Проектирование на железнодорожных станциях сортировочных устройств для многогруппной (глубокой) подборки вагонов по различным признакам требует определения конструктивных параметров сортировочного устройства, в частности, необходимой и достаточной вместимости группировочных путей. Действующие нормы не учитывают структуру перерабатываемого вагонопотока, частоту встречаемости различных групп, технологию сортировки вагонов на ограниченном числе путей. В статье предлагается методика расчета необходимой и достаточной вместимости путей на основе анализа функций распределения количества вагонов на путях, получаемых с использованием статистической модели сортировки.
Ключевые слова: многогруппная сортировка, сортировочные пути, группировочные пути, подборка вагонов, моделирование сортировки, вместимость путей, путевое развитие
Увеличение дробности сортировки вагонопотоков вызывает потребность в формировании большого количества многогруппных поездов, а также подач на пути необщего пользования. Для подборки вагонов на большое количество групп требуется особая технология сортировки вагонов при числе путей, меньшем, чем число групп в составе [1, 2, 3, 6]. Для этого необходимо сооружение вспомогательных сортировочных устройств (ВСУ). На большинстве станций таких специализированных устройств нет. Правила и нормы проектирования [7, 8] определяют требования к параметрам ВСУ, однако при определении вместимости путей не учитывается схема сортировки вагонов [3].
Следовательно, имеет место задача разработки метода определения необходимой вместимости путей ВСУ с учетом схем сортировки (пример схемы сортировки для одного из способов — степенного — показан в таблице 1). Одним из способов решения этой задачи является моделирование процесса заполнения путей вагонами. Рассматривается вариант статистического моделирования подпроцесса многогруппной сортировки — поступления вагонов на группировочные пути, на основании схем сортировки.
Исходя из принятых условий, в данной работе не рассматриваются:
– конструктивные параметры самого сортировочного устройства (горки малой мощности или вытяжного пути) — продольный профиль, тормозные позиции и др.;
– особенности технологии пропуска через горку (при использовании горочной технологии) вагонов, требующих особого режима работы («с горки не спускать», «спускать с горки осторожно).
Таблица 1
Схема сортировки (степенной способ, 3 пути, 9 групп
|
Наименование операции |
Номер пути |
Номера групп, направляемых на путь |
|
Сортировка 1 |
1 |
{1},{4}, {7} |
|
2 |
{2}, {5}, {8} |
|
|
3 |
{3}, {6}, {9} |
|
|
Сортировка 2 |
1 |
{1}, {2}, {3} |
|
2 |
{4}, {5}, {6} |
|
|
3 |
{7}, {8}, {9} |
|
|
Сборка |
1-3 |
{1 — 9} |
При разработке статистической модели решались следующие задачи:
- Анализ существующих вариантов схем сортировки вагонов на ограниченном числе путей и выбор базового варианта схемы для моделирования;
- Разработка математической и программной моделей технологии;
- Выполнение расчетов, анализ полученных результатов, определение технических параметров сортировочного устройства;
- Выбор оптимальной вместимости с наименьшей вероятностью ее превышения.
При разработке статистической модели подпроцесса поступления вагонов на пути учитывались следующие сформулированные авторами требования:
– универсальность алгоритма, который может применяться для различных схем сортировки вагонов.
– максимальная автоматизация расчетов и промежуточной обработки их результатов;
– наглядность представления исходных данных и основных результатов моделирования.
Современные методы определения числа и вместимости путей парков станций.
В начале и середине XX века (период, в которые сформулирована значительная часть нормативных требований к путевому развитию железнодорожных станций), при разработке правил и норм проектирования станций и сортировочных устройств, в силу недостаточных вычислительных возможностей и отсутствия компьютерных моделей, рекомендуемые параметры определялись, в основном, аналитическими вероятностными или детерминированными методами. При этом по объективным причинам упрощался учет факторов, которые можно рассматривать как случайные величины (например, структуры расформировываемых составов). Такое упрощение реальных процессов позволило создать в то время методики, которые могли использоваться на практике, однако, очевидно, имели погрешность расчетов [9].
Можно выделить следующие методы расчета параметров парков станций (в частности, количества путей):
- Табличный способ на основании Правил и норм проектирования [7, 8];
- Аналитический детерминированный и аналитический вероятностный расчеты по интервалу прибытия поездов;
- Расчет на основе определения коэффициента использования мощности путей;
- Графоаналитический расчет на основе построения суточных планов-графиков;
- Расчет с использованием теории массового обслуживания.
- Метод имитационного моделирования на ЭВМ;
В настоящее время, с развитием компьютерных технологий стало возможно создание моделей, учитывающих значительное количество факторов, и на основе сравнения полученных методом моделирования результатов обосновывать выбор оптимальных технологических, технических и конструктивных параметров устройств [5].
В настоящее время широко используется метод математического моделирования систем и процессов [1, 3, 4]. Одним из преимуществ данного метода является автоматизация рутинных расчетов и возможность многократного воспроизведения процесса в форме машинных экспериментов, что позволяет формировать устойчивую статистику результатов моделирования.
Разработка статистической модели.
Статистическая модель разрабатывалась в среде VisualBasicforApplications, c использованием MicrosoftExcel. Процесс накопления вагонов на группировочных путях ВСУ был представлен в виде программного кода.
Использовался следующий алгоритм:
1) Моделирование попадания каждого вагона на определенный путь;
2) Расчет количества вагонов на каждом пути после каждой сортировки;
3) Расчет максимального количества вагонов на каждом пути по всем сортировкам;
4) Расчет необходимой вместимости группировочных путей, соответствующей максимальному числу вагонов, при принятой доверительной вероятности непревышения.
Для отработки алгоритма моделировались следующие условия сортировки:
– число назначений групп вагонов: не более 9;
– число группировочных путей: не более 3.
Результатом выполнения алгоритма является распределение вагонов по группировочным путям в соответствии со схемой сортировки, представляемое в виде таблиц MicrosoftExcel. Структура исходного состава генерировалась при помощи вспомогательной программы [3]. Объем выборки — 100 составов.
Результатом моделирования явилась статистика накопления вагонов на каждом из путей группировочного парка. На ее основе была просчитана вероятность наличия различного количества вагонов на каждом из трех группировочных путей. Определенная на ее основе накопительная вероятность (функция распределения количества вагонов на каждом пути по окончании всех сортировок) показывает, с какой степенью надежности не будет превышена вместимость пути.
Выбор необходимой вместимости путей с установленной вероятностью не превышения.
Вместимость каждого пути в полном цикле многогруппной сортировки должна обеспечить размещение на нем необходимого количества вагонов в ходе каждой сортировки. Поскольку количество вагонов, попадающих на каждый путь, кроме схемы сортировки, определяется еще и структурой состава (в общем случае, случайной), то с некоторой вероятностью будут иметь место случаи, когда вместимость какого-либо пути может оказаться либо излишней, либо недостаточной. Таким образом, для установления вместимости путей необходимо задаться значением доверительной вероятности. С ее увеличением в общем случае будут возрастать «излишки» вместимости путей, а с уменьшением — увеличиваться вероятность того, что вместимость окажется недостаточной. На рисунках 1-2 представлен пример результатов расчета по модели.
По функциям распределения (см. рисунок 2) для заданной доверительной вероятности определяется расчетная вместимость каждого из используемых путей для каждой сортировки. Пример результатов показан на рисунке 3.
Необходимая вместимость группировочного пути соответствует максимальному количеству вагонов, фиксировавшемуся на данном пути в процессе всех сортировок. Например, на основании данных рисунка 4 получаем вместимость: пути 1 и 2 по 18 вагонов, путь 2 — 17 вагонов.
Рис. 1. Распределение количества вагонов на группировочных путях ВСУ (пример для одного пути)
Рис. 2. Функция распределения количества вагонов на пути (для одного пути, одной сортировки)
Рис. 3. Необходимая вместимость путей по циклу сортировки (включает две сортировки)
Таким образом, предлагаемый метод позволяет на основе статистического моделирования с заданным уровнем надежности (под которым понимается вероятность непревышения емкости путей в процессе многогруппной сортировки) определять вместимость группировочных путей ВСУ. Результаты расчетов могут использоваться при принятии проектных решений по выбору схемных решений и конструкции плана путевого развития ВСУ.
Литература:
- Бобровский, В.И., Сковрон И.Я. Совершенствование технологии формирования многогруппных составов // Вiсник Днiпропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. ак. В. Лазаряна. — Днiпропетровськ: ДНУЗТ, 2007. — Вип. 10 — С.88-93.
- Григорьев В.В. Интенсификация сортировочной работы с местными вагонами при использовании вспомогательных сортировочных устройств: Автореф. дис. … канд. техн. наук. — М, 1987. — 24с
- Гренкевич, О. О. Разработка методики выбора оптимального способа формирования многогруппных составов по критерию эксплуатационных расходов на маневровую работу: дис. ... канд. техн. наук. Новосибирск, 2004. — 177 с.
- Карасев С.В., Сивицкий Д.А. Распределение сортировочной работы на полигоне методом динамического программирования. В сб. научн.тр.: Совершенствование технологии перевозочного процесса к 80-летию факультета «Управление процессами перевозок». Новосибирск, 2015. С. 94-99.
- Климов А.А., Бурдяк П.С. Развитие теории и методов расчета параметров негорочных сортировочных устройств. Транспорт: наука, техника, управление. 2014. № 1. С. 59-63.
- Макаров В.М. Ускоренное формирование многогруппных составов на ограниченном числе сортировочных путей / ЦНИИТЭИ МПС // Экспресс-информ.: Организация движения и пассажирские перевозки. М., 1986. Вып. 1. 37 с.
- Правила и нормыпроектирования сортировочных устройств на железных дорогах колеи 1520 мм: утв. МПС РФ 10.10.03. — М., 2003. — 168 с.
- Правила и технические нормы проектирования станций и узлов на железных дорогах колеи 1520 мм. М., 2001. — 256 с.
- Сивицкий Д.А. Анализ отечественного и зарубежного опыта разработки и использования моделей технологии многогруппной сортировки вагонов. Вестник Уральского государственного университета путей сообщения. 2016. № 1 (29). С. 106-115.
