автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Исследование зависимости затрат энергии на тягу поездов от условий пропуска поездопотока по участку железной дороги

Введение.

ГЛАВА 1 Методы определения затрат энергии на тягу поездов

1.1. Тяговый расчет.

1.2. Энергооптимальный расчет.

1.3. Оценка затрат энергии на основании графика движения поезда.

ГЛАВА 2 Определение затрат энергии на тягу поездов на основании графика движения

2.1. Методика определения затрат энергии.

2.2. Проверка адекватности методики по данным опытных поездок на Московской железной дороге.

ГЛАВА 3 Имитационная модель движения поездопотока по двухпутному участку железной дороги и ее техническая реализация

3.1. Принципы построения имитационной модели.

3.2. Алгоритмы работы имитационной модели.

3.3. Выбор шага квантования при моделировании.

3.4.Выбор программных средств реализации имитационной модели.

3.5. Разработка базы данных программы имитационного моделирования.

3.6. Имитационное моделирование.

3.6.1. Ввод исходных данных.

3.6.2. Моделирование движения поездов.

3.6.3. Обобщение и вывод результатов моделирования.

ГЛАВА 4 Влияние ограничений скорости на затраты энергии на тягу поездов

4.1. Параметры ограничений скорости и их распределение по дорогам.

4.2. Методика использования имитационной модели для оценки влияния ограничений скорости на изменение затрат энергии на тягу поездов.

4.3.Методика оценки дополнительных затрат энергии на тягу, связанных с взаимным влиянием поездов при выполнении заданных ограничений скорости.

4.4. Параметры условного участка железной дороги и потока поездов, принятые для моделирования.

4.5. Оценка влияния местоположения, величины и протяженности ограничения скорости на затраты энергии на тягу поездов.

ГЛАВА 5 Сравнительный анализ энергозатрат на тягу поездов на участке Челябинск - Кропачево Южно-Уральской железной дороги, полученных с помощью имитационного моделирования и статистических отчетных данных дороги

5.1. Исходные данные участка.

5.2. Определение затрат энергии на тягу поездов с помощью имитационной модели.

5.3. Сравнение статистических данных и результатов моделирования.

5.4. Перспективные направления использования имитационной модели движения поездов.

5.5. Технико - экономическая оценка эффективности внедрения аппаратно -программного комплекса, предназначенного для оценки затрат энергии на тягу на основе компьютерного моделирования движения поездов.

В современных условиях одним из важнейших направлений повышения эффективности железнодорожного транспорта является снижение эксплуатационных расходов, значительную долю которых составляют затраты на тягу поездов. В 2000 г. на тягу поездов затрачено 23,5 млрд. кВт.ч и 3,8 млн. тонн условного топлива, на что израсходовано 17788,7 млн. руб. Расходы на энергоносители, затраченные на тягу поездов составили 9,2% от общих эксплуатационных затрат по сети железных дорог. Около 3% от общих затрат на тягу составляют затраты энергии, вызванные наличием ограничений скорости.

Условия пропуска поездопотока в значительной степени определяются наличием ограничений скорости. По официальным данным в 2000г. на сети железных дорог Российской Федерации число ограничений, предусмотренных в графике движения поездов МПС РФ, достигло 4236 при их общей протяженности 5207 км. Число временных ограничений, которые ежедневно вводятся и отменяются, примерно равно числу постоянных предупреждений, а их протяженность - в 2 раза больше.

Из-за наличия ограничений скорости затраты энергии на тягу увеличиваются в связи с дополнительными разгонами поездов, движением с большей скоростью для компенсации потерянного времени хода, а также из-за взаимного влияния поездов.

Взаимное влияние поездов при их движении по участку железной дороги - это изменение скорости вслед идущих поездов под влиянием замедления впереди идущих. Взаимовлияние поездов происходит через систему автоблокировки. При этом вместо движения с «зеленого на зеленый» часть вслед идущих поездов следует на желтый и красный сигналы светофора. Соответственно, снижается скорость движения каждого последующего поезда - что может вызвать мультипликативное распространение действия ограничения скорости. При этом общий расход энергии возрастает за счет увеличивающихся вследствие взаимовлияния числа разгонов после снижения скорости и числа дополнительных неграфиковых остановок. Кроме этого, ухудшаются такие эксплуатационные показатели работы участка, как участковая и техническая скорости.

Известные методы расчета затрат энергии на тягу не учитывают этого эффекта, который при интенсивном движении и существенных ограничениях скорости может быть весьма значительным. Учитывая это, была поставлена задача разработать метод расчета 5 затрат энергии на тягу на основе имитационного моделирования движения поездов по участку железной дороги, учитывающий взаимное влияние поездов.

Целью исследования являются разработка методики и создание необходимого для реализации этой методики программного обеспечения, позволяющих оценивать дополнительные затраты энергии на тягу, связанные с взаимным влиянием поездов в потоке при выполнении заданных ограничений скорости.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи: разработана методика и программное обеспечение расчета затрат энергии на тягу поезда на основании расписаний графика движения по участку железной дороги с учетом ограничений скорости; усовершенствованы алгоритмы и программа имитационного моделирования движения поездов по участку железной дороги; разработана программа стыковки имитационной модели движения поездов с модулем расчета затрат энергии на тягу; получены количественные зависимости влияния межпоездного интервала, величины и протяженности ограничения скорости на затраты энергии на тягу поездов с помощью имитационного моделирования; подтверждена адекватность результатов имитационного моделирования движения поездов результатам их движения по реальному участку Челябинск - Кропачево Южно-Уральской железной дороги; показана принципиальная возможность использования методов имитационного моделирования для прогнозирования технико - экономических показателей пропуска поездопотока.

Заключение

При проведении исследования зависимости затрат энергии на тягу поездов от условий пропуска поездопотока по участку железной дороги получены следующие результаты:

1. Разработана методика расчета дополнительных затрат энергии на тягу от ограничений скорости с помощью имитационного моделирования на основе аппаратно-программного комплекса, позволяющего учесть взаимное влияние поездов в потоке.

2. Разработан аппаратно - программный комплекс для реализации предложенной методики расчета, позволяющий в течении нескольких секунд воспроизводить многочасовые процессы движения поездов по реальным участкам железной дороги.

3. Исследовано влияние межпоездного интервала, величины и протяженности ограничений скорости на затраты энергии на тягу поездов.

4. Установлена возможность ранжирования ограничений скорости по их влиянию на затраты энергии по пропуску поездопотока и соответственно планирования работ по их устранению.

5. Установлена возможность выбора межпоездного интервала, обеспечивающего пропуск поездов при заданных условиях движения при отсутствии взаимного влияния поездов, то есть при движении с «зеленого на зеленый».

6. Показана возможность факторного анализа затрат энергии на пропуск поездопотока и прогнозирования показателей движения при изменении технологии и условий пропуска.

7. Установлена практическая эффективность разработанной методики, позволяющей получать адекватные результаты движения поездов в течении нескольких суток за несколько секунд моделирования.

8. Показана принципиальная возможность использования методов имитационного моделирования для прогнозирования технико - экономических показателей пропуска поездопотока.

1. Акимов В.И., Зайцев П.Ф., Филимонов А.И., Шульпенков В.М., Тяговые расчеты при электровозной и тепловозной тяге, Гомель, БелИИЖТ, 1979 - 75 с.

2. Баранов JI.A., Головичер Я.М., Ерофеев Е.В., Максимов В.М.; Под ред. Баранова. Микропроцессорные системы автоведения электроподвижного состава. М.: Транспорт, 1990. - 272 с.

3. Башкатова JI.B., Исследование частичных отказов железнодорожного пути с разработкой методики их прогнозирования. ВНИИЖТ. М.: 1985г., 246 с. (Диссертация на соискание ученой степени к.т.н.)

4. Беленький М.Н., Силаев Н.И. Экономика и планирование эксплуатационной работы на железнодорожном транспорте, -М, «Транспорт», 1986. 214 с.

5. Буч Гради Объектно ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++, 2-е изд./ Пер. с англ. - М.: «Издательство Бином», СПб.: «Невский диалект» , 2000. - 560с.

6. Вавилов А.А., Имаев Д.Х. и др., Имитационное моделирование производственных систем, М., Машиностроение, 1983 -416 с.

7. Виноградов С.А., Лохач А.В., «Алгоритм программы имитационного моделирования движения поездов на железнодорожном участке», -М., ВНИИЖТ, 1999.

8. Дарахвелидзе П.Г., Марков Е.П., Delphi среда визуального программирования, -СПБ., BHY - Санкт-Петербург, 1996. - 352 с.

9. Дегтяренко В.Н., Лазарев Е.Г., Колмыкова Н.В., Филиппов Ю.Н., Моделирование технологического процесса предприятий промышленности железнодорожного транспорта на ЭВМ, Ростов: РИСИ, 1984 - 89 с.

10. Деев В.В., Ильин Г.А., Афонин Г.С., Тяга поездов -М.: Транспорт, 1987, 264 с.

11. Дейт, К., Дж., Введение в системы баз данных, 6-е издание: Пер. с англ. К.; М.; Спб.: Издательский дом «Вильяме», 2000. - 848 с.

12. Дергунов Н.П., Моськов В.И., Попов С.Н., Математическая модель макрорельефа железнодорожного пути для тяговых расчетов. Сб. науч. тр. УрГАПС -Екатеринбург, 1994. - Вып. 1 (83): Актуальные проблемы безопасности на железнодорожном транспорте.

13. Единая транспортная система, под ред. Галабурды В.Г., -М., «Транспорт», 1997., 294 с.

14. Железные дороги мира, Моделирование движения поездов при помощи ЭВМ (ФРГ)-1988 - №7

15. Железнодорожный транспорт серия Локомотивы и локомотивное хозяйство, -М., ЦНИИТЭИ, 1992.

16. Журавель А.И., Эксплуатационные расходы и себестоимость железнодорожных перевозок (учебное пособие), -Новосибирск, НИИЖТ, 1978., 82 с.

17. Зубков И.И., Угрюмов А.К., Романов А.П., Организация движения на железнодорожном транспорте, М., «Транспорт», 1981., 231 с.

18. Калверт Чарльз, Delphi 2 Энциклопедия пользователя - Киев., НИПФ «Диасофт Лтд.», 1996 - 736 с.

19. Левин Д.Ю., Оптимизация потока поездов, -М., «Транспорт», 1988., -173 с.

20. Лещинский Ежи, Имитационное моделирование на железнодорожном транспорте, -М., «Транспорт», 1977

21. Лохач А.В., Виноградов С.А. «Основные положения метода графиковых скоростей для оценки энергозатрат на тягу поездов», -М., ВНИИЖТ, 1999.

22. Методика определения норм расхода электроэнергии для объектов грузовой службы., -М„ «Транспорт», 1976. (621.33 М 545)

23. Микропроцессорные системы для испытаний и управления электроподвижным составом: Сб.науч.тр./Под ред. А.Л. Лисицына, Л.А. Мугинштейна. М.: Транспорт, 1992.- 120 с.

24. Моделирование процесса организации перевозок на железнодорожном транспорте, под ред. Шестакова -М., 1984 132 с.

25. Моделирование процессов в транспортных системах, под ред. Савоськина А.Н., М., Транспорт, 1979 - 136 с.

26. Моделирование экономических процессов на железнодорожном транспорте, под ред. БеловаИ.В. и Макарочкина А.Н., М., Транспорт, 1977 100 с.

27. Молярчук B.C., Энергетика транспорта (Труды института комплексных транспортных проблем), -М., «Транспорт», 1971.(656(.06) И 712-21)

28. Мугинштейн Л.А., Лохач А.В., Мерман И.И., Виноградов С.А., Виноградова Т.В., «Метод постоянных перегонных скоростей для оценки энергозатрат на тягу поездов», -М., Вестник ВНИИЖТ, 04.2000.

29. Некрашевич В.И., Методические указания по регулированию локомотивами по участкам обращения, -М., 1981., 22 с.

30. Правила тяговых расчетов для поездной работы. М.: Транспорт, 1985. 287 с.

31. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации. М.: «Техинформ», 2000 г., 190 с.

32. Розенфельд В.Е., Исаев И.П., Сидоров Н.Н., Озеров М.И.; Под ред. И.П. Исаева., Электрическая тяга, М.: ТрансЖелДорИздат, 1962. - 346 с.

33. Розенфельд В.Е., Исаев И.П., Сидоров Н.Н., Озеров М.И.; Под ред. И.П. Исаева., Теория электрической тяги, М.: Транспорт, 1995. - 294 с.

34. Совершенствование эксплуатационных и экономических показателей железнодорожного транспорта, под ред. д.т.н. Н.А. Воробьева, В.Ф. Антонова, -М., «Транспорт», 1985. -135 с.

35. Соломатин Н.А., Беляев Г.В., Петроченко В.Ф., Прошлякова Е.В., Имитационное моделирование в оперативном управлении производством, М., Машиностроение, 1984 г., 208 с.

36. Тихменев Б.Н., Трахман JI.M., Подвижной состав электрических железных дорог. Теория работы электрооборудования, электрические схемы и аппараты. М.: Транспорт, 1969 г., 408 с.

37. Третьяков А.П., Деев В.В., Перова А.А. и др. Под ред. Деева В.В., Фуфрянского Н.А. Подвижной состав и тяга поездов, М., Транспорт, 1979. 368 с.

38. Труды МИИТа, Выпуск 203, «Вопросы организации вагонопотоков, графика движения и пропускной способности железных дорог», -М., Транспорт, 1965г., 205 с.

39. Хорфас Д.Н. Системы и моделирование, НИР, 1967., -415 с.

40. Черемисин В.Т., Акимцев В.В., Петров С.И., Метод расчета потерь электроэнергии на тягу поездов в границах отделения железной дороги, Межвузовский тематический сборник науч. Трудов, ОмИИТ, 1993.

41. Шумаков П.В., Delphi 3 и создание приложений баз данных, -М., «НОЛИДЖ», 1998. -704 с.

42. Экономика транспорта, под ред. Данилова С.К., -М., Трансжелдориздат, 1957. 710 с.