Организация работы железнодорожных узлов

19.1 Сущность и назначение узлов

Железнодорожным узлом называется совокупность нескольких станций, связанных соединительными линиями, расположенных в пунктах слияния трех и более подходов и имеющих взаимную корреспонденцию вагоно- и пассажиропотоков.

Элементами железнодорожного узла являются:

- главные и соединительные пути, которые могут пересекаться в разных уровнях, образуя путепроводные развязки;

- пассажирские, сортировочные и грузовые станции со всеми обустройствами;

- локомотивные и вагонные хозяйства, устройства энергоснабжения, экипировочные и др.;

- служебные и технические здания.

Железнодорожный узел является частью транспортного узла, который представляет собой комплекс устройств нескольких видов транспорта, совместно выполняющих перевозки грузов и пассажиров.

На территории СНГ находится более 450 железнодорожных узлов, в которых сходятся 3-4 линии и около 50 с пятью и более подходами (Московский, Ленинградский, Ростовско-Батайский).

Железнодорожные узлы играют важную роль в обеспечении ритмичной работы транспорта, так как в них развязываются поездопотоки нескольких направлений. Кроме того, в узлах расположены крупнейшие сортировочные, пассажирские и грузовые станции, которые выполняют большой объем транзитной и местной работы.

 

19. 2 Классификация узлов

По взаимному размещению основных элементов различают узлы:

- с одной станцией (рис. 19.1, Кинель (односторонняя), Лихая, Лиски (двусторонние));

- крестообразные, на пересечении ж.-д. линий под углом, близким к прямому, каждая из линий имеет сортировочную или участковую станцию (Пенза, Касторная, Павелец). Сооружаются в случаях, когда по пересекающимся линиям следуют главным образом транзитные поезда, а объем перерабатываемых угловых потоков небольшой. Узлы имеют по две станции, расположенные на каждой линии, причем одна из них с большим объемом переработки (работы), где сосредоточены устройства локомотивного и вагонного хозяйства (рис. 19.2);

- узлы треугольного типа (рис. 19.3) образуются в пунктах примыкания трех линий, имеющих большую взаимную корреспонденцию вагонопотоков. Они, как правило, маневренны (Армавир, Могилев);

 

 

 

Рис. 19.1. Транзитный узел с одной объединенной станцией: 1 - узловая промежуточная станция; 2 - вокзал; 3 - нефтебаза; 4, 5, 6 - склады, базы заготовок

 

 

 

Рис. 19.2. Крестообразная схема транзитного узла

 

 

Рис. 19.3. Транзитный узел треугольного типа

 

- узлы с последовательным расположением станций (вытянутых в длину) распространены в местах, где по различным причинам, например, городскими застройками, нельзя реализовать вышеуказанные типы узлов (Уфимский, Свердловский, Смоленский, Саратовский и др.);

- радиальные узлы образуются из узлов с одной станцией в результате примыкания радиальных и расходящихся линий, имеющих свои станции. Основная станция - сортировочная, на примыкающих линиях - грузовые (рис. 19.4);

 

 

Рис. 19.4. Транзитный узел радиального типа

- тупиковые узлы расположены в конечных пунктах ж.-д. линий (Владивосток, Батуми, Москва-Казанская и др.);

- кольцевые (Московский – 13 сортировочных, 11 грузовых, образуют 2 кольца).

Различают также: полукольцевые (Ленинградский), диаметральные, комбинированные и другие узлы.

По характеру работы:

- с большой местной работой (тупиковые, находящиеся в крупных городах). Выполняют преимущественно грузовую работу, а также расформирование поездов с местным грузом и формированием поездов;

- с преимущественно транзитной работой, в местах соединения или пересечения ж.-д. линий (Лиховской, имеющие крупные ПОП, пропускающие 60–70 % и более транзитных поездов). Задача таких узлов - обслуживание и передача транзитного вагонопотока с одной линии на другую, смена локомотивов;

- транзитно-местные узлы. Размещаются около промышленных городов, при слиянии нескольких линий. Выполняют транзитную и местную работы, примерно равноценно в процентном отношении (Ростовско-Батайский узел).

По объему работы:

- особо крупные (более трех сортировочных станций);

- крупные узлы (с двумя-тремя сортировочными станциями);

- средние (с одной сортировочной и одной-двумя грузовыми станциями).

Схемы узлов во многом зависят от местных географических и топографических условий, размеров грузопотоков и др.

Взаимное расположение устройств должно обеспечить беспрепятственный и быстрый пропуск транзитных поездов с одной линии на другую, и транзитных поездов, следующих со сменой направления.

 

19.3 Технологический процесс работы узла

 

Рациональная организация работы узла имеет исключительно важное значение для обеспечения четкой деятельности железнодорожного транспорта, так как в узлах обычно сосредоточены крупнейшие сортировочные, пассажирские и грузовые станции с большим объемом работы.

Наиболее эффективную работу всех подразделений позволяет обеспечить комплексный технологический процесс, разрабатываемый на основе графика движения и плана формирования поездов, планируемых вагонопотоков и прогрессивных норм, увязывающий в единое целое производственную деятельность всех подразделений. Технологический процесс предусматривает эффективную специализацию станций и наиболее целесообразное распределение работы между ними, беспрепятственный прием и отправление поездов, а также систему обработки вагонов, при которой достигается целенаправленная концентрация выполнения операций, наименьший простой вагонов, минимальная повторная сортировка, необходимая поточность в движении поездов, вагонов, локомотивов, наилучшее использование технических средств, сокращение эксплуатационных расходов.

Особое место в технологическом процессе работы узла занимают организация взаимодействия, специализация и распределение работы между станциями, оперативное планирование и управление работой узла.

Специализация станций и распределение работы между ними предполагает концентрацию основных видов технической и грузовой работы, повышение уровня маршрутизации перевозок, ускорение процессов сортировки и накопления вагонов, снижение стоимости перевозок и улучшение оперативного управления.

 

19.4 Распределение работы между станциями в узле

19.4.1 Организация обработки транзитных поездов

без переработки

 

К организации обработки транзитных поездов, проходящих узел без переработки, предъявляются следующие требования:

- минимальное время нахождения вагонов и локомотивов в узле;

- наименьшие пробеги поездов и локомотивов;

- недопущение многократной обработки транзитных поездов в узле (желательно обрабатывать их один раз).

Пропуск транзитных поездов может быть организован по одному из следующих вариантов, а именно (рис. 19.5):

- транзитные поезда обрабатываются на предшествующих участковых и предузловых станциях или на первой входной станции узла. Этот вариант удобен для поездов, меняющих направление движения, он позволяет отправлять поезда по кратчайшему направлению и иметь минимальный пробег;

- транзитные поезда следуют на выходную станцию, где осуществляется смена поездного локомотива, технический и коммерческий осмотры составов;

- транзитные поезда обрабатываются на основной сортировочной станции узла, где происходит смена поездного локомотива. Этот вариант целесообразен для поездов, в которых необходимо менять вес состава или перецепку групп вагонов;

- транзитные поезда принимаются на входную станцию, от них отцепляется поездной локомотив и прицепляется передаточный локомотив узла, и поезд следует на выходную станцию. После замены поездного локомотива и выполнения технического и коммерческого осмотров поезд отправляется по назначению. Такой вариант возможен только на крупных узлах, таких как Московский.

	Варианты

 

У   З   Е   Л	Подходы	1 2 3 4
Входная станция
Основная станция
Выходная станция
Подходы

 

Рис. 19.5. Варианты работы в узле с транзитными поездами

 

Окончательный вариант пропуска транзитных поездов выбирается путем технико-экономических расчетов. Приведенные затраты на один состав для выбора наилучшего варианта организации транзитной работы определяются по формуле:

,

где m	– средний состав транзитного поезда;
	– простой транзитного вагона без переработки на станции узла в рассматриваемом варианте;
	– соответственно приведенная стоимость одного
вагоно-часа, локомотиво-часа, локомотиво-километра одиночного пробега, поездо-километра;
	– простой поездных и вывозных локомотивов, зависящий от принятого варианта переработки состава;
	– одиночный пробег локомотивов, связанный с пропуском через узел одного транзитного поезда;
	– пробег одного транзитного состава в узле;
	– среднее число транзитных поездов, обрабатываемых за сутки;
	– стоимость содержания в сутки ПТО вагонов для транзитных поездов.

В окончательном варианте необходимо, чтобы каждый поезд обрабатывался на одной станции узла. При других равных условиях станция должна быть выходная.

 

19.4.2 Распределение сортировочной работы в узле

Сортировочную работу в узле распределяют по одному из следующих вариантов:

- концентрация сортировочной работы на основной станции (Батайск или Краснодар-Сортировочный);

- рассредоточение сортировочной работы между станциями, в соответствии с техническими возможностями (Батайск и Ростов-Товарный);

- выполнение большей части сортировочной работы на основной станции и меньшей части на вспомогательной.

Каждый из способов имеет свои преимущества и недостатки. Наибольшее внимание заслуживает концентрация сортировочной работы на одной станции, так как это значительно сокращает время переработки и накопления вагонов, позволяет более широко механизировать и автоматизировать сортировку вагонов, лучше использовать маневровые средства и, следовательно, снизить себестоимость переработки вагонов.

Наряду с этим возникают излишние пробеги поездов и локомотивов, возможна повторная сортировка вагонов, при этом нерационально используются средства и техника, что в условиях рынка недопустимо, так как ведет к дополнительным затратам.

Составы одноименных назначений не следует формировать на различных станциях, что позволяет избежать излишних затрат вагоно-часов под накоплением.

Оптимальный вариант выбирается путем сравнения суточных затрат, связанных с переработкой вагонов, их накоплением и пробегами подвижного состава:

,

где	– количество перерабатываемых вагонов за сутки;
	– количество повторно перерабатываемых вагонов за сутки по данному варианту;
	– среднее время нахождения одного вагона под переработкой на станциях узла;
	– затраты вагоно-часов на накопление составов за сутки;
	– пробеги поездов в узле и на подходах к нему;
	– соответственно приведенная стоимость одного ваго-
но-часа, локомотиво-часа, локомотиво-километра одиночного пробега, поездо-километра;
	– простой поездных и вывозных локомотивов, зависящий от принятого варианта переработки состава;
	– одиночный пробег локомотивов, связанный с переработкой составов по данному варианту.

Вариант с минимальными суточными затратами принимают за оптимальный.

Между двумя или несколькими станциями сортировочную работу распределяют по назначениям и направлениям.

19.4.3 Распределение грузовой работы в узле

Распределение грузовой работы в узле должно обеспечить наименьшие расходы по перевозке грузов по всем видам транспорта при полном удовлетворении потребности в перевозках (учитываются интервалы различных видов транспорта и клиентуры).

Возможны следующие варианты распределения грузовой работы между станциями в узле:

- специализация станций по направлениям и подходам (контейнеры со стороны Таганрога на Ростов-Западный);

- то же по роду массовых грузов (навалочные грузы – Ростов-Западный, контейнеры, п/п – Ростов-Товарный);

- комбинированная специализация станций (контейнеры со стороны Таганрога на Ростов-Западный или на Ростов-Товарный);

- перенос грузовой работы с малодеятельных подъездных путей на места общего пользования.

Распределение грузовой работы должно идти по линиям концентрации грузовых операций и специализации грузовых станций по роду или направлению.

Специализация грузовых станций по направлениям предусматривает, что каждая из них выполняет грузовые операции с вагонами определенных направлений. При этом пробег вагонов внутри узла сокращается и появляется возможность с входных станций отправлять вагоны укрупненными группами. Однако в этом варианте ухудшаются условия механизации.

Специализация грузовых станций по роду груза позволяет лучше использовать средства механизации, укрупнить грузовые фронты и улучшить условия маршрутизации. Однако это приводит к некоторому увеличению пробегов вагонов и автотранспорта внутри узла.

Рациональный вариант распределения грузовой работы между станциями узла и специализации станций выбирается по примерным затратам:

или

где	- суммарные поездо-километры пробега поездов, зависящие от распределения работы между грузовыми станциями;
	- соответственно вагоно-часы простоя вагонов на
сортировочной и грузовой станциях;
	– соответственно стоимость переработки вагонов
на сортировочной и грузовой станциях;
	– суммарные затраты на погрузочно-выгрузочные операции;
	– приведенные капиталовложения на усиление грузовых пунктов;
	– соответственно приведенная стоимость одного поездо-километра, вагоно-часа;
	– затраты на перемещение грузов с грузовых станций до места назначения автотранспортом.

При прочих равнозначных условиях предпочтение отдается варианту, в котором выше уровень концентрации грузовой работы или где грузовые станции специализированы по роду грузов.

 

19.4.4 Определение оптимальной длины и весовой нормы

передаточных поездов

 

Важное место в узлах занимает перемещение местного груза между станциями узла. Поезда, обращающиеся между станциями узла и обслуживаемые парком специальных локомотивов, называются передаточными.

Размеры движения, масса и длина передаточных поездов определяются пропускной способностью линий и наличием тяговых средств.

Оптимальные весовые нормы и длина передаточных поездов устанавливаются технико-экономическими расчетами, в которых определяются затраты на простои вагонов и задержки грузов, передвижение локомотивов.

Чем больше величина состава, тем больше простои под накоплением, но меньше затраты на перемещение, так как требуется меньше локомотивов, расходов электроэнергии или топлива.

Общие расходы являются функцией массы и длины состава поезда, то есть:

или ,

где – расходы за сутки на накопление вагонов для передачи;

– расходы, связанные с передвижением передач и локомотивов;

– расходы, связанные с формированием передач;

– расходы, связанные с ожиданием отправления.

Приведенные затраты на накопление:

где – число назначений передаточных поездов в узле;

– параметр накопления;

– число вагонов в передаче;

– приведенная стоимость одного вагоно-часа.

На перемещение: ,

где – число вагонов за сутки, которое развозится в передаточных поездах;

– затраты времени на передачу поездов.

На формирование:

.

Так как с увеличением числа вагонов в передаче растет продолжительность формирования, то вместе с тем сокращается число формируемых передач:

;

,

где – приведенная стоимость одного поездо-часа.

 

Возьмем первую производную и приравняем её к 0:

.

Тогда:

;

.

Вес поезда практически зависит от эквивалентного уклона, серии локомотивов, параметра накопления. Исходя из этого формула для определения весовых норм передаточных поездов с учетом расстояния пробега будет иметь вид:

,

где – суточный вагонопоток, из которого формируются передачи;

– расстояние следования передачи, км.

При расчете необходимо учитывать уровень заполнения пропускной способности для того, чтобы не вызвать дополнительные простои других поездов, следующих по этим же перегонам.

19.4.5 Организация вагонопотоков в узле

 

Транзитные потоки с переработкой и без переработки направляются на станции узла в соответствии с установленным вариантом распределения транзитной и сортировочной работы и внутриузловым планом формирования поездов.

Вагоны, поступающие под выгрузку, в зависимости от того, с какими поездами они прибывают (составленными из вагонов, следующих на ту или иную станцию узла под выгрузку, или в поездах с вагонами разных назначений, поступающих в узел для сортировки), пропускаются либо непосредственно на соответствующие грузовые станции, либо на ту или иную сортировочную станцию, откуда передаточными поездами их направляют на грузовые пункты.

Вагоны, погруженные в узле, если они не включаются в отправительские маршруты, обычно передаточными поездами направляют с грузовых станций на ту сортировочную или участковую станцию, где по плану формирования организуются сквозные поезда или ступенчатые маршруты.

Порожние вагоны, поступающие в узел под погрузку, передают с сортировочной станции на грузовую передаточными поездами. Вагоны, высвобождаемые из-под выгрузки и не используемые под сдвоенные операции, передают на другие грузовые пункты или собирают на сортировочной станции для объединения в маршруты. Возможно также отправление порожних под погрузку на ближайшие участки сборными, вывозными или диспетчерскими локомотивами.

Сокращение переработки и уменьшение простоя вагонов под накоплением в узлах достигается при календарном планировании погрузки укрупненных групп вагонов на грузовых станциях узла и участках по назначениям плана формирования сортировочной станции. Особо эффективна эта мера в условиях согласованного подвода таких укрупненных групп вагонов к сортировочным станциям по постоянным расписаниям.

Порядок организации вагонопотоков в поезда в узле предусматривается внутриузловым планом формирования поездов.

Для сокращения простоя вагонов под накоплением стремятся формировать групповые поезда.

Расчет оптимального варианта в узлах осуществляется в следующей последовательности:

1 Выделяются районы обращения передаточных поездов.

2 Устанавливаются струи вагонопотоков.

3 Определяются весовые нормы и длина передаточных поездов.

4 Намечаются возможные варианты организации работы в узле.

5 Определяются приведенные затраты.

6 Производится сравнение вариантов, выбирается наилучший.

19.4.6 Организация движения поездов в узле

 

График движения в узле строится на общеизвестных принципах с учётом размеров внутриузловых передаточных поездов, на основе прогрессивных технологических нормативов, а именно:

- перегонных времен хода;

- времени нахождения передаточных локомотивов на каждой сортировочной, грузовой и других станциях;

- продолжительности экипировки локомотивов.

Число передаточных поездов между двумя станциями узла можно рассчитать по следующей формуле:

,

где – размер вагонопотока к передаче между станциями;

– число вагонов в передаче;

– коэффициент неравномерности.

Для ритмичной работы станций узла передаточные поезда каждого назначения наносятся на график, как правило, равномерно в течение суток.

Особенностью составления узловых графиков движения поездов и курсирования передаточных локомотивов является закрепление за каждым расписанием графика определенных локомотивов.

В узловом графике увязывается подвод маршрутных групп к станции организации маршрута, а также подвод под погрузку этих маршрутных групп порожних вагонов в пункты и станции их погрузки.

Пропуск транзитных поездов должен производиться по сквозным расписаниям, согласованным со временем прибытия поездов с одних участков и отправлением на другие. Конфигурация узлового графика зависит от схемы железнодорожного узла.

На графике поезда прокладываются в следующем порядке:

- все дальние пассажирские, пригородные и транзитные грузовые поезда;

- грузовые поезда, поступающие в переработку;

- внутриузловые передачи.

Узловой график увязывается с графиком движения поездов всех примыкающих к узлу участков.

Для обслуживания грузовых пунктов в узлах разрабатываются елочные графики, которые позволяют выбрать в конкретных условиях один из нескольких вариантов расписания. Это так называемая подвижная специализация расписания. Такая подвижная специализация графика делает его более маневренным. В крупных узлах применяется жесткая специализация ниток графика. Твердый график позволяет повысить регулярность поездных, маневровых и грузовых операций, эффективнее используются технические средства.

19.5 Оперативное планирование и руководство работой узла

Оперативный план работы узла составляется на сутки и смену с включением в него плана прибытия поездов в узел и отправление их из узла, плана отправления с каждой станции передаточных поездов и работы передаточных локомотивов, а также плана грузовой работы. План составляется на основе информации.

В узле устанавливается единое оперативное командование, которое осуществляет узловой диспетчер (ДНЦУ) с помощью селекторной связи. Обеспечение запланированной погрузки в узле возлагается на ДНЦВ.

Для организации оперативного руководства и анализа работы узла устанавливаются следующие показатели:

- количественные: план погрузки и выгрузки вагонов, прием и отправление поездов, передач поездов по стыкам, наличие вагонного и локомотивного парков;

- качественные: простои вагонов, выполнение графика движения поездов и оборота локомотивов.

Основой планирования в узле являются информационно-планирующие системы (ИПС) на базе ЭВМ. Они предназначены для координации работы отделения дороги и станций узла, сбора и передачи информации с сортировочных, участковых и грузовых станций, переработки её в ЭВМ, автоматизации составления планов работы станций, выдачи информационных справок.

В схему информационной связи включают станции узла и дальних подходов, отделы перевозок и оперативно-распорядительный отдел службы перевозок, ВЦ дороги.

Планирование работы можно разделить на 2 этапа – построение динамической модели для контроля за ходом работы и планирование работы на выбранный период времени. Для этого нужна информация в непрерывном масштабе времени t (по мере их свершения и состояния того или иного объекта в данное время). Известную трудность представляет сбор информации со станции узла, с которой поезд следует на сортировочную станцию как правило не более 30 мин, поэтому информация передается по определенным периодам времени о вагонах, которые будут погружены к тому или иному сроку.

Библиографический список

1 Повороженко, В.В. Эксплуатация железных дорог / В.В. Повороженко, В.М. Акулиничев. – М. : Транспорт,1982. – 430 с.

2 Кочнев, Ф.П. Организация движения на железнодорожном транспорте /Ф.П Кочнев, В.М. Акулиничев, A.M. Макарочкин. – М. : Транспорт, 1979. – 568 с.

3 Кочнев, Ф.П. Управление эксплуатационной работой железных дорог / Ф.П. Кочнев, И.Б. Сотников. – М. : Транспорт, 1990. – 424 с.

4 Типовой технологический процесс работы сортировочной станции. – М. : Техинформ, 2005.

5 Типовой технологический процесс участковой станции / под ред.

И.М. Ярикова и др. – М. : Техинформ, 2007. – 129 с.

6 Сотников, И.Б. Эксплуатация железных дорог в примерах и задачах / И.Б. Сотников. – М. : Транспорт, 1990.

7 Аветикян, У.А. Станционный технологический центр /У.А. Аветикян,А.Ф. Полукаров, А.Ф. Фефелев. – М. : Транспорт, 1994.

8 Организация движения на железнодорожном транспорте / под ред. И.Г. Тихомирова. – М. : Высшая школа, 1979.

9 Зубков, И.И. Организация движения на железнодорожном транспорте /И.И. Зубков,А.К. Угрюмов, А.П. Романов. – М. : Транспорт, 1984.

10 Инструктивные указания по организации вагонопотоков на железных дорогах. – М. : Техинформ, 2007. – 527 с.

11 Каретников, А.Д. График движения поездов /А.Д. Каретников,Н.А. Воробьев. – М. : Транспорт, 1979.

12 Нормы времени на маневровые работы, выполняемые на железнодорожных станциях ОАО «РЖД», нормативы численности бригад маневровых локомотивов. – М. : ОАО «РЖД», 2007.

13 Ермаченко, Е.В. Организация работы сортировочной станции : учебное пособие к курсовому и дипломному проектированию / Е.В. Ермаченко. – Ростов н/Д : РГУПС, 2000.

14 Быкадоров, А.В. Разработка, анализ и совершенствование технологии и технического оснащения сортировочных станций : методические указания /А.В. Быкадоров, Л.Р. Потапов. – Новосибирск : НИИЖТ, 1987.

15 Корешков, А.Н. Оптимизация технических и технологических параметров работы сортировочной станции /А.Н. Корешков [и др.]. – М. : МИИТ, 2007. – 88 с.

16 Яриков, И.М. Ключевое звено перевозочного процесса / И.М. Яриков [и др.] // Железнодорожный транспорт. – 2008. – № 1.