автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Совершенствование режимов вождения поездов и повышение эксплуатационной надежности графика движения (в условиях тепловозной тяги)

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА

Г Б ОД На правах рукописи

6 1!!0Н 1325 КЕИЗЕР Александр Прокофьевич

УДК 629.4.076:656.222.4 — 192(043.3)

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЕЖИМОВ ВОЖДЕНИЯ ПОЕЗДОВ И ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ (в условиях тепловозной тяги)

05.22.08 — Эксплуатация железнодорожного транспорта (включая устройства сигнализации, централизации, блокировки и технологической связи)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидат технических наук

Гомель 1995"

Работа выполнена в Белорусском государственном университете транспорта.

Научный руководитель — академик Академии транспорта Российской Федерации и Украины, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники Республики Беларусь П. С. Грунтов.

Официальные оппоненты — доктор технических наук, профессор В. И. Некрашевич (Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта);

— кандидат технических наук, доцент Н. Д. Малькевич (Белорусский государственный университет транспорта) .

Ведущее предприятие — Белорусская железная дорога.

Защита состоится « .6*. » ЦЮЛЯ 1995" г. в . час

на заседании специализированного совета Д 114. 10. 01 при Белорусском государственном университете транспорта по адресу: 246653, г. Гомель, ул. Кирова, 34.

С'диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « . » иЮИй 199^г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес совета университета.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тот. При пароходе па ноше экономические и рыночные отношения главным направлением в работе же легло дороааюго транспорта становится удешевление эксплуатационной раЗстп, существенную роль в кстсрс.Л отводится рациональному потреблению гсплиспо-энергетичеоких ресурсов. Решение этой проблемы достигается за счет совершенствования конструкции и осеепечетм тро^уомих го ыпко-экономических показателен локомотивов, использования ращк.ьалышх режимов при ведении поездов, оптимальной реалкзмшя грь{л!ка испокнон-ного движения.

В сспромешшх условиях эксплуатации нолос-л«точт> разработать план формирования и мшшогерский график движения, потопу что реальная поездная ситуация на участках из-за неравномерности перевозок и сбоев (технических а технологических) существенно отличается от нормативных условия. В результате требуется расчет покдоЯ "нитки" графика по конкретным параметрам: длине и массе поезпа, скорости-движения с учетом действующих ограничений, наличия осишсвск. Практическое решение этой задачи необходимо выполнять с использованием закономерностей движения псездов на участках методом его моделирования на ЭВМ. В ностояшее время пока еЩо не разработана имитационная модель, которая позволяет проводить исследования по оценке эксплуатационной надежности выполнения графика движения нооздов. Поэтому главным элементом диссертации является решение этой задачи с учетом энергетически-оптимальных ретмов движения.

Цель работы заключается в исследовании процесса виполнения графика движения по элементам и оценке его эксплуатационной надежности, поиска путей снижения затрат топливно-энергетических ресурсов и повышения .эксплуатационных показателей при выполнении графика. Проведение исследований осуществляется методом математического

моделирования. Рассматривается два уронил моделирования: на шрвом уровне используется имитационная модель графика, а на втором - математическая модель движения поезда но участку с оптимизацией режимов ведения по энергетическому критерию. Для достижения поставленной цели в раОоте .решены задачи:

- исследования закономерности и количественных характириглик отклонений от графика движения по отправлению и прибытию поездов г использованием вероятностно-статистического анализа графиков испол -пенного движения;

- методического и алгоритмического обеспечения имитационной модели графика исполненного движения, с помощью которой шподнени исследования по опенке эксплуатационной надежности выполнения гра -фшса, его тошшвно-экономических и эксплуатационных показателей;

- моделирования движения поезда по участку с оптимизацией ре жимов его ведения на.базе математических методов теории оптимального управления и использования нетрадиционного метода интегрирования уравнения движения поезда;

- определения оптимальных режимов движения поезда с применением методов динамического программирования, принципа максимума Понтряпша с двумя стратегическими вариантами (первый - с двумя ф функциями, второй - с использованном упрощенного критерия оптимальности при Ф = сопег ),.метода локальных вариаций;

- рассчатв возможной экономии топлива за счет оптимизации режимов ведения поезда.'

; - анализа графика исполненного движения в реальном времени на базе динамической модели поездного положения на участке, внедрение которой экспериментально осуществлено на Белорусской и Донецкой к. д. при активном участии автора; ■ •

- создания новой "безбумажной" технологии автоматизшгрованного

анализа и контроля ьа расходом топлива магистральным;: лок. штишш о использование!.! коигрс.-.ышх карточек машиниста, шкрюуйцессортд средств для автоматического получения шцю^мащш г, {.аехсде теплив;: в процессе ведения поезда и эконаотко-матвматлческих методов д.чл Армирования банка дашшх о фактических (С,) и расчета)« (С, ), рас-ходях топлива локомотивами.

Методика проведения исследований. Исследование процесса повышения надежности выполнения графика движения поездов и оптимизации режимов ведения приводились на ЭВМ методом математического тлел» • рованил. Такая модель разработана на осног-а теории тяги, математических методов теории оптимального управления, численных методов математического анализа; теоретические исследования по оценке эксплуатационной надежности графика движения поездов проводились с [грименением теорий надежности, вероятности ¡1 математической статистики.

Научная новизна диссертации:

-- разработана методика и алгоритм имитационной математической модели графика движения и выполнены исследования по оценке его эксплуатационной надежности, топливно-экономичооких и ¡'ксплуптпцигшшх показателей;

- на уровне научно-методических разработок, алгоритмов, машинных программ, проверетгая экспериментально путем расчета на ЭВМ, дана оцэшеа эффективности применения различных экономико-математических методов определения оптимальных режимов водвШ1я;

- методом математического моделирования движения поезда по участку и оптимизации режимов ведения выполнен» расчеты по оценке экономии топлива, которую можно получить за счет рациональных ре-

юмоа ведения, пол учены результаты;

- проводена оценка графика движения поездов с позиции эксплуатационных (участковая скорость , техническая скорость ит ) и топливно-энергетического (расход топлива Б ) показателей.

Практическая ценность работы:

- по разработанной методике имитационного моделирования графика имеется возможность производить на ЭВМ многовариантные предварительные расчеты машинных экспериментов, направленных на разработку и выбор мероприятий по изысканию и аффективному использованию резервов экономии топлива на тягу поездов за счет совершенствования диспетчерского управления движением поездов;

- по разработанным программам можно производить тяговые оптимизационные расчеты для каждого конкретного поезда, которые могут быть использованы: при разработке министерского и оперативного графиков движения поездов; системы регулирования поездной ситуации на участке; в программных системах автоведения поезда с использованием бортовых микропроцессорных устройств, выбирающих режим ведения поезда на основа предварительных расчетов; при автоматизированном анализе потребления топлива магистральными локомотивами.

Разработанная при участии автора методика анализа графика исполненного движения в реальном масштабе времени на базе динамической модели поездного положения прошла экспериментальную проверку и внедрена на Донецкой ж. д., а ресурсосберегающая технология при .'вождении поездов внедрена на участках Гомельского отделения Белорусской ж.д.

Апробация работы. Результаты работы, ее основные вывода и положения доложены на Всесоюзных, научно-технических конференциях:

- "Пути совершенствования перевозочного процесса и управления транспортом" (г. Гомель, октябрь 1985 г.);

- "Использование микро-ЭВМ и микропроцессоров в задачах экономии энергоресурсов на железнодорожном транспорте (г. Москва, МПС, декабрь 1985 г.);

- "Актуальные проблемы экономии электроэнергии и топлива на железнодорожном транс порте (г. Москва, МНИТ, февраль 1987 г.);

- "Проблем механики железнодорожного транспорта" (г. Днепропетровск, май 1988 г.);

- Заседание кафедры "Управление эксплуатационной работой (г. Москва, МНИТ, ноябрь 19Э0 г.);

- Научно-методическая секция "Конструкция и динамика локомотивов" (г. Москва, M11UT, кафедра "Локомотивы и локомотивное хозяйство", апрель Т991 г.);

■ЙФшкашш. По результатам выполненных исследований опубликовало 18 печатных работ, из mix JO. в соавторстве.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения. Общий объем диссертации составляет __ страниц основного текста, 47 рисунков,

__3.0.__таблиц.

С0ДЕРЖЛ1ШЕ РАБОТЫ

2_ШРйоЙ_глай9 приводятся постановки задач, сформулированы предложения, метода и цели исследования, произведен анализ предшествующих теоретических и практических исследований.

Предметом исследования с помощью математического моделирования является процесс передвижения грузових поездов от момонта отпрэвло-

ь

ни я с начальной станции до прибытия поездов на конечную станцию участка и исследование состояния основных пярчмегроп этого процесса: скорости движения и расхода топлива, выявление репорпов в графике движения и изучение возможности использования режимов движения и имоклцихся резервов на повышение надежности и экономичности рштолчриия графика движения поездов.

Для изучения и моделирования на ЭВМ процесса перемещения но -ездов различной массы но участку на шишом уровне моделирования использована теория оптимального вождения поездов, в основу которой положен нринцин оптимизации при расчете режимов ведения лвиь расколов, 1 ¡роноршюналышх топливно-энергетическим затратам. В результате , для определения ентимзлышх режимуг< ведения поезда, ис-полюустся критерий скорости движошшя нпезда и расход энергии. Поа тому задача оптимизации ведения поезда сформулирована следующим гбразем: П"рем1ч.-тит1, н;>«?л заданной массы но стпновленное расстояние ц запечное грЩяксм дрижрния время при минимально позможном разу.оде ЫИЛВВП или злоктрооивргии.

Теоретический разработки в оллозти ептшпкчшт вождения гюез-лоп выполнены Л. А. От раковым, I'. П. Болтянским, Я.М.Головичирем, Е.В. Гроф^прым, А.М.Кэстрешшнм, Я.П.Кудрявцевым, Н.Д.Малькоричом, М.Л. Никулиным, Петровым. Л.В.Плаксам, З.О.почаегнем, В.М.Сидельни-коомм, с.и.гу.хоппруг'нм, т.А. 1 ибиломш 1 (¡.Я.Фррнкэлем и другими учеными. В диссертационной работе сделана пэшш:ч на основе расчетов с ипппл!з')р'1нт«-' ОИМ показать ертнттрльиу* оценку применяемых о!:горем мщ«я.гпг.ч>?'.ткх мпгодов длп расчета оптимальных режимов дг.ижения наезда но 'участку. С отов целью для каждого исследуемого метода пост!1РЛ"Н1 задача разработать алгоритмы и программы для вы-гашолпешл орчгкиголтнл расчетов па ЭВМ. Наряду с пэстапогкий задачи расчета пттлмтх режимов ведения поезда по "нитке" гра-

фика приводится краткая характеристика и анализ существу»щих га-тематнческих методов теории оптимального управления.

Вопроси разработки графика движения поездов, в т.л.1 числе с использованием ЭВМ, совершенствовать технологии железнодороиш.ч участков рассмотрены в трудах В.И.Бодюла, В.А.Буянсьа, И.А.Воробьева, Г.МЛ'рошева, Ю.В..Дьякова, Б. А.Завьялова, Л.Д.Кар«пшкова, В.К. Козлова, й.Л.Кудрявцева, Д.Ю.Левина, Б.М.Максимовича, Б.Я.Нагрей, В.И.Некрыиевича, Б.Д.Никифорова, Н.А.Самариной, Е.М.Сопшкова, И.Г. Тихомирова, Е.М.Тишкина, А.Д. Чернюгс-ва и других ученых.

Задача оптимизации управления движением поездов на верхнем уровне охватывает проблему надежности и экономичности выполнения графика движения. Проблема исследования и повышения эксплуатационной надою/ости транспортных систем поставлена акадешнсм

И.С.Грунтовым, основные положения которой использованы в диссертации.

Качественно новые возможности в изучении и практическом использовании закономерностей движения поездов на участках представляет моделирование поездной работы на ЭВМ. Исследование и решение проблем! повышения надежности и экономичности выполнения графика движения поездов должно осуществляться на базе имитационной математической модели, отражающей процесс выполнения графика как системы массового обслуживания, б которой имеются сбои и резерва, правильная оценка которых позволит существенно улучшить выполнение и надежность графика движения.

Выполнен вероятностно-статистический анализ выполнения графика движения поездов на участках Белорусской ж.д. По результатам статистической, обработки данных графиков движения на однопутном и двухпутном участках, расчете и анализа отклонений движения поездов А{ от планового их графика при поступлении и выходе с диспетчере-

ь

к их участков, выявлена следущал закономерность: математическое

д ПТ

ожидание отклонений ) по отправлению поездов на участок сме-

щено в сторону более раннего отправления поездов с начальной станции по отношению к графиковому времени, а математическое ожидание случайной величины по прибытию поездов на конечную стан-

цию участка смещено в сторону опоздания по отношению к графиковому времени прибытия, дисперсия отклонений пх(Д^Р) по прибытию поездов с участка гораздо больше (примерно б 1.7 раза) чем по отправлению.

Из анализа результатов проведенных исследований видно наличие элементов хаотичности как при отправлении поездов с сортировочных и участковых станций, так и при их проследованию го участку. Степень хаотичности и нестабильности выполнения графика на участке выше, чем для'графика их отправления с технических станций.

Полученные закономерности отклонений в выполнении графика фактического движения поезда от планового положены в основу разработки математической модели графика движения поездов.

Вторая глава диссертации посвящена разработке математической модели движения поезда по участку. Модель основана на использовании выходных характеристик локомотива: тяговых (п^.ГЖ.и) и расходных Сч = /^(п^.КЕ.и), где пА - режим движения, и - скорость , ЯЕ - режим ослабления поля тяговых электродвигателей. При упрощении модели параметром ЮЗ можно пренебречь. Выполненные исследования показывают, что для каждой позиции контроллера п^ и режима ослабления поля ИВ тяговые характеристики наиболее целесообразно описывать по критериям оценки (сумма квадратов отклонений,

а. Ори

критерий Фишера) математической зависимостью = врЧ е , а расходные - Сц = Ь0+Ь]и+Ь2и2, что достаточно точно описывает выходные характеристики и требует небольшого объема оперативной памяти.

С целью существенного уменьшения времени расчета на ЭВМ (дан-

ноя проблема возникла в связи с появлением большого количества вариантов при определении оптимальной траектории и режимов ведения-различными математическими метод->г:;П при решении дифференциального уравнения движения поезда иснолызогаи нетрадиционный метод, осно-ванннй на линейной аппроксимации прсизгодних йг/сН^Р, сИ'/йв=^Р/и, предложенный к.т.н. А.'М'острокиним, аппробэция и'детальное йссле-' дование которого на ЭВМ выполнено автором диссертации. Для выполнения тяговых оптимизационных расчетов в прямом и обратном (построение кривой торможения при остановке поезда) направлениях использована формула (при интегрировании уравнения движения поезда по времени):

"1 = ' о + 1\ (1 - е~дг/т'Р)> ' (I)

г до V. =---; т - -----------, л;— ---,--;

Гда] Г0?] _ ии 1>п - ип

Мо ~Н0' Е

г' - признак, определяй;!);!! направление расчета (р'=1 для расчета в прямом направлении; Г--1 для расчета в обращенном времени);

"о " !'о * л"о скорость, достаточно мало отличающаяся от скорости-в начале шага интегрирования. ' •

Риполпрннне исследования наказали, что применение предлагаемого метода в 3. .Б раз слфоточт гр^мя расчета на ЭВМ по сравнении с извести;,-и методами: ''Пл?рп, Гун;Кутта и др.

Для более точного описания тяговых и расходных характеристик тепловоза разработан алгоритм, учитывающий режигм ослабления ноля тяговых электродвигателей и процесс переключения этих режимов, а также алгоритмы и программное обеспечение расчета и построения кривых разгона, торможения,•слияние этих кривых в единую крипуп скорости движения поезда на участке, на основании которой разрабатывается нитка графика движения конкретного поезда.

Третья..глава диссертации шсгякопа исследованиям ясгкш.яопатт

мзтек';т!пескш: нстздов для расчета отимадышх (по энергетическому

кригеряг.) pmwjB пзадошш поезда на ОШ, сравни гольпой оценке он-Tiiii.'ineiv.nuit'JF. мемдов, выбору метода для дальнейших исследований при о;;;,нке 1тяплтз;псти скполнетя графика п этглпгк топлива за счет ситкм|г.штк рев дпвштя.

При рапр.а.'Учгс каоншшх алгоритмов и программ использованы -^дугеие тп:-;-'>7;:-'лс1:яо положения.

Услсгие опт;»шм»эоти процесса двичкияя пч^лп оценивается г^итерп'.'ы (пришшп и-аскмума Повтрягкпэ):

11° = пах Н * тах (-G..+ ФД? = ф.,и) {<")

ьк'чЧ "к'П ' ' '

;!;•.' - у.i:".'!' ни" (часового расход топлива; F - рмзиодрйстпупдо пи», i.{пл-.л:.?шшх к поезду: f. - c/W + Г);

г, упгормшо сиоболиогз падения; Q, 1' - соответственно масса состава и локомотива; v - скорость движения поездо;

Ф,, ф., • тюмогптелышо nep')Mt'inros, причем

йф1 oll Oi' а Г " "" dv " toi) ~ '''г

<3фг <?Н

üt " cJS

(3)

(ft - n?'f r-.r, 'jp, определявший шпонгиь-ность торможения. 1';н.шел "о" в обозначениях ( Н°, . ... ) говорит о при-надлошос ;т: к он гимгамюЯ траектории. Процедура расчета цодобн* езрельбе по',цели, специальным "прицелом" подбираются такие начальные значения ф, и ф,- , которые, изменяясь по диффвренциальшл и "н

уравнениям с?), обеспечивают попадание в "жгонь" (т.о. достич:епи. ггч!'>ч;юг:> состояния обтекге управлении из такой кривой, в каждо. кпждой юч;« глтерей после перебора г:сех возможных por.r/.on i.(.

обеспечивается выполнение условия оптимальности (2).

При определенных допущениях и упрощениях критерием и условием оптимолмюсти движения поезда по участку является

Н° = шах Н - шах (-G + . (4)

пк,фт пк.фт

г.е. в каждый момент времени необходимо гибрать такое управление , которое бы обеспечило выполнение условия ("4). рррм'руя значением переменной ф. можно найти такую оптимальную кривую движения новоиа вместе с режимами , при которой расчетное время хода Тр будет равно заданному по графику движения.

В диссертации использовался также известный метод динамического программировании. В координатной плоскости v (скорость) - S (путь) строится сетка с Интерполом по вертикали, а по горизонтали выделяют шпги ASj варьирования режимов движения. Условием спгимапмгости в каждой точке координатной сетки будет гнражение

Н° - min lh, (п. ) + ffi . J. ' (Г>>

л,.,Фт J

где lijtnj,) - критерий. оцопив-чпчиП процесс движения поезда па Денни.! чтг"; Н*(1 критс].1!1 Л оптимальной стратегии дальнейшего управления движением поезда от точки п кенц" данного шага до ко печного состояния обьектп управления. При определении критерии Hj^, „ использовалось линейное и нелинейное (но n - 3-..5 плпвпччциг* узловым точкам) интерполирован;'.;:, чтобы точка ?, находилась в сере дшю п узловых точек, 1;ритерии оптирплпгссти которых известны при гшюлпешш расчетов на придцдущсм изге варьирования.

В третьей глаго приводятся тго-.т? расчг>тн. выполненные по Метолу локальных вариаций. В отличие от метода динамического программа рования варьирование подвергаются личь рожими ведения но лвух см»ж-пых тягах варьирования. Критерием оптимальности принято условие

,0 „ „о пг, даии0Я 1,-ой и

iß = min (AU. + AG. , + Ut.). (6)

V^T

где AG.j, соответственно расход топлива на данном и следую-

щем шагах варьирования, причем на шаге AS..^ решд движения должен Спи,- таким, чтобы достигнуть скорости Ji_1 .

После расчета на всех шагах варьирования внешшнл циклом осуществляется сравнение кривых иЯ и режимов п"_

предыдущей (L-11-й итерациях. Расчет повторяется до тех нор, пока параметры г. , Tj_1 и n^ r_ , и" для двух итерационных

кривых скоростей не совпадут.

Для кшгдого исследуемо1'о 'Метода составлены блок-схеми алго-ftUMOß и програ!"'и на языках «ТОПТАН, ги-'1. ПАСКАЛЬ. Выполнены грапчит?лшип расчеты на ЭВМ ЕС 102?, ЛРМ ГЗ/АТ.

Сравни голыше результаты расчета оптимальных режимов ведения Лсостава гнезда массой Q = 3Г;В0 т на участке с тремя перегонами протяженностью 19,5 км на зш Е0-10?П представлены в табл. I. При выполнении расчегов для табл. I использован вариант упрощенного описании паспортных выходных характеристик локомотива, приведенных г правилах тяговых расчетов (Ii'lTj.

Гезулг татн исследований математических методов определения оптимальных jesaiMon вол:дения поездов показали, что хотя при расчете различными методами кривые v^ и режимы ведения п^ имеют расхождения, суммарные [/¡сходи топлива отличаются незначительно (в пределах .1 Гасч'М'ы выполнялись боз учета переходных процессов дизель-Г'шераторн'.'й уетап'тки при одинаковых выходных характеристиках теп-логоза, начальных t> . t , SH и конечных v , t,,. S,{ условиях.

'Гоблина. 1

Метода расчета оптимальной траектории

Расход топлива, кг

Увеличение расхода топлива по отношению к min

Полное время расчета на ЭВМ

Время расчета для одной итерации на участке

I

ова-

.1109

.1) Динамическое программно ние (Ли = 5км/ч, линей!

интерполирование при определении критериев

2) Динамическое программирование ( t\vt, - Ifm/ч, линейное интерполирование при определении „)

3} Динамическое программирование ( Аис - I км/ч, интерполирование с помощью полинома Лагранзка по Ь уклоним точкам при определении М- . . А Шринцин максимума' Понтрягина ' "

.(с двумя ф Функциями) !5)!lp!U!Hnn максимума Понтрягина

( Ф - cons',) 1')Грпе>1п:<р11П движения поезда

ко ре ямам машиниста

I

0,

Mbi о. гз

min

1,23 13.3, ez

2,7 2,77

0,5._л Л_ч Б, 6 мин

2,Б...5 ч

мин '

2t5„ Л5_Ч

36 мин

2,4 мин Ч с

Для оценки возможной экономии топлива, которую моют достиг-^ нуть за счет рациональных режимов ведения но участку при одинаковых начальных и„, 1„, 3,, и конечных и,,, , Э,, условиях,

л ¡1 Н , 1\ с\

разработана имитационная модель движения поезда. Гекимл ведения, имитирующие опытную поездку машиниста выбираются с помощью датчика случайных чисел, подчиненных равномерному распределении. Интервал генерирования случайных чисел характеризует квалификации машиниста Опорной траекторией, относительно которой Формируется случайная кривая и режимы вождения п£л в имитационной модели является траектория движения поезда, полученная с помощью принципа макси-

мума с упрощенным критерием оптимальности ( Ф - оонвЬ). Результаты расчета экономии топлива за счет оптимизации режимов ведения приведены в табл.?..

Таблица 2

Условный параметр квалификации машиниста г

к. в а л

Расход топлива, кг

для траектории и режимов водепня при значении

I3,

I

1

О,В 0,6 0,4 0.?. О

150,64 150,2 1 '19,92 149,31 143,70 Ив, 47

для оптимальной траектории и режимов ведения, рассчитанных по метолу динамического программирования

■3

145.86 145,06 145,06 145,06 145,86 145,86

Экономия

топлива %

4

3,17 2,09 2,64 2,31 1,96 1,76

Для предварительного расчета экспериментальных данных по оценке гнсшлуатлцшчшпП надежности графика и получения зависимости изменения показателей ЯЕ (суммарные эксплуатационные расходы, приходящиеся на один поаздо-километр), С (расход топлива) от-массы поезда <5 и скорости движения 1>х, 1'т, и (глава 4) необходимо иметь ими 1 анионную млл°ль выполнения графика движения движения. В диссер тттсчнгП рассмотрены 3 варианта моделирования графика:

1. Имитятглшал модель охватывает весь график движения с уч'лсм конкретных взаимосвязанных расписаний плановых ниток грузовых и пассажирских поездов. Модель имеет три составных части: генерирование начал! и ч-о положения и вероятностного появления поездов на учаогю1: и матовое моделирование изменения поездной ситуации .учетом эоглип^-ких и 1 синологических отказов; накопление статно 1 пч'тгп:'. лялнн о гшглчцония ГШ и отказах. Это самый слоязшй во рпанг дгукст'.ч» -и ют'й м »доли выполнения графика лпютяшя:

2. Модель графике, основание;! на генерации изолированных нптп: графика движения грузовых нэо?дсв с использованием теории двоичного кода или сочетаний. Анализ выполненных исследований по сптратпм мз-штпюго времени нокорнвпэт, что для расчета возмо:!:ныг. "iurroic" rj а-Фико движения больше Ecei'o подходит лестный код Грел или eitim'tl двсичный код, генорируемнП специальным программным счетчиком.

3. ;.Ьдель графика, основанная на генерации элек-чпец средне-с?п7истич?сксл "нигаГ, л?.штир?тпЯ иоеь график дгадочпя rpy.wu поездов. Структура массивов з-г" варианта математической модол» трафика представлена в тяСл. 3.

ТяЗДШП П

1 ,;i ! i " I

кх2,.! I ' I ' i

I'O

n-1

ro„

i rx„ |

! к'"'п I

Шясненил к та1л. : J'o.- статистические г.сроя:пости остановок грузового тюопгл па сгап-цлпх участка;

pxj - стятпспггостги« i-срлягиосга ИрССЛ<*дгч"чшя i-x станпсп <;•;.

т'яюгок;

Лля каждой i-"i1 станции FOj +- ГХ^ = 1 кривые чистых прокеи хода по перегонам участка, и'-лучошшл <; исг.г;И1-п тяговых емтг.рлг.шгаотшх расчетов;

IG

Ki'.^, - кривые разгона и торможения для каждой i -ой станции.

Гасхэд топлива, приходящийся па один поезд, массы Q, с помо-

iuw у то г'о варианта модели 1'Д11 может быть получен следующим образом: Рсг-Т

<! - £ Г О С t при KXp'PXj'PXj.^ + G(t при KXt ) KJR1)"FOi«PXin +

i --1

4 tittj. при KX1 i K7,jn )»PX.«F0j(,4 G(tr при KXj + KJ^ + KZ^J-FO^ ,FOlf1J-

г до ' G ( t r при KXj) - расход топлива на i--ow перегоне при прохождении станций i и i-t 1 без остановок по кривой чистого времени хода КХ^; G(tr при ГЛ1 + кПj) - расход топлива на i-ом перегоне при остановке в начале перегона на i-oil станции, т.е. при "сшивании" кривых KXj и KRj;

G(tT при КХ. + KZ[4]) - расход топлива на î- ом перегоне при

остановке в конце перегона на (1+1)-й станции т.е. при "сшивании" кривых КХ. и KZi+I:

G (t при КХ^ + KKj^ + ~ расход топлива на 1-ом перегоне

при остановке на станциях 1 и Ы, т.е. при "сшивании" кривых КХ. KRX и KZi+1 ,

■ - знак "укчожтч".

Путем имитационного моделирования графика ьыполнеш исследования по оц'лпсе вариантов ГЛП с позиции эксплуатационных ( t> , t»T ) и 7СЧ1ЛШ-Н-! 'H.'j !'е'1пчесг.их показателей, а также экономической оцен-Г" го "а;t пг.-:н, скорств движения, ¡.''»схода топлива, суммарных .■.'Ксилуатаин. пах ргхолов ('Л').

При - • i •. • : ;. г. .у n i ; i i г i ! о и п. > £ надежности графика движения р?~-

'•м лреп1-' ги/:елыю к одиопутному участку) три варнак! а

ßa/oc/Q't/m /

A-,

X

'Л \

Л

мого

л'г/s? e/oysaSoeo /^ssà'a 2//Р

Увеличены

soda

s?Oé>3âi? 2//7 â/ts cy¿^ec/77-âe/^/r oû ЭЛ-J -/V^V/Z't/ S7SCS7-

peec^e Àz -.4, (z 80-90%)

J

¿/Sesïi/Vâ'My/? csro^ocs-vc ¿?âc/Jtre¿¿¿¿я wesc/tr ¿?S/7 //о- /7е/>ег0Л'<? ,

/Г c^-oeiife/vc-4? с s?<?£-3¿?¿?*t

■ ■■'>г

¿/вгличеше

MC/CS /rr?¿?S7S/¿/á¿y

//а /7/?/>его&£> >4,-

Лг/с. Sa/}i/¿r///7?6/ e/ja-çoisA-a ггеезс?о£

lu

(рис. 1):

1) График при соычном движении поездов в оперативных условиях. Ото один .из вариантов графика исполненного движения на участке Г--К, осноышо показатели которого оказались следующими:

t'y -- Зо,4 км/ч ; vf = 41,8 км/ч ; g = уЛйкг.

2) Модификация первого варианта графика, в которой используется возможность уменьшения технической скорости движения иф , <

2 'Ч

без изменения участковой ск.орости v = v с целью экономки

топлива за счет реализации временных резервов отдельных- "ниток" графика. Основные показатели 2-го варианта графика v =30,4 км/ч ;

1'Ф - 31,7 км/ч; о.-^-ЫШкг. Ориентир о вочше расчеты ноказыва-i2

ют, что для 2-г'о варианта графика на однопутном участке с полным использованием пропускной способности экономия тошшва достигает Ю- 1Ь% по сравнению с-1-м вариантом графика.

3) Модификации 1-го и 2-го вариантов графика для повышения скорости движения поездов на одних перегонах участка с целью увеличения общей участковой скорости и и уменьшения скорости движения на других перегонах с целью экономии топлива. При реализации этого варианта графика на базе графика 1-го варианта обеспечиваются наилучшие с точки зрения народохозяйственной важности показатели :

i>„ = 39,3км/ч; иф =45,1 км/ч; ач = 1036 кг. '3 х3 °

Разработана методика,, алгоритм и программное обеспечение выполнения -расчетов по экономической оценке изменения показателей расхода топлива о = f(Q,u) от массы поезда и скорости движения, и суммарных эксплуатационных расходов ЕЕ = x(Q,u) от этих показателей. Разработан алгоритм, использующий на первом уровне моделирования имитационную модель; среднестатистической нитки графика, а на

Pt/c. ¿. Pâtytimcm/ jPacvc-na z*cr£i/c.'.',*foc.-r,'u рас -

. xoda r-?¿>r>,-r¿s£¿r (r fr?) t/

' 0///SA/J- Х£ (лг/а) ,-v-r ' rA¡~>a/?c/?7¿/ <7<9//.ur/?/s/s.i?

¿5. /Г/)с£сч?1л-?гЛГЛ Л.'¿TS* tWÄrj

ФИЗИЧЕСКАЯ БЕ-ПйЧИПЛ УРОВЕНЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Гис. 3. Миыл процессорная технология автоматизированного анализа потребления топлива магистральными локомотивами с участием автоматизированного диспетчерского центра управления (АДцУ).

втором уровне - мптсмашчосжую модель движения ноовда но участку с использованием метода "Принцип максимума Понтрягина (ф = ис-псО". Для определения суммарных эксплуатационных расходов Т.Н. прихоздщи -хся на один поеадо-км, использован метод расходных ставок. Результаты расчета зависимости этих показателей представлены на рис. Я.

Для детального анализа выполнения графика доилглил поездов, получения достоверных статистических данных по регистрации отклонений фактического процесса движения каждого попади от планового и анализа причин этих отклонений разработана методика и схема анализа ГДП па базе динамической модели поездного положешш в АСУ реального времени.

Дня совершенствования спстимы анализа и контроля за потреблением топлива магистральными тепловоза!-.:,I пре.ддожин вариант микрл-процессорной системы автоматического получения кнГермании о расходе топлива (рис. 3).

ОСНШШ ВЫВОДИ И ШЗДЛ«ШШ

1. В настоящее, время полностью но разработана математическая модель, с помощью которой гаю было бы проводить различные машинные эксперименты по исследованию параметров: скорость, 1-ремя хода, расход топлива, суммарные эксплуатационные расходы, использование имеющихся резервов при сбоях и'др. при выполнении графика движения поездов (РЛП) с пе.'пю гараллш! мероприятий для повышения точности выполнения графика движения и эксномии топлива.

2. По разработанным п диссерташш алгоритме.!,1 и программному обеспечению, выполненным на 313Н расчетам но оценке экономии топлива за'счет оптимизации режимов ведения 'в рамках, .заданного времени хода при одинаковых начальных и конечных условиях объекта управления локомотива с составом) вытекает ряд практических выводов и рекомен-

дациЛ. Расчеты с использованием математических методов теории оптимального управления (,\.етод динамического программирования, принцип максимума Понтрягина) показали, что машинист для конкретного состава поезда и локомотива может за счет оптимизации режимов ведения сэкономить до 3-х процентов дизельного топлива в рамках заданных графиком движения времен хода. ч

3. Выполненный по разработанным методикам, алгоритмам и программному обеспечении анализ вариантов модели ГДП показал, что для оценки эксплуатационной надежности выполнения графика движения до -статочно использовать имитационную модель, основанную на вероятностном генерировании элементов среднестатистической "витки" графика: вероятностей Р0{ остановки поезда на станциях участка, вероятностей ]'Х( прохождения поездом станций без остановки, двумерных массивов КХ( j, КГ<£ у К2^ J соответственно кривых чистых времен хода по перегонам участка, кривых разгона и торможения.

•1. Расчеты на одно- и двухпутных участках Белорусской ж.д. с использованием двухступенчатого математического моделирования показали, что минимальный расход топлива получается при ходовой скорости иА " 35-45 км/ч. Это значение соответствует графиковым временам хода, которые на 36% выпе значений министерского ГДП. В связи с этим имеется возможность на практике дифференцировать вре-времона хода поездов по'различным критериям: суммарным эксплуатационным расходам, срокам доставки груза и другим параметрам. Расчеты на ЭВМ показали,' что при оптимизации выполнения графика движения поездов возможна экономия топлива до 10-15%.

5. Результаты исследований по автоматизировашюму анализу графика движения поездов и экономия топлива' внедрены на Белорусской и Донецкой к. д. На Гомельском отдалении Белорусской к. д. проведен комплекс работ по внедрению ресурсосберегающих технологий при вок-

дешш грузовых поездов.

6. Предложена микропроцессорная технология ьы'оматизироышжн о анализа потреблении топлива магистральными локон.лньбми, которая позволит дать оценку использования топлива (экономия или перемог) по причине "машинист" или "локомотив".

Перечень печатных рабы автора, в которых опубликовано основное содержание диссертации

I. Грунтов И.О., Кейзер А.П. Исследование математически*, метопов оптимального управления дьикением грузсьых поездов и со-вершешл'роватю режимов их вождения в АСУ. - 13 вн.: Проблемы централизации диспетчерского управления на келепных дорогах: (межвуз. сб. науч. ст.) - Гомель, ПелИИЖТ, Т^Йб,

?.. Грунтов U.C., Кейзер А.!!., Тумилсглп П.П. Проедет ысоио -мин тгппива и надежности графика при управлении движением поездов из единого центра. Тезисы докладов Всесоюзной науч.-техн. кснфю-ренцни. Актуальные проблемы экономии электроэнергии и теплина на телезнодорожпом транспорто. - Москва, MIU1T, IP37,

3. Кейзер Л.П. Совершенствование режимов вождения и диспетчерского управления движением поездов в АСУ. - и кн.: Пути совершенствования перевезочнего процесса и управления транспортом. Тезисы докл. Всесоюзной науч.-техн. конференции. - Гомель, БелИИЖТ, Т935, е.3ь3-354.

4 . Грунтов ¡I.e., ¡[ойзер А.П. Комплексное решение задач погашения нядеглости графика движения и вопросы исследования методов оптимального управления движением поездов на базе микропроцессорных комплексов но локомотивах и 0Г;М центра управления. - Материалы Всесоюзной научно-практической конференции. Использование микро-ЭВМ и микропроцессоров в задачах экономии знергореоурсоп на железнодорожном транспорте. - Москва, МПС, 19üi>.

5. Кейзор А.И., Фуре H.A. Пентрализовашгао управление режимами движения поездов. - В кн.: проблемы механики железнодорожного транспорта. Повышение надежности и совершенствование конструкций подвижного состава. Тезисы докладов Вгпсошзнпй конференции. -Днепропетровск, ДЩТ, 1983, с.20.

6. Кейзер А.П. Гасчи'1 с; помощью ЭВМ оптимальных режимов движения поездов по перегонам методом динамического програмыирова-вания. - В ich.: Совершенствование управления и технологии перевозочного процесса: (межвузовский сборник научных статей) -Гомель, ЕелИИЖТ, IS33, е.29-87.

Кейзер А.П., Баочонко с.А. Структура и ведение динамической модели поездного положения ь информационно-вычислительной системе ЕЦУ. - В кн.: Проблемы .централизации диспетчерского управления на железных дорогах: (мэкауз. cö. науч. ст.) - Гомель, ЕелМИЖГ, 1985, с.22-3-1.

8. Кейзер А.П. Исследование с помощью ЕС ЭВМ процесса определения оптимальных режимов вождения поездов методом динамического программирования. - В кн.: Пути повышения эффективности использования подвижного состава. Тезисы докл. науч.-техн. конф. кафедр БелНИЖ'Га и ДорП'ГО Белорусской ж.д., Гомель, 1983, с.102-103.

.' 9. Кейзер А.П. Имитационная модель выполнения нитки графика движения поездов при исследовании его эксплуатационной надежности.

- В кн.: пути технического перевооружения и модернизации железнодорожного транспорта. Тезисы докладов XVI науч.-техн. конференции кафедр БолИШГГа и ДорНТО Белорусской ж.д., Гомель, 1989, с.34.

10. Кейзер A.I1. Имитационная модель графика движения поездов.

- В кн.: Актуальные проблемы эффективности- технологических процессов и технологических систем: Материалы науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов ж.-д. транспорта, (под ред. I'pyHTOBa II.С.)

- Гомель: ВелИИЖТ, 1991, с. 20-21.

Подписано в печать I6.II.Wc. öup.iar бумаги 6ü:;B'i I/I6. Бумага

писчая 1Л. Печ.л.1. Зак .fc3053.' Тиран. IUJ экз.

Ротапринт Tiinогра^ин БелР/'iu, ¿¡й)^ г. 1'олель,ул.Кирова,34

25

РЭЗВМЕ

Кейзер Аляксандр 11ракопав1ч

УДАСКАНАЛЕННЕ РЭЖЫМАУ ВАДЖЭННЯ ЦЯГИ1К0У I ПАШШЭННЕ ЭКСПЛУАТАЦЫИНАЙ НАДЗЕШАСЩ ГРАФ1КА РУХУ (У УМОВАХ ЦЕПЯАВОЗНАЙ ЦЯГ1)

Анал1з; надзейнасць; мадэляванне грэф1кь руху; эканом1я пал1ва; аптнм1зацыя рэжымау ваджэння цягн1коу.

Зроблены 1маверна-статыстычны анал1з выканання графика руху ця-гн1коу на Участках Беларускай чыгунк1 у перыяд 1986-1994 г.г.

Мэта працы - даследаванне працэсу выканання граф1ка руху цягн1-коУ (ГРЦ) 1 ацэнка яго эксплуатапыйнай надзвйнасц1, пошук шляхоу зн!жэння затрат пал1уна-энергетычных рэсурсау пры выкананн1 граф!-ка, параунальиэя ацэнка мэтэматычных метадау, выкарыстаемйх пры разл1ку аптымальных (па энергетычнаму крытэрыю) рэ:шмау ваджэння цлгШкоу.

Даследаванп1 выконвал1ся метадам1 матэматычнага мадэлявання з выкарыстаннем ЭВМ. На першым узроун1 мадэлявання выкарыстоуваецца 1м1тацыйная мадэль выканання граф1ка, а на друг1м. - матэматычная мадэль руху цягн1ка з аптш1зацняй рэжымау ваджэння.

Распрэцавана методика, алгарытмы 1м1тацьгйнай мздэл1 выканання ГРЦ, алгарытмы 1 'праграмнае забеспячэнне аптымальных рэжымау ваджэння цягн1коу мптэматычным1 металам1: дынам1чнае прагрем1рванне, принцип макс!мума Л9нтраг1на, метал лекальных вырыяцый. Атрыманы . парауналышя ьнн1к1 разл1ку аптымальнага руху цягн1ка розшм1 матэ-мзтычннм! метадам1, внн1к1 магчымай эканомИ топл1ва за кошт ап-тнм1зацы1 рэжымау ваджэння. Распрацаваны алгарытм, праграмнае забеспячэнне I атрыманы вни!к1 залежнасц1 змянегаш расходу пал1ва X винтовых эксплуатацыйных расходау ад хуткасц1 руху цягн1ка. Даецца ацэнка трох варыянтаУ ГРЦ з паз1цц1 зксплуатацыйшх 1 пвл1Уна-энер-гетычшх паказчыкау.

Методик'' аутяматызаванага анаЛ1за ГРЦ на аснове дынам1чнай • ма- ' дэл1 цягн1ковага раскладу у рэальным маштабо часу Укаранзна на Донецкая 1 рэсурсазберагальная тэхналоПя эканомИ пал1ва на Беларускай чыгунках.

РЕЗЮМЕ

Кейзер Александр Прокофьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЕЖИМОВ ВОЖДЕНИЯ ПОЕЗДОВ И ПОВЫШЕНИЕ • ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ (В УСЛОВИЯХ ТЕПЛОВОЗНОЙ ТЯГИ)

Анализ; надежность; моделирование графика движения; экономия топлива; оптимизация режимов вождения поездов.

Произведен вероятностно-статистические анализ выполнения графика движения грузовых поездов на участках Белорусской к.д. в период 1986-1994 гг.

Цель работы - исследование процесса выполнения графика движения поездов (ГДП) и оценка его эксплуатационной надежности, поиск путей снижения затрат топливно-энергетических ресурсов при выполнении графика, сравнительная оценка математических методов, применяемых при расчете оптимальных (по энергетическому критерию) режимов вождения поездов.

Исследования проводились методом математического моделирования с использованием ЭВМ. На верхнем уровне моделирования ис-. пользована имитационная модель выполнения графика, а на нижнем -математическая модель движения поезда с оптимизацией режимов ведения. Разработана методика, алгоритмы имитационной модели выполнения ГДП, алгоритмы и программное обеспечение расчета оптимальных режимов ведения поездов математическими методами: динамическое программирование, принцип максимума Понтрягина, метод локальных вариаций. Получены сравнительные результаты расчета оптимального процесса движения поезда различными, математическими методами, результаты возможной экономии-топлива за счет оптимизации режимов ведения. Разработан алгоритм, программное обеспечение и получены результаты зависимости изменения расхода топлива л суммарных эксплуатационных расходов от скорости движения поезда. Производится оценка трех вариантов ГЩ с позиции эксплуатационных и и топливно-энергетических показателей.

Меюдика автоматизированного анализа ГДП на базе динамической модели поездного' положения в реальном масштабе времени внедрена на Донецкой и ресурсосберегающая технология экономии тсплива на Белорусской к. д.

SIM4ARY

Kelzer Alexander Prokoflyevlch

TOE IMPROVEMENT OF RAILWAY TOAFFIC MODES AND THE INCREASE OF THE MOTION DIAGRAM OPERATION RELIABILITY CIN THE LOCOMOTIVE TRACTION CONDITIONS!

The analysis, the reliability, the motion diagram modelling, the thrifty fuel expenditure, the optimization of railway traffic mode are considered.

The probable and statistical analysis of cargo train motion diagram execution Is made on the Belarussian railway sections during 1986 - 1994 years.

The purpose of uork Is to Investigate the execution of train notion diagram CTMD) and to evaluate Its reliability, to search the method of lowering of fuel and power engineering resources expenditure under graph execution, to uake the comparatlble evaluation-of the mathematical methods used while calculating of optimal traffic motion modes according to power engineering criterion.

The research was conducted by means of the mathematical modelling method with the use of the computer, rhe Imitation model of diagram execution was used on the upper modelling level, and the mathematical model of railway traffic with optimization of traffic modes was used on the lower modelling level. ' The techniaues, the algorithms of Imitation model of TMD execution, algorithms and sofuare on the mathematical methods calculation of the optimal railway traffic modes arc elaborated. They are based on the dynamic programming, the Pontrvaghln's maximum principle, the local variation method. Tne comparative results of the calculation of optimal railway traffic process by various mathematical methods and the results of the possible thrifty fuel expenditure by traffic mode optimization are obtained. Hie algorithm and software are elaborated, and the results of the dependence of modification of fuel expenditure and summary exploitation expenditures on train mcvement velocity. . The evaluation of three TMD versions was dnnB from the position of the exploitation and fuel and power engineering Index.

The technique:; of computer-aided IT® analysis based on the dynamic medal of the train location under real time scale Is implemented at Donetsk's and Belarussian rail ways. ' '