автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Разработка методики комплексного проектирования и обоснования морской железнодорожной переправы с использованием многоцелевого грузового железнодорожного парома



ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПРОЕКТНО-ИЗЫСКАТЕЛЬСКИЙ И НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МОРСКОГО ТРАНСПОРТА (СОЮЗМОРНИИПРОЕКТ)

<юкин

Андрей Вадимович УДК'623. 122. 5(260) На правах рукописи

Разработка методики комплексного проектирования и обоснования морской железнодорожной переправы г использованием многоцелевого грузового железнодорожного парома

05.22.19 - эксплуатация водного транспорта

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ыоскза 1993

Работа выполнена в Центрально)« ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте морского транспорта.

Научный руководитель канд. техн. наук,старший научный

сотрудник СОКОЛОВ Л. Г.

Официальные оппоненты: доктор техн. наук,профессор

АРСЕНЬЕВ С. П. канд. эконом, наук, действительный член Академии транспорта России

ВОЛКОВ Б. А.

Веду1дая организация: Сахалинское морское пароходство

Защита состоится ^ 1994 г.

ъ^Учас. е ком. на заседании Специализированного

Совета Д. 103.03. 01. по присуждению ученой степени кандидата технических наук в'Государственном проектно-изыскательскоы и научно-исследовательском институте морского транспорта (Союзморниипроекте) по адресу: 125319 г. Москва .Большой Коптевский проезд ,д 3-а

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Союзморниипроекта

Автореферат разослан ^¿'/"¿Ус^-^ 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета канд. техн. наук АДАМОЕСКИЙ Э. Б.

Обидя характеристика работи

Актуальность теш Расширение экономических свя-

зей с зарубежными партнерами,совершенствование функционирования внутренней транспортной сети с участием различных видов .транспорта как звеньев транспортно-технологических систем,организация устойчивого снабжения островных регионов страны предопределяет дальнейшее внедрение и распространение бесперевалочных перевозок грузов. Это находит свое выражение во все более широком развитии прямых железнодорож-но-водных сообщений с участием высокоэффективных судов-паромов.

Долгосро»Шой комплексной программой развития морского транспорта намечается вести развитие систем паромных сообщений в направлении совершенствования материально-технической базы существующих и создания новых паромных переправ. Планируется организация новых паромных сообщений с такими странами как ФРГ,Швеция,Турция,Япония, Югославия, а■также развитие паромных переправ: Баку-Еектат, Красноводск-Бек-таш, Крым-Кавказ,СНГ-Германия,СНГ-Болгария. Пропускная способность паромных комплексов увеличится в 2,2 раза. Намечается ввести в строй 40 новых судов-паромов. Доля паромных перевозок к 2010 году составит 12-152 от общего объема перевозок во всех видах плавания.

Организация новых и развитие существующих паромных сообщений способствует также решению задач по разгрузке лв-лег/нодорожггой сети, не справляющейся с неуклонно возрзстак>-щим объемом перевозок экспортно-импортных грузов. Это приводит к созданию паромных переправ как дополнения к действующем/ транспортному конвейеру ме.чду регионами страны и Болгарии, Турции, Югославии,Германии . Так,организация паромной трансгюртно-технологической системы со средней для нее характерной.интенсивностью погрузки-выгрузки около 750 т/час позволяет использовать з 5 -6 раз меньше грузчиков, чем для переработки той жэ массы грузов э условиях использования традиционных универсальных схем ведения грузовых операций ( судно-портальный кран-вагон или склад) с

характерной интенсивностью 50-60 т/час. Вместе с этим,производительность 1 т тоннажа паромных судов составляет 350-400 т. м/тнк. сут против 70-80 т. м/тнж.сут для универсального тоннажа. Функционирование паромной системы способствует также повышению сохранности и гарантированности от порчи грузов,являющегося следствием исключения дополнительной перевалки со склада в вагон,либо другое наземное транспортное средство, экономии транспортных расходов на доставку грузов к получатели в виду исключения транзитных платежей третьим странам, через территорию которых проходил бы сухопутный маршрут.

При эксплуатации паромных переправ с Болгарией, Германией удешевление доставки грузов по сравнению с железнодорожным транспортом за счет исключения транзитных плат Румынии и Польше составляет 1,5-1,7 раза.

Таким образом, строительство новых и совершенствование действующих переправ имеют немаловажные экономические и социальные последствия как для развития транспортной сети страны в целом, так и для транспортного обеспечения международных перевозок в условиях расширяющегося товарообмена. В этих условиях более актуальными встают проблемы обоснования организации паромных перевозок,слаженности в работе морского и железнодорожного транспорта, качества предварительных оценочных решений с определением уровня потребных ресурсов.

Дедь диссертации Целью работы является:

1. Разработка методики комплексного обоснования проектных решенией по созданию морской железнодорожной переправы, включающей теоретические основы исследования параметров железнодорожного парома как зйена в системе комплекса паромной переправы.

2. Обоснование принципов определения основных характеристик судна-парома в его тесной связи с береговой инфраструктурой

3. Исследование взаимосвязей между основными элементами паромного комплекса как техническими,так и эксплуатационно-экономическими. !

4. Формирование системы базовых нормативов и наглядных

графических представлений для принятия оценочных решений на стадии подготовки ОТЭТ по судну-парому и всему комплексу переправы в целом.

Б. Разработка алгоритмов и программ ЭВМ для автоматизации комплексных расчетов и выборки оптимального решения при различных системах внешних ограничений как по судну-парому ,так и по другим составляющим паромного комплекса.

Научная новизна диссертационной работы заключа-

ется в следующем;

- проведен комплексный системный анализ современного состояния и перспектив развития морских железнодорожных переправ •

- разработана методика обоснования и комплексного предварительного проектирования железнодорожного парома с учетом элементов,формируюшдх береговую составляющую на основе выявленных формализованных внутрисистемных связей,отражающих механизм взаимодействия эле»,актов судна парша и бере-гоеой железнодорожной составляющей;

- сформулирована обобщенная бинарная математическая модель обоснования основных технических и экономико-эксплуатационных параметров железнодорожной морской переправы как в условиях налагаемых ограничений на элементы берегового комплекса, так и без них,"

- разработаны блок-схема,алгоритм расчета и ЭЕМ-рабочая программа,использованная для проведения автоматизированного счетного эксперимента,в результате которого разработаны рекомендации по определению рациональны?: областей изменения ■элементов комплекса, а также графики функциональных зависимостей мегкду основным» характеристикам переправы.

Теоретической основой диссертационной работы

являются обшдя теория проектирования и оптимизации судов , эксплуатация водного транспорта и специализированных судов,вопросы оптимальной работы портоЕой станции и паромной' переправы, основные положения которых иэлогены 2 работах Ногида Л. М. , Алчуджана Г. А., Мирошниченко И. П. , Соколова Л. Г.,

Снопкова В. И. ,Бурмухамедова П. 3. .Дмитриенко А. В. .Черевачкой Е Р. , Дыбенко Б. А. »

Практическая ценность диссертационной работы

состоит в том,что разработанные методики,математическая модель и ЭВМ программы предназначены для использования в научно-исследовательских организациях при выполнении работ по технико-экономическому обоснованию как развития уже действующих паромных комплексов,так и вновь создаваемых. Разработанные наглядные графческие представления по изменению элементов паромной переправы в зависимости от налагаемых внешних ограничений могут быть использованы в проект-но-конструкторских бюро при составлении технического задания на проектирование как парома,так и берегового железнодорожного комплекса. Кроме того, использование предложенных методов позволит заинтересованным службам прогнозировать финансовый результат работы комплекса переправы в случае изменения тех или иных как эксплуатационных,так и технических параметров.

Внедрение Результаты диссертационной работы

внедрены в Ильичевском порту, СМНИИП, Сахалинском пароходс-' тве,где разработанные методики и ЭВМ программы использованы в научно-исследовательских работах,технических и эксплуатационных службах.

Апробация работа Основные положения и результаты

диссертационной работы докладывались и были одобрены:

на ежегодных научно-технических конференциях аспирантов, соискателей и молодых научных сотрудников ЦНИИ морского флота в 1981-82 годах;

на конференциях молодых ученых к специалистов "Сош-морниипроекта" в 1982 и 1987 гг.;

на конференции проф-преподавательского состава ОШМФа в.1978 г.

Публикации Основные положения диссертации опуб-

ликованы в четырех печатных работах и отражены в отчете по научно-исследовательской работе.

Структура и объем диссертации Диссертационная

работа состоит из введения,пяти глав,заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит . . листов машинописного текста,.. ... таблиц, 45 рисунков .библиографию из БО наименований.

Содержание работы

.Бо введении обосновывается актуальность пробле-

мы, определены основные направления и цели исследования на основе краткой справки по существующим методикам по обоснованию создания и совершенствования морских железнодорожных переправ

В первой главе отражены современное состояние и

особенности проектирования паромных железнодорожных переправ. На основе анализа сделан вывод о том,что для последнего десятилетия характерно строительство таких групп паромов:

- железнодорожных и железнодорожноавтомобильных (К, Вдово ло 10%;

- желеэнодорожнопассажирских и келезнодорожноавтспас-сакирских (Ш,ЖАП)-около 15 %

- автопассажпрсклх (АЛ)-около 75 7,

В мировом портфеле заказов на железнодорожные паромы наряду со снижением числа заказов средний тоннаж возрос по сравнению с 1971 годом в 2,8 раза.

Наиболее широко распространены паромные перевозки на севере Европы-здесь работает около 10 регулярных линий,грузооборот которых увеличился по сравнении с 1970 годом в 1,5 -2 раза. Приведена таблица основных характеристик вагонов перевозимых паромами мирз. Проведен обзор и анализ практики строительства и эксплуатации берегогых гидротехнических комплексов железнодорожных паромных переправ. Используются

4 типа причальных сооружений: открытый, полузакрытый, закрытый и шлюзовой. Показаны случаи применения того или иного типа с конкретными примерами.

В тесной взаимосвязи с применяемым типом причальных сооружений и паромом находится площадь акватории и ее глубина, отводимая для маневрирования судна . Проиллюстрированы технические варианты решения устройств передачи вагонов с берега на судно и сделан выеод о наиболее широком распространении вертикально-поворотных сопрягающих мостов как од-нопролетного,так и многопролетного.

На европейских переправах скаладывается тенденция,направленная на универсализацию переходных мостов. Смысл ее заключается в том,что мост способен работать с паромами, имеющими на срезе накатной палубы различное число ниток железнодорожных путей и:в атом случае.все необходимые стрелочные 'переводы находятся на палубе парома,в то время как береговые железнодорожные устройства этого оборудования не имеют.

Рассмотрены основные способы компоновки железнодорожного участка переправы, включающего в себя предпаромный парк (парк приема-сортировки).выставочный парк,сортировочный парк,пункт перестановки тележек с одной колеи на другую.

По расположению выставочных и сортировочных путей относительно линии кордона паромного причала применяются две схемы: тупиковая и с параллельным расположением путей. Тупиковая схема предполагает последовательное расположение сортировочного и выставочного парков и является более целесообразной, т. к. позволяет исключить целый ряд вспомогательных -сортировочных операций. На переправах нашей страны принято тупиковое расположение железнодорожных парков. При параллельной схеме сортировочный и выставочный парки имеют .параллельные железнодорожные колеи . Использование такой схемы является вынужденным решением в условиях большой стоимости отторгаемых земель,жестких ограничений по территории паромного комплекса,сравнительно малого вагонооборота.

Показано.,ч то развитие паромных сообщений идет по двум направлениям. Одно - перевозка грузовых железнодорожных

составов и большегрузных трейлеров,другое - перевозка пассажирских поездов и пассажиров,что проявляется в неуклонно увеличивающимся груэо- и пассажиропотоках,определяющих как увеличение вместимости парома за счет устройства дополнительных накатных палуб ,так и изменение архитектурно-конструктивного типа за счет увеличения длины и ярусности пассажирской надстройки и устройства более производительных грузовых устройств внутри судна .

В настоящее время переработка возрастающего на большинстве переправ вагонопотока производится в основном за счет резерва пропускной способности железнодорожных путей переправы,это позволяет не модернизировать береговые устройства комплекса ,однако требует увеличения либо числа паромов.либо их вместимости.

Современные тенденции развития паромных переправ характеризуются заменой уже эксплуатируемых паромов судами большей вагоновместимости без модернизации береговых комплексов. Представлена таблица,характеризующая мощность переправ СНГ ,которая в 3-4 раза выше, чем в странах Западной Европы.

Приведены и обобщены основные особенности проектирования паромов на основе анализа изменений весовых параметров и характеристик вместимости (водоизмещения в грузу И^и порожнем Б„,кубического модуля 1_ВН .положения центра тяжести судна в грузу), главных размерений и их соотношений (Ь /В=Б, 2-6,7 В/Т =4-4,8 1_/Т=19,5-27), коэффициентов утилизации водоизмещения по чистой грузоподъемности?,дедвейта по чистой грузоподъемности Чъи

Особое внимание уделено характерным параметрам,таким как число линий по ширине парома,протяженности накатных линий,грузовместимости. По мере увеличения полезной грузоподъемности все коэффициенты имеют тенденцию роста и находятся близко к своему верхнему значению. Проведен анализ изменения коэффициентов полноты корпуса << , с?> , и определены основные расчетные формулы для их определения. Рассмотрены особенности и специфические требования к движе-тельно-рулевому комплексу,энергетической установке,заключа-

ющиеся в обеспечении большого значения резерва мощности повышенной маневренности по сравнению с другим транспортными судами. Особо освещены также характеристики остойчивости и непотопляемости.

Проведенный анализ современного научно-методического подхода к обоснованию технических средств комплекса железнодорожной переправы показал, что:

- при первичном определении вагоновместкмости по массе перерабатываемого груза и налагаемым внешним ограничениям большей частью на главные размеренна,используются статистические и аналитические методы. Такой метод не позволяет на • предварительных стадиях провести исследование по иаменениям . архитектурно-конструктивного типа и основным характеристикам судка при варьировании расписанием движения поездов, средней загрузкой вагонов, средней скоростью движения составов по сухопутью, а тагам ограничениями, связанными с береговым комплексом переправы и ее акваторией;

- не разработан цельный логический механизм взаимосвязи между всеми элементами комплекса. Это делает весьма затруднительным изучение вопроса взаимовлияния составлявших терминала друг на друга и на этой основе выработки предварительных проектных оценок,связанных со всем комплексом морской железнодорожной переправы;

- экономические аспекты эксплуатируемых переправ основаны на минимальных приведенных затратах как критерии сравнения вариантов паромов и паромных комплексов. Этот критерий

в условиях функционирования новых хозяйственных связей просто устарел.

В связи с этим сформулирована задача создания более совершенной методики по обоснованию морских железнодорожных переправ, основанной,в первую очередь на комплексном подходе к формированию всех основных звеньев переправы.

Вторая глава посвящена особенностям методичес-

кого подхода к проектированию железнодорожного парома как ЗЕена транспортно-технологической системы.

В основе методического подхода к проектированию желез-

нодоролпюго парома лежат главные отличительные особенности присущие именно этому типу судна и не имеющие принципиального значения для других типов сухогрузных судов. Е этом ключе рассмотрены принципы формирования архитектурно-конструктивного типа парома,главенствующее влияние на который оказывают характеристики перевозимого груза и назначения парома; технологии грузовых операций, стремление к максимально возможному полезному использовании строительных размеров корпуса; необходимость в максимально возможной степени снизить энергозатраты эа счет рационального проектирования формы корпуса; условия линии эксплуатации.

фи определении главны;: размерений корпуса парома наибольшее значение имеет фактор наилучшей утилизации строительных размеров, что нашло свое выражение в полученных аналитических зависимостях;

К - 2,95 - 0,25т + 5,48т± 0,1 ; (1)

где . +0.1 - для бортового расположена шахт Ш;

-0.1 - для центрального расположения шахт Ш; щ - количество накатных линий по ширине грузовой палубы;

К = В /ш , где В - ширина парома по накатной палубе. Зависимость ширины кормовой части от максимальной ширины грузовой палубы апроксимпруется зависимостью

Ьк= 0,55В + 8,0 . (2)

Используя в дальнейшем соотношение Ь/В возможно определить в первом приближении длину грузовой палубы. Дальнейшее формирование АКТ парома основывается на учете межпалубных расстояний,протяженности пассажирской надстройки, рассчитываемой по нормативам и соотношениям 1УН=13-М6; Ь/Т=20г25 .

Тип используемых грузовых устройств, их грузоподъемность и производительное,ть напрямую связаны с применяемой

технологией производства накатки/выкатки вагонов, распределение!.! их по железнодорожным колеям грузовых палуб при максимально возможной интенсивности грузовых работ.

Параметры грузовых средств определяются на стадиях расчета эксплуатационных параметров комплексов, с последующим уточнением вагоновместимости парома и элементов расписания работы всего комплекса переправы, т. к. тесным образом связаны с допускаемым стояночным временем, зависящим от ос-ваемого вагонопотока, вместимости парома и расписания его движения.

Конструктивные особенности корпуса парома определяют условия линии эксплуатации, обусловливающие наличие определенного ледового класса , прочность и конструкцию переборок и надстроек рассчитываемых в зависимости от нагрузок. Носовые и кормовые шпангоуты имеют достаточно большой развал (что достигается за счет ' V образной формы). Носовые - в связи с удобством и наименьшими потерями полезной площади палубы при размещении вагонов; кормовые - уменьшение просадок кормы в процессе грузовых операций через кормовой лац-порт.

Применение всех приведенных обоснованных моментов наряду с приблизительными графическими проработками позволяют, в первом приближении,получить представление об АКТ железнодорожного парома и на дальнейших стадиях произвести его необходимую доработку и корректировку.

Непосредственное влияние на определение основных элементов судна оказывают предпосылки связанные с ограничениями' по:

- водной акватории;

- береговой территории;

' - длине, ширине и осадке парома,

Главный смысл этих факторов заключается в принятии обоснованных решений при проектировании парома и всего комплекса переправы на территории действующего порта или жесткого лимита на отторгаемые площадей.

Наряду с этим рассматрен случай отсутствия всяких внешних ограничивающих моментов.

Влияние первых двух видов ограничений (по акватории и береговой территории) подробно рассмзтрен в специальных разделах главы 3,в этой главе' основное внимание уделено третьему виду ограничений.

Возможный интервал изменения длины, связан с условиями линии эксплуатации оговариваемыми в техническом задании. Относительно короткие волны < 0,4 и относительно

длинные Х/и > 1,6 порождают в несколько раз меньшее дополнительное сопротивление движению судна, чем волны соизмеримые ■ с его длиной ( Д - длина расчетной волны).

В этих условиях желательно иметь длину парома в интервале

<6 ^ о,ч

(3)

Используя найденную в результате проведенных исследований регрессионную зависимостьл _1.тзх - 59,48 , может

■ 0,15

быть определена вместимость, выраженная в длине накатных линий

Ширина парома (В) определяется в зависимости от числа накатных линий на грузовой палубе парома (ш) ;

В = 2,20111+ 10,30 (4)

при центральном расположении шахты машинного отделения или

В = 2,68 и + 8,56 (5)

-при бортовом расположении шзхт машинного отделения. Зависимости 'были получены на основании проведенного регрессионного анализа по действующим судам.

Определение водоизмещения в грузу производится по регрессионной формуле

£

D = 213,65 ( — ) , (6)

осадки парома - по формуле

Т*= L-Ь-Ц-Ь '

при определенном коэффициенте 6 - по формуле

5 =1,00-1,68 FR, дающей на основании проведенного анализа наиболее близкие к реальности результаты.

По полученным значениям главных размерений и характеристик парома осуществляется их проверка по критериям остойчивости, бортовой качки,сопротивления воды при движении и потребной мощности.

■При решении вопроса о необходимой остойчивости рассматриваются три основных фактора, характерных для парома:

1.' Недопустимость значительных ■линейных ускорений у борта.

2. Обеспечение надлежащей динамической остойчивости и остойчивости на попутном волнении.

3. Обеспечение аварийной остойчивости.

Исследованию подвергались следующие характеристики:

Dh - коэффициент остойчивости;

h - отношение h/B;

В - ширина;

Т - осадка;

1чмет- начальная метацентрическая высота; - резонансная амплитуда бортовой качки.

Расчет вместимости'., скорости и количества паромов для обеспечения необходимой провозоспособности переправы строится на закономерностях рядов и арифметической прогрессии и выражается зависимостью п

nc Vcp = V, +£ V, (2k+ 1) + [V, + V, (|2n - II)] , (8) к=1

где п,- часть целого железнодорожного состава;

пс- число составов одновременно находящихся в движении на одном и том же участке маршрута (сухопутны! или морской); V, - скорость движения составов • Уср- средняя скорость парома-к - целое число.

Определение стояночного времени парома, а отсюда-и элементов рейсооборота ( I ; V ср; Уэк ) осноеэно на согласовании интервалов отхода паромов с интервалами работы железнодорожных парков переправы, а также принятых технологических приемов грузообработки. Расчет интервалов движения паромов и времени рейса базируется на согласовании их с периодичностью заполнения вагонами выставочного парка. При таком подходе обеспечивается тесная связь между работой береговых комплексов и парома, а интервалы движения транспортных средств кратны суточному.

Определение количества паромов выбранной вместимости базируется на общепринятой формуле

Р 1р

N - - , (9)

п Уэк Ы

р - вагонопотск через переправу ;

1:р- рейсооборот парома ;

п - вагонов),5есгиыость парома;

У«- эксплуатационная скорость парома;

км- коэффициент задержек по метео причинам.

Применяемый подход к определении-вместимости, скорости и количества паромов обуславливает четкое соблюдение расписания движения железнодорожных составов, это в свои очередь позволяет более обоснованно подойти к проектированию железнодорожных парков паромных переправ, по сравнению с используемыми в настоящее время иэтодшсаш в которых временной критерий играет второстепенную роль

Расчет энергетических характеристик парома строится на использовании функциональной связи энергетических характеристик с вагоновместимостыо, полученной апроксимацией статистических данных трехчленом п -ой степени

ОУэк - -6056 1 + 989 1 + 246000. (10)

Далее производится уточнение полученных значений энергетических характеристик путем расчета сопротивления воды движению судов,с использованием пропульсивногй коэффициента^ коэффициентов попутного потока и засасывания .

Третья глава посвящена, методическим вопросам

формирования железнодорожной части паромной переправы и ее акватории.

Е основе методического подхода к проектированию береговых железнодорожных комплексов морской паромной переправы лежат принятые технологические приемы по обработке вагоно-.потока, согласованные интервалы отхода парома с ' цикличностью работы железнодорожных парков, принятые нормативы образования территории, разработанные организациями Министерства путей сообщения России.

Возможные технологические приемы ведения грузовых работ сводятся к двум вариантам: либо паром освобождается полностью от вагонов, - а затем начинается накатка отправочной партии, либо накатка вагонов производится по мере осво- -Оовдения парома.

В первом случае длина путей выставочного парка Овп равна удвоенной длине накатных линий.парома,т. е.

(}вп = 21 . (11)

Во втором

Овп = 1 + 1/ш . (12)

Работа сортировочного парка рассмотрена в тесной связи с функционированием выставочного парка. Кроме того, предусмотрены дополнительные пути. Длина путей определяется по зависимости

Qcn - qbn/2 + Одоп. (13)

На основании нормативов МПС, и суточного вагонооборота, а также условий неразрывности в расписании движения вагонов как по суше,так и по морга определена общая длина путей парка приема-отправления

Qnn » 900 iïïip Сш'тр] . (14)

Расчет емкости сортировочного парка строится на согласовании интервалов отхода парома с интервалами подготовки передач на паром

Тсор = W trop. (15)

Если по каким-либо причинам невозможно обеспечить равенство (15) и Тсор < Тпар, то длина путей в парке увеличивается в f раз по отношению к Qcn

Г = Inap / Тсор. (16)

Ограничение по площади берегового комплекса формализуется равенством

Smt = S(+ Sj+ S4= С Lim 1, (17)

где Sf ; Sx ; Sb t ^ • ~ площади приемоогправочного, сортировочного и выставочного парков соответственно

Определение площадей S^ ; ; Sj строится на основе решения системы уравнений:

Эпк = + Бг +

^ Б, = 900 Мгр.с-2 | Бг = (1 + 900 Одоп).с-Г" - 2-1-С

Результат решения имеет вид

1 = Бпк-900 Одоп с Г-ЭООттр с 2 / 2Г+Гс, (19)

1 - длина накатных линий парома о - удельная площадь территории,приходящаяся на 1 п. м железнодорожной колеи

Методические основы формирования площади водной акватории, глубины, количества и размеров причалов и гидротехнического обустройства базируются на определенных ранее главных размерениях парома, на условиях технического задания," определяющих расчетную высоту волны Гшол и тип донных грунтов, а также нормативных документах .

Размер плошдди акватории Бакв, в предположении, что здесь осуществляются маневры парома перед его стыковкой с береговыми переходными устройствами

Определение проектной глубины акватории (Но) базируется на вычисленной предварительно осадке парома То и типе донного грунта

Длина,высота и ширина причала определяется по зависимостям 1л = I- + 21 Нп = Но + 2,5 Вп = 0,9Нп

Необходимое количество причалов М потребных для обслуживания паромов рассчитывается на. основании коэффициента занятости, зависящего от интервала движения паромов I

2акв = 2,25 I

(20)

Но = Нн + 1ч

+ 1 + 1 + 1 + 1о

(21)

М. = (Kq / I) 1007. ; Kq = Q / n.

(22)

Если М >65£, то необходимо 2 причала,, в противном случае - 1.

Тип и конструкция гидротехнических сооружений, защищающих акваторию комплекса,определяется на основании 1"ш0л с внешней части сооружения и типе донного грунта - .• ■ . •

Расчет элементов подъемно-переходного моста заключается в определении длины на осноЕе величины возникающего диф-ферентующего момента при определенной технологии грузовых операций,угле саморасцепления вагонов,количестве пролетов. Для однопролетного моста определяется длина при выкатке вагонов с парома и при накатке и принимается большая величина, рассчитываемая по неравенствам;

™ (вн(оо - ) £м (sH(s>e-tpj +

. Q.S-n-t-l?-* 2HLl l-n-L и I L .г /п,

Бакатка

/ N Hrn + hvP-hnp-Thop . * ¡3705 1

^s мЛ

(23)

(24)

Основная идея устройства двухпролетных мостов сводится к понижению конца морского пролета, примыкающего к береговой-части моста, за счет берегового пролета, длина которого ■.,-.. .. ". \ ' . •

/) ч I (Hm-Te-[bep]-(hnpihyp) 1 /ОЕ.<

** > I о,OS- I ( }

Число береговых пролетов определяется исходя из условия,что длина одного пролета не превышает 25 м .используются ограничения по углам сопряжения секций моста между собой,а также с кормовой оконечностью парома и береговым пролетом которые . определяются формулами:

Ь Нт-Ьуку, -Тнач %-и Й-{аЧ-Ы) (27)

чр = _Я**1__(28)

Т «Чг*,

Использование приведенных зависимостей (26) - (28) с ограничением на утлы сопряжения моста А ,* §; У позволяет определить такие основные характеристики парома как Ь и О, используемые для дальнейших расчетов основных элементов парома. Применение формальных зависимостей по обоснованию берегового комплекса и акватории по основным характеристикам парома приводит к выработке одного из возможных проектных '.решений по,комплексу паромной переправы, приемвдаость'ь которого оценивается при сравнении с другими, полученными ранее проектировочными решениями. Наряду с этим,также могут быть уточнены возможные диапазоны изменения элементов парома.

Решая.уравнения при известной длине моста, можно получить изменение просадок кормы парома для различных вариантов расположения вагонов на мосту,к,вводя моменты времени ^ т.д. рассчитать:.' . изменение просадок кормы парома дТк во времени.

В четвертой главе описывается бинарная матема-

тическая модель обоснования осноеных параметров переправы.

Для описания, проектирования и анализа работы комплекса железнодорожной переправы предпочтение отдано модели ап-ромаксимационного типа, содержащей в своей основе количественные связи между показателями и характеристиками, отражающими внутренние закономерности исследуемого объекта.

Основой формирования модели и предпосылками ее функционирования служат: цикличность работы переправы; соблюдение расписания перевозки вагонов при соответствии временных интервалов в обработке судна и в подготовке отправочной партии на предпаромной станции; соответствие количества судов, их вместимости и скорости предполагаемому к обработке ваго-нопотоку в условиях определенной системы ограничений; самофинансирование. Формирование обобщенной технико-экономической модели рассматривается как задача, имеющая систему двойственных оценок, предполагающих обоснование паромного комплекса как со стороны возможной технической реализации (подмодель А с выбираемыми приоритетами расчетов по элементам комплекса), так и с экономической точки зрения (подмодель Б) (рис. 1),(рис. 2).

X И, - X Ы, >/ О

V 6 N ¡С Ппр-"1"1*

|п5

£ (чтя)

3

Ей -х

¡4

тт

1 = А

П/Уэк = С0П31 Тр = Ьх + ^т

J

(29)

где X - вектор основных технических характеристик комплек-• са;

М,г- нормативы затрат и доходов по эксплуатационной деятельности для расчетов потребных получаемых ресурсов; ЦК-- грузооборот (вагонопоток) по 1 числу паромов (ц-

полезная грузоподъемность парома; V/ - вагоновмести-мость парома);

А - суммарный грузооборот (вагонооборот);

X] - вектор j составляющей паромного комплекса;

Р: - вектор ограничений налагаемых на j составляющую парошого комплекса;

Ппр- хозрасчетная прибыль парового комплекса;

П? - совокупные приведенные затраты по всему комплексу;

п - число составов|одновременно находящихся в движении на одном и том же участке паромного маршрута.

.Формирование подмодели А сводится к составлению серии моделей, каадая из которых позволяет определять технические и эксплуатационные параметры комплекса при различных системах ограничений.

Устройство переправы в условиях уже действующего порта предполагает лимитированными следующие характеристики:

Бгкв - ограничение по площади акватории;

Ьтах - максимальная ширина между действующими причала-{ ми либо причалами и береговой зоной;

С Уц; 7й ] - возможный интервал еходных скоростей парома;

С Ур3; У^ ] - возможный интервал эксплуатационных скоростей;

Накв - лимитированная глубина акватории.

Необходимым является выполнение следующие условий:

Шах ч< Г (5акв)

• Ьпвх ^ Г(Бакв); [V*

Тюх ^ Г(Накв); 11 е

Етах ч< П Ьгвх)

- э

\ Ч< Г (5) < ^

г.е

(30)

с .,т

Эти условия являются конкретным, проявлением неравенства Xj < Pj обобщенной модели (29),

где j - условно принимает значение 1, а деэ других составляющих Xj при j-2; 3 подлежат определению в ходе расчетов по конкретным модельным алгоритмам.

В условиях ограничения площади территории,отводимой для устройства железнодорожных парков система ограничений неравенства Xj N< Pj принимает следующий вид:

Шах ч< f (Бпк)

Lrtax ч< f ( WIibx; CL^ ; L^ ])

Вшах -i f(Wmax; CB^ ; B^ ]) (31)

v„a N< res) < v/

Tmax = f(Вшах; h H ; Winax)

При ограничениях, налагаемых на главные раэмерения парома Xj s< PjJпpeдcтaвляeтcя следующей системой неравенств:

Virax ч< f(Lmx); С f (Emax) ]

Вшах ч< f (Wmax); [ Lmax ^ f (Vmax) ] (32)

Tmax ч< f(he Ht ; Vmax)

V^ v< f( S ) ч< VR3

Критерием согласованной работы всех звеньев паромного комплекса является выполнение условия п/'/зк = const, что означает соблюдение условия равенства интервала подготовки отправочной партии вагонов на берегу I бер и интервала движения паромов 1,т. е.

]1бер - I[(£ где £ - допустимая бесконечно малая величина.

Формальная запись подмодели В . представляется как

ХИ, - ХЫг >,Д

п

п

ш.-* тт

N,,6 ы;

Х'плр-^"1" .(34)

и предусматривает предварительное определение всей системы ■ нормативов затрат и доходов как в период строительства, так и эксплуатации всех звеньев перепрагы для расчетов потребных финансовых ресурсов и получаемой прибыли.

В качестве главного экономического показателя принята прибыль по основной эксплуатационной деятельности, а наряду с этим определяются также и удельные приведенные затраты на 1 т перевозимого груза, на 1 вагон, на 1 милю паромного маршрута. Это позеолит предсказать финансовый результат работы переправы, а также выделить наилучший вариант компоновки паромного комплекса при использовании вариантного метода расчета.

В первую очередь в подмодели Б производится расчет капитальных вложений при организации комплекса, расходов и доходов от эксплуатационной деятельности переправы на основании технических данных, полученных в подмодели А и существующие нормативов как по капиталовложениям, так и по расходам и доходам..

Необходимые капиталовложения рассмотрены по всем составляющим комплекса - судно, берег, акватория.

где Ш - стоимость отдельных элементов парома;

- количественные характеристики ;)-го элемента (куб. м.; т; квт.; руб);

- удельная стоимость ^-го элемента судна (руб).

(35)

Блок-схема формирования'комплекса морскоЛ жэлээнодоротаой переправы в условиях ограничений по площади акватории ( ПОДМОДЕЛЬ А )

1 1 1

Расчет осноеных элементов парома | 1 1

1 i 1

1 2 1 1

Расчет вместимости парома | 1 |

1 1 |

1 з 1 1

Расчет остойчивости парома | 1 i

1 1 |

1 4 1 Формирование расписания работы |

переправы а расчет основных |

эксплуатаци-онньпс показателей | i

1 1 |

1 5 1 Расчет элементов берегового |

|комплекса переправы включая прод емно- I

переходной мост |

1 1

1 б 1 1

Расчет гидротехнического |

обустройства | i

Рис. í

Блок-схема расчета экономических показателей . при строительстве и эксплуатации комплекса морской железнодорожной пэрепрагы

( ПОДМОДЕЛЬ Е )

.1 I

Расчет капитальных вложений |

при организации переправы |

2 I

Расчет эксплуатационных расходов |

3

Расчет доходов по основной эксплуатационной деятельности -1-

4 Оценка эффективности работы |

паромной переправы |

Рис, 2

Анализ точности полученных значений определи необходимость параллельной оценки стоимости парома по удельному покэгате-лю(стоимость на один перевозимый вагон в зависимости от типа парома И,ЖА,Л1, Ш1 и его АКТ)

Расчет капитальны« вложений з железнодорожную часть паромного комплекса производится по укрупненным показателям, приведенным в работах Гнпротранстэи и Кигвгипроттранс , методическим положениям по расчету капитальных вложений Института комплексных транспортных проблем (ЖГП).

Определение капитальных вложений в гидротехническое обустройство производится по нормативам, разработанным Со-юзморниипроектом по статьям: берегозащитные сооружения, днбукрепление, причал для приема паромов в зависимости от типа применяемых гидротехнических конструкций в расчете на 1 км сооружений расчет основных эксплуатационных расходов по парому производится по статьям:

- амортизационные отчисления; .

- расходы на текущий ремонт;

- расходы на снабжение;

- расходы на топливо и смазочные материалы;

- навигационные расходы;

- расходы на содержание экипажа;

- косвенные расходы;

- инвалютные расходы.

Ш остальным составляем комплекса- на основе разработанных удельных нормативов.

Получаемые доходы определяются по взаимосогласованной между грузоотправителем и грузополучателем доходной ставке, зависящей и от типа перевозимого груза, его стоимости, комплекса дополнительных услуг по перевозке и перегрузке.

Пятая глава посвящена исследованиям по обосно-

ванию комплекса паромной переправы и разработке рекомендаций по практическому использованию результатов.

. Проводимые исследования базируются на положениях разработанной методики по технико-экономическому обосновании

комплекса морской железнодорожной переправы и касаются вопросов, связанных с влиянием изменений осваиваемого Еагонопо-така, основных параметров комплекса и его элементов на эксплуатационно-экономические показатели работы. Исследования такого рода позволяют определить оптимальные зоны и границы изменений характеристик основных звеньев переправы с учетом тех или иных ограничений. Для удобства в практическом использовании результаты анализа представлены в Еиде наглядных графических и функциональных зависимостей. Их применение позволяет проследить тенденции изменения выходных технико-экономических параметров в соответствии с изменениями элементов технического задания на проектирование. При исследовании поведения системы комплекса переправы использованы методы системного анализа.

Таким образом,вся совокупность исследуемых факторов, представяявиря из себя следующий набор:

-площадь акватории и территории паромного комплекса; -грузо-и вагонопоток; -вместимость парома; -количество эксплуатируемых паромов; -производительность работы парома и его АКТ; -эксплуатационный период; -коэффициент использования грузоподъемности; -средняя эксплуатационная скорость движения; -коэффициент использования ходового времени; • -прибыль по оснобной эксплуатационной деятельности; -приведенные затраты на единицу груза, разбита на основополагающие, не зависимые от целей решаемой задачи:

-грузо-и вагонопоток; -вместимость парома; -АКТ; •.

-средняя эксплуатационная скорость движения; -прибыль по основной эксплуатационной деятельности; -приведенные затраты на единицу груза, и остальные-производные,определяемые специфическими условиями производства расчетов.

Исследование факторов, определяющие элементы берегового обустройства и акватории,показали что площадь акватории растет быстрее площади территории. С ростом вместимости самого парома темп роста Б акв превосходит темп роста Б тер в 2,6 раза (рис. 3),

С целью исключения влияния абсолютного значения ваго-нопотока (}в на Закв и Бтер были подвергнуты анализу тенденции изменения относительной величины = Закв/Бтер в зависимости от роста Цв (рис. 4).

Тосным образом с вместимостью и эксплуатационной скоростью парома связано необходимое число работающих на переправе судов. В этой связи исследована транспортная мощность переправы У-п .которая выражена аналитической степенной функцией Еида у = а-х";

= к* С?г (26)

Изменение.площади территории паромного комплекса :5тер' при определенном грузопотоке .'(Зг* достигается только за счет изменения коэффициента дисбалланса 'кдис' в работе морской и сухопутной частей переправы,

Приведенные графики выражаются прямыми линиями, функционально выраженными зависимостью

5тер = кг

кг- имперический коэффициент (37)

' При расчетах конкретных величин Э тер в зависимости от С! г использован метод пересчета с базовой прямой;

Анализ графиков показывает, что изменение на 5га площади акватории приводит к изменению на 0,5 - 0,3 га площади территории без какого-либо влияния размера грузопотока.

Практическое использование графиков ,а также предлагаемых простейших аналитических зависимостей позволит быстро определить примерное численное значения Бакз, 2тер и комплексных эксплуатационных параметров в зависимости от грузо-

ie . 18 . . 17 . 16

15 ■ 14 . 13 12 II ' 10

Snep 30

Sflfg

Step

gQ ; JQQ : J5Q

Рис.* 3 • Врафик для определения площадей акватории

Sc«£; S~ei> и территории в зависимости от вагоновместимости парома W

W

1,0 0,9 .

0,8 -

0,7 0,6

0,5 0,4

2л

III зона

4Г0

¿¡¿<10 tuc.3x.zbs

Рдс. 1/1 График для определения '/»=.

ер

в зависимости от вагонооборота

потока, вагояовместимости, АКТ и скорости парома. На графике (рис.5) приведена зависимость изменения осадки Т от эксплуатационной скорости парома в условиях стабилизации I и В , а также весового эодонэмещэния при сохранении постоянной моцностй переправы.

Немаловажной характеристикой для' парома является остойчивость и связанная с ней плавность качки и ускорения у борта т.к. это,в свою очередь,определяет инерционное усилие в элементах крепления вагонов. Эти параметры тесным образом связаны с 'коэффициентом <У (рис 6). В условиях постоянства водоизмещения, может быть определен паром, удовлетворяющий определенным характеристикам по ускорениям у борта.

АКТ парома тесным образом связано с вагоноЕмести-мостью. Проведенные серии расчетов при различных вагонопо-токах и Еагоновместишсти позволяют сделать вывод о том, что границей изменения АКТ является вагоновместимость 50-55 вагоноЕ. При однопалубном пароме с вагоноЕМестимость» Соль-шей указанного предела соотношение главных размеренна парома находится в недопустимых областях с точки зрения ходкости, прочности, остойчиеости судна. Так^Ь/В лежит ва пределами 10 -11; 1/Н - 18-19,5; В/Т - 4-5 - избыточная остойчивость.

Выявленные закономерности в изменении величины расходов позволят обосновать уровень доходной ставки, обеспечивающий получение' необходимой для развития прибыли. На рис.7 представлен график, иллюстрирующий изменение величины годовых эксплуатационник расходов по комплексов . зависимости от вагонопотока ,0в" и вагоновместимости парома V. Изменение величины расходов характеризуется возрастающей прямой вида

У - ах + Ь, . (38)

Б приведенном случае для определения значения Ов угловой коэффициент 4 составляет около 0,3, а величина & определяется вагоновместимостьи расчетного парою. Таким образом, зависимость (38) будет иметь вид:

и вахоноЕместшлости парома

90 80 70

ео

50

40

30 20

. 10

Bp С У сл. eg}

QIOdic-.T;

IOOO

2000

3000

^v, 4Ô00 50UO- 6ÖUÜ 7ÛOO Рио. 7 График завпсимостй эг.оплуатшхионншс I

по комплексу при изменении грузопотока Q¡ и вместимости парома V/

Ппр ClJ«*-G9>

QíCruic-O

_I_i ; ;_i_

_ ~i55 IOOO . 1500

Рис. ö График зависимости изменения прпбют

от величию: грузопотока Q г ирр постоянной

вагоноигеоткмости парома

парома

ЛлрСЦ сл.ез)

ПпрС усл.Щ)

10,0 Рис. 40

20,0 УСуса) ю

Графики эшзяснмостп получаемо: эксплуатационной скорости парада V лостоянро^ доходной ставке,грузопотоке вагоновие откроет парома V/

,0 20,0 1 прибили Плр ох при Ог И

•Ер - 0,3 0г. + Ь

(39)

где<# • составляет Юед при изменении Еагоновместимости на 7-8 ед. Прозеденные исследования показали, что темпы роста Ер при изменении Ог остаются неизменными.

Закономерность в изменении прибыли по паромной переправе отражается на графиках (рис.8,9,10).

Наряду с исследованием прибыли были рассмотрены закономерности изменения величины удельных приведенных затрат (гпр.) на 1т перерабатываемого груза в зависимости от ваго-нопотока (Сват) и величины средней загрузки 1 вагона (ч) (рис. 11).

При помощи графиков, приведенных на рис. 3-10 и зависимостей представляется возможность -на начальных стадиях формирования технико-экономических обоснований (ТЭО) комплекса переправы определить значения основных параметров, охватывающих материально-техническую базу, эксплуатационные и экономические категории, а также выполнить ряд дополнительных расчетов}связанных с характерные ситуациями,возникающими при введении различного рода ограничений на те или иные параметры.

В заключении отражены основные результаты исс-

ледований и возможные области использования работы.

Основные результаты и выводы • 1. Проведен всесторонний анализ современного состояния и перспектив рззвития морских железнодорожных переправ,

2. Систематизированы особенности проектирования железнодорожных паромов в тесной Егаимоувлзке с элементами берегового комплекса.

3. Выявлены и формализованы внутрисистемные связи, отражающие механизм взаимодействии элементов судпа-парома и береговой железнодорожной составляющей.

4. Разработана методика,позволяющая использовать в качестве исходных характеристик для определения остальных составляющих как судно-пэром,так и элементы береговой базы.

. Pao. íi Грайаки зависимости загонопотока G&i от величины удельных приведенных затрат по комплексу переправы £лр

Методика позволяет определить вместимость,АКТ и скорость парома в тесной взаимоувязке с необходимой пропускной способностью переправы,определить основные характеристики и главные размеренна парома в зависимости от ограничений по водной акватории,оценить остойчивость парома при перевозке вагонов с различной номенклатурой грузов и дать рекомендации по необходимой балластировке судна,сформировать железнодорожную часть переправы,определяемую необходимой емкостью парков приема, формирования и подготовки вагонов в зависимости от технологии ведения грузогых работ.

5. Обобщена и дополнена система эксплуатационно-экономических нормативов и показателей работы паромного комплекса, позволяющая оценить необходимые капитальные вложения и эксплуатационные расходы.

■ 6. Сформулирована обобщенная математическая модель обоснования основных параметров железнодорожной морской переправы как в условиях налагаемых ограничений на элементы берегового комплекса,так и без них,а также разработан блок экономических и эксплуатационных расчетов.

7. Разработана серия ЭВМ программ для проведения серийных. расчетов, на основании которых построены графикические зависимости вагоновместимости,площади акватории и территории, комплексных эксплуатационных показателей,приведенных затрат в зависимости от изменяющегося вагонопотока,средней загрузки вагонов,средней эксплуатационной скорости и количества судов-паромов,периода эксплуатации. Даны практические рекомендации по назначению диапазонов варьирования тех или иных параметров,

8. Проведенный с помощью разработанного инструментария анализ проектирования и эксплуатации действующих паромных переправ нашей страны показал хорошую сходимость разработанных расчетных алгоритмов и возможность их использования при технико-экономических обоснованиях и на ранних стадиях проектирования комплекса.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах

1. Определение длины подъемно-переходного моста железнодорожной паромной переправы // Труды ЦНИИМФ - 1983 г. -вып. 285 - с 99-106

2. Принципы формирования основной концепции железнодорожной паромной переправы // В кн.: Перспективные типы судов, их мореходные и ледовые качестза.-Л.: Транспорт, 1988 г, с.98-106

3. Принципы построения математической модели обоснования комплекса морской железнодорожной переправы на ранних стадиях проектирования . // Перспективные типы морских транспортных судов,их мореходные и ледовые качества. Сб: науч. трудов ЦНГООШ-Н.: Транспорт, 1990 г., с 127-137.

4. Результаты исследования взаимного влияния основных параметров комплекса паромной переправ-ы и эксплуатационно-экономических показателей его работы с использованием экономико-математической модели // Перспективные типы судов.— Сб. науч. трудов ЦНШ2Ма.«И.: Транспорт 1991 г, }с. 174-185