим числом вагонів зі всіма родами вантажів. Проте, для вирішення деяких завдань, наприклад відправницької маршрутизації, встановлення місткості навантажувально-розвантажувальних фронтів й ін., може бути потрібно визначення вагонопотоків окремих родів вантажу.

Місячний план перевезень представляється у вигляді таблиці вагонопотоків між залізницями мережі (табл.1).

Таблиця 1

Таблиця міжзалізничних навантажених вагонопотоків (дані умовні)

Залізниця призначення Залізниця відправлення	Південно-Західна	Донецька	Придніпровська	Львівська	-
Південно-Західна	2800	948	673	131	-
Донецька	642	3100	790	520	-
Придніпровська	590	810	1800	600	-
Львівська	150	720	910	1500	-
-	-	-	-	-	-

На підставі таких таблиць визначаються потужності окремих струменів через так звані «еталони розподілу вагонопотоків», які розраховуються як відношення середньодобового вагонопотока між певними пунктами до загального об'єму вантаження залізниці за минулий звітний період.

--------------------------------------------------------------------------------------------

Приклад. Є дві умовні залізниці А і Б, схема розподілу вагонопотоків між якими показана на рис.3.

На залізниці А є опорні сортувальні станції 1-6. На залізниці Б - станції 11-17. Середньодобове вантаження залізниці А за минулий звітний період (U₀) склало 6400 вагонів. На майбутній період планується вантаження 6650 вагонів.

Визначити еталон розподілу (Е_3-14) і потужність струменя вагонопотока між пунктами 3 і 14, якщо добовий вагонопоток у цьому напрямі за звітними даними склав 648 вагонів.

Рис.3. Схема розподілу вагонопотоків між залізницями

Рішення.

Еталон розподілу вагонопотоків є рівним відношенню середньодобового вагонопотоку між пунктами 3 і 14 до загального об'єму вантаження залізниці А за минулий звітний період:

.

Тоді, планована потужність струменя цього вагонопотока:

вагонів у добу.

Подібні розрахунки проводяться по кожному з напрямів (2-12; 6-15).

--------------------------------------------------------------------------------------------

При організації вагонопотоків враховується найбільш раціональний розподіл їх по паралельних ходах, що сполучають одні й ті ж опорні станції.

Для техніко-економічного обґрунтування шляху проходження вагонів в розрахунок приймаються наступні критерії: відстань, час знаходження вагонів у русі, перероблююча здатність станцій, пропускна спроможність лінії, витрати палива і електричної енергії.

З урахуванням вказаних критеріїв визначаються експлуатаційні витрати на просування одного вагону по кожній ділянці. Ці витрати наносяться на спеціальні картосхеми окремо в парному і непарному напрямах. Фрагмент такої картосхеми показаний на рис.4.

Підсумовуючи і зпівставляючи експлуатаційні витрати по кожному паралельному ходу, вибирається найбільш ефективний шлях проходження.

Так, для цого прикладу при проходженні поїзду по напряму А-Б-В-Г витрати складуть 98 + 20 + 80 = 198 грн./ваг., а по напряму А-Д-Е-Г: 105 + 95 + 100 = 300 грн./ваг. З порівняння видно, що перший напрям економічніший, оскільки на нім сумарні витрати на пересування одного вагону будуть мінімальними.

Рис.4. Фрагмент картосхеми для напряму А-Г

Вагонопотоки до пункту призначення, як правило, пропускають по найкоротшому напряму, проте техніко-економічні розрахунки можуть показати, що доцільніше направляти вагонопотоки по паралельних лініях із кращим технічним оснащенням (двоколійним, з електротягою і так далі), хоча і більшого протягу.

Знаючи показники навантажених вагонопотоків, встановлюють порожні вагонопотоки, розміри яких визначаються на підставі міжзалізничних «шахматок» навантажених вагонопотоків по різних родах рухомого складу, тобто визначається баланс порожніх вагонів. Якщо вантаження перевищує вивантаження, то на залізниці має місце недолік порожніх вагонів, а при перевищенні вивантаження над вантаженням - надлишок. Баланс встановлюється обов'язково по родах рухомого складу. На підставі отриманого балансу встановлюють схему напряму кожного роду вагонів із районів з їх надлишком у райони із недоліком (регулювальне завдання) по якій організовується переміщення порожнього вагонного парку з одного району мережі в іншій.

На мережі постійно аналізується правильність розподілу вагонопотоків по напрямах на основі звітних даних про виконану роботу. Раціональна система організації вагонопотоків покликана правильно розподіляти сортувальну роботу між станціями, забезпечувати своєчасну доставку вантажів, скорочувати загальні витрати вагоночасов під накопиченням і переробкою, знижувати собівартість перевезень.

Унаслідок розділення вагонного парку колишнього СРСР між незалежними державами, робочий парк вагонів кожної держави розділився на дві категорії:

• внутрідержавний парк, що складається з вагонів національного парку даної держави;

• міждержавний - з вагонів національного парку («своїх») і вагонів інших держав («чужих»).

Вагонопотоки при цьому також розділилися на наступні види сполучень:

• міждержавний транзит, прослідує в навантаженому стані через територію держави;

• міждержавне ввезення (імпорт);

• міждержавний вивіз (експорт);

• внутрідержавне сполучення, що включає вагони, завантажені в даній державі в адресу станцій тієї ж держави.

При розгляді питання розподілу вагонопотоків між державами СНД Дирекція Ради із залізничного транспорту щорічно проводить сумісні регіональні наради представників залізничних адміністрацій держав-учасників Співдружності та залізниць мережі (по регіонах) по розробці і узгодженню порядку напряму вагонопотоків у міждержавному сполученні та в порти.

В ухвалюваних рішеннях для кожної залізниці по кожному прикордонному переходу указуються станції формування і розформування поїздів, їх категорії, вагонопотоки, що включаються, по призначеннях, розміри руху, норми мас і довжин поїздів і окремо відправницьких маршрутів.

Остаточний порядок проходження вагонів на період дії плану формування поїздів встановлюється:

• для міждержавних призначень - Дирекцією Ради із залізничного транспорту держав СНД і затверджується її головою;

• для внутрідержавних призначень - залізничною адміністрацією і затверджується її керівником (для України - УЗ, для Росії - МШС РФ);

• для внутрішньозалізничних призначень - відповідною залізницею і затверджується начальником залізниці.

Залежно від встановлених для залізничних ділянок нормативів маси і довжини поїздів, відповідні вагонопотоки можуть бути переведені у поїздопотоки. Характеристики поїздопотоков зумовлюють навантаження на транспортні системи, від їх об'ємів залежать потрібна потужність транспортних систем в цілому та їх складових (станцій, депо, ділянок, полігонів), потреба в рухомому складі, паливі, матеріалах й інших ресурсах. Вони необхідні як початкові дані при розробці технології та розрахунках потужності всіх типів станцій, плану формування і графіка руху поїздів, складання технічних і технологічних документів.

Максимальний поїздопоток, який може бути пропущений по елементах мережі в одиницю часу, складає пропускну (переробляючу) спроможність елементів залізничної мережі або всієї мережі в цілому. У загальній теорії транспортних потоків вирішують два складні завдання.

Перше полягає у визначенні оптимального транспортного потоку на існуючій транспортній системі або її елементах (вузьке місце, наприклад, перевальна ділянка, однопутний міст). Якщо потік перевищує це значення, мережа працюватиме в режимі перевантажень, із затримками, заторами, відмовами, економічними втратами.

Рішення другої задачі встановлює оптимальну потужність мережі для пропуску заданих або спрогнозованих потоків.

Поїздопотоки можуть бути з єдиним пунктом відправлення і з єдиним пунктом призначення. Але в більшості випадків при розгляді плану формування, графіка руху поїздів, розробці планів (оперативних і на триваліші періоди) доводиться мати справу з багатотермінальними поїздопотоками з багатьма пунктами відправлення та призначення. Багатотермінальні поїздопотоки утворюються злиттям, об'єднанням однотерминальных поїздопотоков на основі принципу аддитивності – складання транспортних потоків.

Якщо розглядати поїздопоток складної структури, а такі потоки характерні для залізничних ліній, що зв'язують вузли, то можна аналізувати параметри одного потоку при незмінних параметрах іншого, складати композицію складних, неоднорідних потоків з простих, однорідних. Наприклад, вивчати параметри потоку вантажних поїздів при відомому числі пасажирських, або параметри потоку поїздів з швидкопсувними вантажами за незмінних умов пропуску решти категорій поїздів.

У загальному випадку поїздопоток є композицією простіших потоків і має свої особливості, пов'язані з великою масою і швидкістю транспортних одиниць, способами його регулювання, пропуску, виникнення і погашення на станціях і вузлах.

Аналіз потоку поїздів можна здійснити за принципом «потік – час» (в результаті утворюється поїздо-години, вагоно-години) і «потік – відстань» (поїздо-кілометри, вагоно-кілометри). Часові та просторові показники взаємозв'язані між собою і мають важливе значення. Часові параметри поїздопотока (інтервали) і просторові (блок-участки) впливають на режими руху: їзда під зелений на зелений, під зелений на жовтий, під жовтий на червоний вогні світлофорів. Ці режими впливають на швидкість просування потоку (перед сортувальною станцією або перед передпортовою станцією). Під інтенсивністю потоку поїздів розуміють число поїздів, пропущених в одиницю часу, а під щільністю потоку – число транспортних одиниць (поїздів), що доводиться на одиницю довжини лінії.

Інтенсивність і щільність поїздопотока тісно зв'язані між собою: спочатку із збільшенням щільності режими руху поїздів не порушуються, інтенсивність зростає, реалізована пропускна спроможність теж росте. При подальшому зростанні щільності наступає максимум інтенсивності. Якщо щільність продовжує зростати і далі, виникають несприятливі режими просування потоку, його інтенсивність знижується, знижується і пропускна спроможність лінії, що реалізовується.

Підвищення маси та довжини поїздів, інтенсифікація технологій є прогресивним напрямом розвитку залізничного. Наприклад, якщо лінія пропускає в добу 100 вантажних поїздів масою 3000 т з інтенсивністю 4,17 (100/24) поїздів у годину з середнім інтервалом між поїздами 14,4 хв., то при зростанні маси поїзда до 4500 т число вантажних поїздів скоротиться до 67 (100х3000/4500), а середній інтервал зросте до 21,5 хв.